Оно нам нано?

Нанопокрытия, нанокосметика, нанолекарства и прочие мелочи стали неотъемлемой частью нашей жизни, но, как оказывается, они не так безобидны, как кажется на первый взгляд. Что правда, а что нет в нанофобиях, разбирались ученые на крупнейшей международной конференции нанотоксикологов в Анталье (Турция)

Елена Кудрявцева

В начале мая научный мир ждало серьезное потрясение. В Сети появились статьи с фотографией симпатичного аспиранта Якоба Ланфере из Калифорнийского университета, который держал в руке пузырек с темной жидкостью. Под фото была подпись: графен может быть опасен для здоровья. Чтобы было понятно, графен — это наше все, будущее человечества и надежда науки. Именно так отзывались о нем многие научные умы, после того, как в 2004 году графен был получен выходцами из России Андрей Геймом и Константином Новоселовым, которые вскоре получили за это Нобелевскую премию.

Графен представляет собой пленку из атомов углерода толщиной в одну молекулу. Если свернуть его в трубку, получится материал, который по прочности сравним с алмазом, но при этом гибкий и легкий: нить диаметром 1 миллиметр могла бы выдержать груз весом 20 тонн. Кроме того, графен отлично проводит электричество и при этом не нагревается, так что его можно было бы использовать для создания тончайших кабелей и сверхпроводников. Американские биологи одними из первых решили узнать, что же будет, если окисленный чудо-материал окажется в почве и воде. Результаты оказались неожиданным: молекулы вещества острыми краями разрывали живые клетки простейших, обитающих на поверхности водоема. В интервью СМИ Ланфере сказал, что сейчас человечество находится примерно в тех же условиях, что и на заре развития ядерной, химической и фармацевтической промышленности, когда открываются огромные перспективы, а реальные опасности прослеживаются с трудом.

— О влиянии наночастиц на живые организмы до сих пор известно очень мало,— говорит заведующий лабораторией фармакологии мутагенеза НИИ фармакологии РАМН профессор Андрей Дурнев.— На сегодняшний день бурное развитие нанотехнологий намного опережает токсикологическую оценку продуктов, полученных при их применении. Поэтому нам нужно активно изучать фундаментальные процессы взаимодействия клеток человека с частицами столь малых размеров. Это целое новое направление в науке.

Размер имеет значение

Интересно, что когда в 1960 году один из крупных физиков ХХ века Ричард Фейнман заявил, что в будущем человечество сможет создавать объекты и новые вещества, собирая их "атом за атомом", его доклад был воспринят если не как шутка, то как научная фантастика точно. Но уже спустя пару десятков лет пророчество стало реальностью: весной 1981 года немецкие и швейцарские физики испытали туннельный микроскоп, с помощью которого удалось не только рассмотреть трехмерную картину наномира, но и перенести атом с одного места в другое. Уже в 1989 году ученые из Калифорнийского научного центра с помощью такого микроскопа выложили из 35 атомов ксенона слово из трех букв. Так как умельцы были американские, это было слово IBM.

Так началась новая для человечества эра нанотехнологий. Примерно в середине 1990-х стали появляться первые материалы на основе наночастиц: нанопорошки и нанопокрытия, а вслед за ним — потребительские товары. Сегодня мы не сильно задумываемся, когда покупаем несмывающийся солнцезащитный крем с наночастицами диоксида титана и крем от морщин с частичками серебра.

При этом формально, если производитель использует вещество, которое уже признанно безопасным, проверять товар на токсичность не надо. Между тем успех нанотехнологий основан именно на том факте, что у вещества, измельченного до размера 1 нанометра (1 миллиардная часть метра), появляются совсем иные неожиданные свойства. Меняется практически все — плотность, температура плавления, электропроводность и, как утверждают специалисты, токсичность. По словам профессора Школы физиологии и фармакологии в Университете Западной Виргинии Анны Шведовой, макро- и наночастицы проникают в клетку по-разному, поэтому результаты исследований с наночастицами надо оценивать более аккуратно, не ориентируясь на безопасные лимиты для макрочастиц.

— Исследовать наночастицы на токсикологическую безопасность довольно сложно, потому что для этого не подходят классические методы, которые мы используем для обычных веществ,— говорит профессор Дурнев из НИИ фармакологии.— Например, исследования надо проводить не на клеточных культурах, а на живых организмах, потому что только так можно проследить долговременные эффекты употребления наночастиц. Все это требует довольно много времени.

Пройдя сквозь стены

Первые крупные работы о влиянии наночастиц на живые организмы появились в 2000-е годы. Они начались одновременно примерно по всему миру. Во многом это было связано с трагедией в 2001 году, когда после атаки на башни-близнецы в Нью-Йорке террористы разослали двум американским сенаторам и нескольким журналистам конверты со спорами сибирской язвы.

— Тогда американское Министерство обороны разрабатывало новые методы борьбы с сибирский язвой и тендер выиграла фирма, которая занималась нанотехнологиями,— говорит директор Научно-образовательного центра нанотехнологий Инженерной школы Дальневосточного федерального университета Кирилл Голохваст.— Они создали вещество на основе наночастиц железа, которое с потрясающей эффективностью уничтожило бактерии. На этом примере мы видим применение наночастиц, как оружия. Надеюсь, на этом все и остановится. 

