Наночастицы: Пионеры прогресса или предвестники опасности?
Технологии, основанные на наноразмерных материалах — например, частицах, размер которых более чем в 10 000 раз меньше точки в конце предложения, — играют все большую роль в нашем мире.
Углеродные нановолокна укрепляют рамы самолетов и велосипедов, наночастицы серебра делают ткани устойчивыми к бактериям, а увлажняющие наночастицы, называемые нанолипосомами, используются в косметике.
Нанотехнологии также совершают революцию в медицине и расширяют границы возможностей человека. Если вы получали вакцину COVID-19 в США, то она содержала наночастицы.
В будущем нанотехнологии могут позволить врачам более эффективно лечить такие заболевания и расстройства мозга, как рак и слабоумие, поскольку наночастицы легко проходят через гематоэнцефалический барьер.
Наночастицы в глазных каплях могут временно корректировать зрение. А стратегически важные наночастицы, имплантированные в глаза, уши или мозг, могут обеспечить ночное зрение или слух, не уступающий собачьему. Наночастицы могут даже позволить людям управлять своими «умными» домами и автомобилями с помощью мозга.
Это не научная фантастика. Все это — активные направления исследований.
Однако рамки оценки безопасности и этичности наночастиц не успевают за ходом исследований. Как химика, работающего в области бионаук, меня беспокоит такое ограниченное наблюдение. Без обновленных рамок трудно сказать, сделают ли нанотехнологии мир лучше.
Нано — что и зачем?
Любая частица или материал размером от 1 до 100 нанометров в одном измерении может быть классифицирована как «нано». Точка в конце этого предложения равна 1 000 000 нанометров, а человеческий волос имеет диаметр около 100 000 нанометров. Оба эти параметра слишком велики, чтобы считать их «нано». Диаметр одного коронавируса составляет около 100 нанометров, а диаметр частиц сажи от лесных пожаров может достигать 10 нанометров — это два примера наночастиц природного происхождения.
Наночастицы могут быть получены и в лабораторных условиях. Векторы аденовирусов, нанолипочастицы и мРНК, используемые в вакцинах COVID-19, являются искусственными наночастицами. Оксид цинка и диоксид титана, используемые в минеральных солнцезащитных кремах Sheer, также являются искусственными наночастицами, как и углеродное нановолокно, используемое в самолетах и рамах велосипедов.
Наночастицы полезны тем, что их свойства отличаются от свойств более крупных материалов, даже если они имеют одинаковый химический состав. Например, крупные частицы оксида цинка не растворяются в воде и используются в качестве пигмента в белой краске.
Наноразмерный оксид цинка используется в солнцезащитных кремах, где он выглядит почти прозрачным, но отражает солнечный свет от кожи, предотвращая солнечные ожоги.
Наноразмерный оксид цинка также проявляет противогрибковые и антибактериальные свойства, что может быть полезно для создания антимикробных поверхностей, однако причина его антимикробных свойств до конца не выяснена.
И здесь кроется проблема. Хотя многие ученые заинтересованы в использовании положительных свойств наноматериалов, я и мои коллеги обеспокоены тем, что ученые еще недостаточно знают об их поведении.
Безопасность нанотехнологий
Наночастицы привлекательны для исследователей в области биомедицины, поскольку они способны проникать через клеточные мембраны. Антимикробные свойства наноразмерного оксида цинка, вероятно, связаны с его способностью преодолевать клеточные мембраны бактерий. Однако эти наночастицы могут проникать и через клеточные мембраны человека.
В США оксид цинка «общепризнан безопасным и эффективным» Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов для таких продуктов, как солнцезащитные кремы, поскольку в солнцезащитных средствах он вряд ли может быть токсичным для человека.
Однако, хотя ученые достаточно хорошо понимают влияние на здоровье крупных частиц оксида цинка, они не до конца понимают влияние наноразмерного оксида цинка. Лабораторные исследования с использованием клеток человека дали противоречивые результаты — от воспаления до гибели клеток.
Я очень верю в солнцезащитные средства. Но меня также беспокоит воздействие на окружающую среду частиц, которые, как известно, могут пересекать клеточные мембраны.
Ежегодно производятся сотни тонн нанооксида цинка, и он нелегко разлагается. Если мы не будем лучше понимать его поведение, то не сможем предсказать, станет ли он в конечном итоге проблемой, хотя все больше данных свидетельствует о том, что нанооксид цинка из солнцезащитных кремов наносит ущерб коралловым рифам.
Этика нанотехнологий
Способность наночастиц преодолевать клеточные мембраны делает их эффективными в терапевтических средствах, таких как вакцины. Наночастицы перспективны для регенерации скелетных мышц, и в будущем они могут стать средством лечения мышечной дистрофии, или естественной атрофии, которая наступает с возрастом.
Однако вакцины COVID-19 являются предостережением: вакцины COVID-19 на основе наночастиц были быстро приняты в США и Европе, но страны с низким уровнем дохода имели гораздо меньший доступ к ним из-за патентной защиты вакцины и отсутствия инфраструктуры для производства и хранения.
Наночастицы также могут позволить повысить работоспособность человека — от улучшения зрения до повышения эффективности солдат в бою.
Без этических рамок их использования нанотехнологии, повышающие производительность и доступные только в определенных местах, могут увеличить разрыв в благосостоянии между странами с высоким и низким уровнем дохода.
Возникающий надзор
Сегодня в разных странах к наночастицам относятся по-разному. Например, Научный комитет по безопасности потребителей Европейского союза запретил использование наноразмерного оксида цинка в аэрозольных солнцезащитных средствах на всей территории ЕС, ссылаясь на то, что он может попасть в клетки легких и оттуда переместиться в другие части тела. В США аналогичные меры не приняты.
Европейский союз создал лабораторию нанобиотехнологий для изучения влияния наночастиц на здоровье человека и окружающую среду.
В США в рамках Национальной нанотехнологической инициативы (National Nanotechnology Initiative), координируемой правительством в области исследований и разработок, ведется работа по привлечению экспертов по правовым и этическим вопросам вместе с учеными. Они будут оценивать преимущества и риски нанотехнологий и распространять информацию среди ученых и общественности.
Преодоление неравенства в распространении вакцин на основе наночастиц — совсем другая проблема. Программа COVAX Всемирной организации здравоохранения была направлена на обеспечение справедливого и равного доступа к терапевтическим средствам, связанным с COVID. Аналогичные меры должны быть приняты в отношении всех лекарственных средств, созданных на основе нанотехнологий, чтобы каждый мог воспользоваться их преимуществами.
Синтетическая биология — область, переживающая столь же бурный рост. На протяжении 20 лет некоммерческий фонд iGEM проводит ежегодные всемирные студенческие соревнования, которые используются как платформа для обучения молодых ученых размышлениям о более широких последствиях их работы.
Фонд iGEM требует от участников учитывать вопросы безопасности, защиты и того, насколько их проект «полезен для мира». Для сообщества исследователей нанотехнологий было бы очень полезно принять аналогичную модель. Нанотехнологии, меняющие мир к лучшему, требуют координации науки и этики для определения способов их использования и контроля над ними еще долгое время после их создания.
Поделитесь в вашей соцсети👇
