О проблемах биологической безопасности в условиях развития нанотехнологий

Мир, в котором мы живем, стремительно меняется и многое из того, что раньше казалось фантастикой, становится реальным. Возможно, сегодня мы стоим в двух шагах от научно-технической биомедицинской революции, основывающейся на достижениях, в том числе в области нанотехнологий, способной явить нам «чудо» регенерации систем, органов и тканей человеческого организма, решить проблемы генетически обусловленных болезней, а также биологического старения.

Молодым врачам еще предстоит постичь и научиться применять на практике все то, что касается наномедицины. Это новое перспективное научное медицинское направление, в основе которого лежит точечное воздействие на организм на атомном и молекулярном уровнях, а также использование предназначенных для этой цели новых физических принципов, миниатюрных нанороботов, информационных и телекоммуникационных технологий, нанокомпьютеров с искусственным интеллектом. Но, как и у любого «переворота», у нанотехнологической революции могут быть  свои последствия, предсказать которые с высокой точностью сегодня не представляется возможным.

«Содружество молодых врачей» попросило помочь разобраться с вопросами биологической безопасности, возникшими с развитием нанотехнологий, Владимира Никитича Ярыгина, долгое время работавшего в области биомедицины, академика РАМН, доктора медицинских наук, профессора, члена Президиума РАМН, заведующего кафедрой биологии Российского государственного медицинского университета им. Н.И. Пирогова,  Председателя Научно-экспертного Совета НП «Содружество молодых врачей».

Е.А.:  Владимир Никитич, спасибо за то, что согласились дать интервью! Для молодых врачей Вы являетесь примером ученого-медика и руководителя с большой буквы. Многих интересует, с чего все начиналось? Почему Ваш выбор пал именно на медицину?

Будучи абитуриентом, первым вузом, в двери которого я постучался, оказался Московский авиационный институт, где мне было предложено попробовать свои силы в поступлении на экономический факультет (формальное основание, как я думаю, - свежая спортивная травма). Шел 1958 год – расцвет ракетостроения, самолетостроения – не удивительно, что  экономический факультет меня тогда не прельщал.  Я отказался от этой стези.

Потом я, как и многие в том возрасте, в котором я был, стал прислушиваться к советам и мнению родителей. Так я оказался во 2-м Московском государственном медицинском институте им. Н.И. Пирогова (впоследствии 2-й МОЛГМИ – РГМУ). Должен заметить, что я окончил этот вуз с отличием, и никогда, это я совершенно искренне говорю, никогда не испытывал чего-то похожего на чувство досады, неудовлетворенности тем, что я студент медицинского факультета. Вместе с тем нужно отметить, что я ни дня не проработал практикующим врачом. Моя стезя – это преподавательская деятельность и научные исследования.

Е.А.:  На протяжении многих лет Вам удается быть «на острие» медицинской науки. А что было в начале Вашего профессионального пути – когда Вы только стали молодым ученым? 

Первый вопрос: как вознкает тот или иной рабочий орган, та или иная рабочая ткань?

Все начинается с клеток молодых, совершенно не специализированных ни в функциональном, ни в структурно-морфологическом смысле. Должно родиться несколько поколений клеток, произойти несколько делений, прежде чем сформировавшаяся ткань приобретет те качества, которые сделают ее работающей на весь организм. Сейчас это кажется очевидным, ведь со студенческой скамьи будущие доктора и ученые-медики изучают клеточный морфогенез, но так было не всегда. И здесь нельзя не сказать о значимости трудов Р. Вирхова, в которых он обратил внимание на то, что каждая клетка возникает исключительно от предсуществующей, а так же указал на значение клеточной патологии. В конце концов, если земная жизнь целиком и полностью связана с клеточной популяцией, то и патология тоже с ней связана.

Так мы выходим на второй вопрос, решение которого относится к компетенции клеточно-популяционной биологии. Существуют клетки, которые делятся на протяжении всей нашей жизни: клетки эпидермиса кожи, слизистых, эпителиальной выстилки пищеварительной трубки – это физиологическая (гомеостатическая) регенерация клеток. А если, скажем, нервные клетки, возникнув, не делятся,  не происходит новообразования клеток, то каков объем восстановительного потенциала нервной ткани? До какой степени можно уменьшать эти популяции, сохраняя функции различных органов?.. Так я пришел к регенеративной медицине. Это новая область медицины, базирующаяся на результатах исследований последних лет, в основе которых лежат уникальные свойства стволовых клеток и их «потомков». 

Если вначале мы видели угрозы токсичного и бактериального характера, то сегодня опасности исходят из прогресса биологической науки, в первую очередь, молекулярной биологии и ее практических применений, таких как: генная и белковая инженерия, генная терапия, иммунология, молекулярное управление развитием и пр. 

