Особо высокие риски для здоровья, связанные с воздействиями металлических и металло-оксидных наночастиц (Me-НЧ), а также их присутствие в производственной среде не только наноиндустрии, но и при некоторых давно существующих технологиях, вызывают необходимость поддержания как можно более низких уровней соответствующих вредных экспозиций, а также поиск путей повышения устойчивости организма к ним. В статье кратко обсуждены теоретические предпосылки такой «биозащиты». Анализ наиболее существенных результатов экспериментов с различными Me-НЧ показывает, что на фоне действия правильно подобранных комбинаций некоторых биологически активных агентов, используемых в безвредных дозах, удаётся заметно ослабить интегральную и специфическую токсичность и даже генотоксичность металлосодержащих наночастиц.

Взвешенные в воздухе наночастицы (НЧ) оксида железа Fe2O3 со средним диаметром 14±4 нм, полученные при искрении стержней железа 99,9 % чистоты, подавались в экспозиционную установку типа «только нос» в течение 4 часов, 5 раз в неделю на протяжении до 10 месяцев при средней концентрации 1,14±0,01 мг/м3. Мы нашли очень низкое накопление Fe2O3-НЧ в лёгочной ткани, постепенно нарастающее со временем. Судя по практически нормальной гистологической картине лёгких и лёгочно-ассоциированных лимфоузлов и по низкому содержанию оксипролина в лёгких, интенсивность развивающегося пневмокониоза не существенна. Функциональные и биохимические показатели состояния организма в большинстве своём остаются нормальными, но некоторые из них заставляют рассматривать испытанную концентрацию НЧ в качестве пороговой по хронической системной токсичности. В соответствии с общими принципами установления ПДК для воздуха рабочей зоны, мы считаем обоснованным предложение концентрации, равной 0,4 мг/м3, в качестве ПДК для железооксидных НЧ.

Т оксичность наночастиц (НЧ) оксидов нескольких металлов была изучена на аутбредных крысах-самках при изолированном и комбинированном (NiO+Mn3O4; CuO+PbO; CuO+ZnO; PbO+ZnO; PbO+CuO+ZnO) действии с использованием двух экспериментальных моделей: (а) однократная интратрахеальная инстилляция в малых дозах за 24 часа до проведения бронхоальвеолярного лаважа для цитологического и биохимического исследования получаемой жидкости; (б) повторные внутрибрюшинные инъекции на протяжении 6 недель в несмертельной дозировке, для оценки, вызванной этой субхронической интоксикацей по большому числу функциональных и морфометрических показателей и показателей био-распределения и элиминации соответствующих металлов. Комбинационные эффекты описывались различными математическими моделями, включая построение поверхности отклика. Было продемонстрировано многообразие типов комбинированной токсичности для одной и той же пары НЧ в зависимости от того, для какого конкретного эффекта она оценивается, а нередко также от дозо-зависимого уровня этого эффекта. Показано также, что риск-ориентированный подход к классификации трёхфакторной токсичности, ранее развитый для комбинированного действия металлов в ионно-молекулярной форме, адекватен и для изученных НЧ.

В Институте проблем переработки углеводородов СО РАН разработаны технологические подходы к целенаправленному синтезу пористых углерод-углеродных материалов нового класса на основе наноглобулярного дисперсного углерода (диаметр частиц 40-60 нм). Углеродные материалы медицинского назначения: гемосорбент углеродный в физиологическом растворе стерильный ВНИИТУ-1, энтеросорбент углеродный ВНИИТУ-2, энтеросорбент углеродный Зоокарб и полученные на их основе модифицированные материалы – безопасные и эффективные препараты для решения задач медицины и ветеринарии. В статье представлены результаты исследований влияния гемосорбента ВНИИТУ-1 на биохимические показатели плазмы крови больных с перитонитом (веществ с низкой и средней молекулярной массой, креатинина и аммиака). Приведены результаты исследования по применению энтеросорбента Зоокарб при хронической интоксикации животных соединениями тяжелых металлов - цинка и железа. Проведена оценка эффективности образцов углеродных гемосорбента и энтеросорбента, модифицированных полиаргинином, по отношению к провоспалительным цитокинам (интерлейкину 6, интерлейкину 8).

Подходы к оценке рисков при работе с наночастицами и наноматериалами как в странах Европейского Союза, так и в Российской Федерации, в принципе, аналогичны. Никаких специфических процедур при оценке риска при работе с наночастицами и наноматериалами не предусмотрено. Все подходы основаны на использовании тех же методов и приемов, как и для оценки веществ в микро- или макроформах (за исключением нановолокон). Однако в подходах стран к основам гигиенического регламентирования имеются определенные различия, которые подробно рассмотрены в представленной статье.