Можно сказать, что этот факт послужил допингом для развития молодой науки — нанотоксикологии, которая в числе прочего занимается изучением влияния наночастиц на человека. Сегодня известно, что благодаря своим крошечным размерам наночастицы легко проникают в организм человека через дыхательную систему, вместе с пищей или через кожу. При этом через 2-4 часа, используя как транспорт ток крови, лимфатическую и нервную систему, они проникают во все органы, преодолевая даже такие надежные системы защиты организма, как гематоэнцефалический барьер, который не пускает в мозг подавляющее количество чужеродных веществ.

Эту способность наночастиц проникать через "закрытые двери", ученые используют для создания нового поколения лекарств: для этого действующее вещество кладут в нанокапсулу из углерода, которая оперативно разносит его по организму. Но, как говорится, не все наночастицы одинаково полезны. Часть из них, особенно оксиды разных металлов, оказывают на организм разрушительное действие.

— Представьте себе, что вы проглотили работающую батарейку. Она "щиплется" током,— предлагает Кирилл Голохваст.— Когда в клетку попадает маленькая водонерастворимая частица, это выглядит примерно так же. Наночастица имеет очень большой поверхностный заряд. Из-за этого внутри клетки она вызывает активацию окислительных процессов, и чаще всего у клетки срабатывает механизм самоликвидации — апоптоз. Но иногда наночастицы еще более агрессивны, и процесс гибели клетки может идти по быстрому пути некроза.

Маленькие пакости

В последние несколько лет в крупных городах мира стали появляться лаборатории, которые следят за нанотоксикологической безопасностью. Правда, носят эти исследования скорее эпизодический характер и преследуют научный интерес. Например, ученые собирают пробы снега, которые является прекрасным фильтром для различных загрязнений, или пробы воздуха, чтобы проверить его на присутствие наночастиц. В России таких лабораторий всего шесть, в том числе в Москве, Казани и Владивостоке. Правда, тот факт, что в воздухе Шанхая, Парижа или другого мегаполиса витают токсичные наночастицы и углеродисты нанотрубки, мало на что влияет. Защититься от них можно было бы разве что с помощью каких-то суперфильтров, нанокондиционеров или при помощи вертолетов, которые бы круглые сутки распыляли мельчайшую водную взвесь.

— Тем не менее какие-то возможности уменьшить количество вредных наночастиц в воздухе есть,— говорит Кирилл Голохваст из Научно-образовательного центра нанотехнологий.— Например, помимо некоторых типов производств, связанных с гальваникой, крупным источником нанозагрязнения являются автомобили, причем, что интересно, именно новые автомобили. Пока не прошли первую тысячу километров, они выбрасывают в окружающую среду ощутимое количество наночастиц, поэтому во многих странах идут разговоры о новых стандартах эксплуатации автомобилей, которые, возможно, будут сначала обкатывать на стендах завода. Но, как понимаете, это может встретить серьезное противостояние работников автопрома. Хотя, я надеюсь, в конечном итоге здоровье и безопасность людей окажется превыше прибыли.

Проблема серой слизи

ГМОфобия, которая всерьез противостоит развитию этого сектора биоинженерии, научила нанотехнологов простой вещи: не надо особенно афишировать свои успехи. Тем не мене нанофобии в обществе тоже присутствуют. Помимо классических фобий по возникновению раковых заболеваний можно встретить и более интересные страхи, порожденные, например, так называемой проблемой серой слизи. Она была описана в книге одного из главных теоретиков нанотехнологий Эрика Дрекслера, который говорил, что любая материя по своей сути не что иное, как упорядоченные определенным образом атомы. Поэтому если мы упорядочим их одним образом, то получим горы и воздух, а если другим — спелую землянику. Дрекслер предупреждал, что со временем у человечества появятся нанороботы, которые будут по заказу производить что угодно из чего угодно, правда, скорее всего рано или поздно они выйдут из-под контроля и за несколько часов переработают в серую слизь все живое и неживое на Земле, а потом и за ее пределами. Ученые-нанотоксикологи на конгрессе в Анталье постановили, что нанотехнологии уже вошли в нашу жизнь и нам нужно научиться с ними жить, стараясь минимизировать их влияние до получения достоверных данных о безопасности. В частности, было рекомендовано воздержаться от использования товаров с наночастицами беременным и детям, так как есть данные о том, что некоторые наночастицы способны повреждать ДНК, что может быть критично для растущего организма. Но ученые призывают не поднимать лишний раз панику, потому что иначе человечество может оказаться без перспективных материалов и лекарств.

Это особенно важно, потому что физики не собираются останавливаться на достигнутом, они выражают готовность проникнуть в еще более маленькие структуры мира, выраженные величинами в области пико (10-12), фемто (10-15) и атто (10-18) величин. Предполагается, что здесь мы найдем вещества с еще более удивительными и непредсказуемыми свойствами. Интересно, насколько глубока кроличья нора?

Елена Кудрявцева