Еще совсем недавно пресса пестрила новостями о том, что геном человека расшифрован полностью! Величайший проект завершен. Хорошо ли это или плохо? С одной стороны, теперь многих наследственных заболеваний можно будет избежать, человек может быть предупрежден об угрозе рака, болезни Альцгеймера и многих других недугах за многие годы, если не десятилетия, до начала их развития, и тогда он ограничит себя в курении или не пойдет работать на вредное производство. Располагая столь индивидуальной информацией, можно будет осуществлять персонифицированное здравоохранение. Продолжительность, качество жизни должны возрасти. Но из возможности получения подобной информации вытекает и более серьезная проблема - обеспечения ее сохранности. Представьте, что данные полного геномного секвенсирования со всеми вашими предрасположенностями стали доступны, к примеру, страховой компании! Если уже сейчас широко применяются тесты на курение, от результатов которых зависят условия страхования, то каков будет страховой взнос, если выяснится, что через какое-то время вы можете серьезно заболеть или и вовсе покинуть этот свет? Любая информация при определенном подходе может быть использована во благо или против нас, не говоря уже о такой жизненно-важной, как геном человека.

Если говорить о генной терапии, то прогресс в лечении симптомов наследственных дефектов без искоренения самих дефектных генов, как это предполагается всей стратегией генной терапии, будет неизбежно приводить к накоплению вредных генов в человеческой популяции и, следовательно, к деградации генофонда в будущем. В конечном счете, это может привести к геронтологическому кризису.

Всегда нужно задумываться о последствиях, как не навредить, о том, как то или иное открытие или изобретение может быть использовано, в мирных или иных целях.

Во-первых, уникальная биологическая активность наночастиц. Вследствие  своих небольших размеров они, могут связываться с нуклеиновыми кислотами  (вызывая,  например,  образование  аддуктов  ДНК), белками, встраиваться в мембраны, проникать в клеточные органеллы и, тем самым, изменять  функции  биоструктур.  Следует  обратить внимание на то, что наночастицы  могут  не  вызывать  иммунный  ответ.  Процессы  переноса наночастиц  в  окружающей  среде  с  воздушными и водными потоками, их накопление   в   почве,  донных  отложениях  могут  также  значительно отличаться от поведения частиц веществ более крупного размера.

Другой не менее важный момент – это невероятная проникающая способность наночастиц. А проникнув туда, куда не следовало бы проникать, они могут натворить таких дел, о последствиях которых сейчас никто ничего определенного пока сказать не может.

Очень высокая удельная поверхность наноматериалов увеличивает их адсорбционную емкость,   химическую реакционную способность   и   каталитические  свойства.  Это  может  приводить,  в частности,  к увеличению продукции свободных радикалов и активных форм кислорода, и далее к повреждению биологических структур (липиды, белки, нуклеиновые кислоты, в частности, ДНК).

Высокая способность к аккумуляции. Возможно, что из-за малого размера  наночастицы не распознаются защитными системами организма, не подвергаются биотрансформации и не выводятся из организма. Это ведет к накоплению наноматериалов в растительных, животных организмах, а также микроорганизмах, передаче по пищевой цепи, что увеличивает их поступление в организм человека.

Таким образом, совокупность перечисленных факторов свидетельствует о том, что    наноматериалы    могут    обладать   совершенно   иными физико-химическими   свойствами   и   биологическим   (в том числе токсическим)  действием,  чем  вещества  в  обычном  физико-химическом состоянии.    Поэтому они должны во всех случаях быть отнесены к новым видам  материалов  и  продукции, потенциальный риск которых для  здоровья  человека  и  состояния  среды обитания должен тщательно исследоваться, измеряться и по возможности минимизироваться. 

В названном выше документе также перечислены принципы проведения исследований безопасности наноматериалов, требования к применяемым тест-системам и отчетам о проведенных исследованиях, определены методы изучения основных физических, химических и молекулярно-биологических свойств наноматериалов и критерии оценки безопасности наноматериалов в экспериментах на лабораторных животных. Здесь можно также найти методы исследования возможного мутагенного действия, определения аддуктов ДНК и пр.

На сегодняшний день подготовлено более 30 нормативно-правовых документов, которые, в частности, определяют требования к ассортименту и созданию банка стандартных образцов наноматериалов для унификации методов при мониторинге безопасности. Созданы требования к банку данных по оценке риска наночастиц и наноматериалов. Сформулированы концепции отбора стандартных образцов наноматериалов абиогенного и биогенного действия при создании их банка данных. Определён подход к разработке документов, регламентирующих требования к стандартным образцам. Подготовлено руководство по составлению паспорта безопасности наноматериалов.

Рисунок. Схема алгоритма определения уровня потенциальной опасности наноматериала для здоровья человека (Источник: приказ № 280 Федеральной Службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека об утверждении и внедрении методических рекомендаций по оценке безопасности наноматериалов, в котором приводится алгоритм определения уровня потенциальной опасности наноматериалов для здоровья человека  от 12 октября 2007 г.).

Решение вопроса безопасности в сфере наноиндустрии представляет глобальный интерес и имеет в настоящее время приоритетное значение. Об этом говорит создание межведомственной рабочей группы по организации работ на системной основе в области медико-санитарного обеспечения безопасности наноиндустрии. В эту группу, кроме представителей Минздравсоцразвития России, Федерального медико-биологического агентства, Роснауки, Роспотребнадзора, входят представители Роскосмоса, Ростехрегулирования, Минобрнауки России, Минобороны России, Российской академии наук, Российской академии медицинских наук и ещё ряда ведомств. 

Источник: smvr.ru