Использование каталитических свойств реактивных углеродсодержащих наноматериалов, их композитных соединений с кварцем, оксидами металлов и кремния для нейтрализации и деструктивной сорбции высокотоксичных химических соединений может быть положено в основу создания новых средств защиты от поражений высокотоксичными химическими соединениями. Первые работы по исследованию влияния излучения мощного СО2-лазера ( =10 μ) на строение и свойства шунгита проводились в АО «НИИЭФА им. Д.В. Ефремова». Поверхность обработанного лазерным излучением шунгита почти в 2 раза превышает поверхность природного шунгита, увеличивает его каталитическую активность. Элементный состав шунгитового материала не претерпевает значительных изменений после проведения лазерной обработки. Лазерная обработка шунгита повышает его способность очищать загрязненную воду от радикальных и ион-радикальных частиц, нейтрализуют токсические вещества в воде и воздухе. Активированные наночастицы шунгитового углерода обладают биоцидным действием, снижают гибель животных, увеличивают продолжительность жизни животных при накожной аппликации иприта.

Изучение поведения наночастиц в живых системах и степени безопасности новых наноматериалов путем опережающих научных исследований является одной из стратегических задач развития нанотехнологической сети. Актуальность проблемы обусловлена отсутствием достаточной информации об особенностях поведения искусственных наночастиц в живых системах, включая человека. Углеродсодержащие материалы занимают одно из ведущих мест на рынке наноматериалов. Количество предприятий, на которых производятся или применяются углеродные нанотрубки (УНТ) и другие типы углеродных наноматериалов, растет из года в год. Установление молекулярно-клеточных механизмов биологического и токсического действия УНТ при взаимодействии с различными биологическими объектами и организмом человека необходимо для последующей разработки подходов к техническому регулированию содержания наночастиц в различных объектах и предупреждению повреждающего действия на организм человека. В 2009-2015 гг. реализовывался протокол совместного российско-американского исследования по оценке экспозиции и риска здоровью от воздействия многостенных углеродных нанотрубок CNT-ERA (Carbon NanoTubes Exposure and Risk Assessment) – одно из первых в мире исследований по изучению риска здоровью человека, связанного с ингаляционным воздействием промышленных МУНТ. Исследование включало в себя гигиенический, токсикологический и эпидемиологический этапы. Концентрации респирабельной фракции аэрозоля в зоне дыхания работника, усредненные за 8-часовой период, находились в диапазоне от 0.54 до 6,11 мкг/м3 (в пересчете на элементный углерод). Обнаружен профибротический потенциал нативных промышленных МУНТ, а также потенциально повышенный риск развития легочных и сердечно-сосудистых заболеваний и злокачественных новообразований легких. Установлена необходимость пересмотра отечественных подходов к методам оценки экспозиций и нормированию УНТ в воздухе рабочей зоны, организации системы профилактических мероприятий и медицинского обслуживания работников.

Представлены результаты сравнительного анализа экспрессии апоптоз-регулирующих белков caspase-3 и bcl–2 в клетках нервной ткани беспородных белых крыс. Иммуногистохимическое исследование нервной ткани белых крыс выполняли после 9-дневного введения нанобиокомпозитов, состоящих из наночастиц серебра, инкапсулированных в матрицу из природного биополимера – арабиногалактана и синтетического – поли-1-винил-1,2,4-триазола. Обследование белых крыс проводили в 2 этапа: половину крыс из каждой группы забивали непосредственно после окончания воздействия (ранний срок) и оставшиеся крысы – через 6 месяцев после окончания воздействия (отдаленный срок). Установлено, что активность экспрессии регуляторных белков апоптоза при воздействии инновационных нанобиокомпозитов имеет свои особенности в зависимости от вводимого препарата и времени обследования. При обследовании сразу после подострого введения нанобиокомпозита – аргентумарабиногалактана (нАГ) в клетках нервной ткани головного мозга белых крыс возрастает содержание апоптотического и антиапоптотического белков caspase-3 и bcl – 2. Выявленные результаты свидетельствуют об активации апоптотических процессов уже на 10-й день после окончания воздействия нанобиокомпозита. В отдаленном периоде обследования количество гиперхромных и нормальных клеток, экспрессирующих белок caspase-3, становится еще выше, что свидетельствует о нарастании с течением времени процесса апоптоза при воздействии нанобиокомпозита на природной матрице-арабиногалактан. В препаратах также выявляется значимое возрастание количества нейронов, экспрессирующих bcl – 2, однако протективное действие данного белка не реализуется в полной мере. Таким образом, при сравнительной оценке биологических эффектов полимерных нанобиокомпозитов, содержащих наносеребро в природной и синтетической матрицах арабиногалактана и поли-1-винил-1,2,4–триазола установлено, что нарушения субклеточной организации нейронов возникают при введении только нанобиокомпозита на природной матрице арабиногалактан. Анализ результатов экспрессии апоптоз-регулирующих белков при введении белым крысам аргентумполивинилтриазола (нПВТ) не выявил по сравнению с введением чистой полимерной матрицы ПВТ, каких-либо изменений, свидетельствующих об активации апоптоза в нервных клетках на протяжении всего периода наблюдений. Изменения показателей носили разнонаправленный характер, не наблюдалось повышение содержания белка bcl-2, эффективно участвующего в регуляции процесса апоптоза, равно как и повышение экспрессии белка caspase-3, свидетельствующего о необратимых изменениях в клетках при индукции апоптоза.

В опыте на беспородных белых крысах самцах изучена системная токсичность наночастиц диоксида церия в форме 0,078 М гидрозоля. Установлено, что двухмесячное пероральное поступление в организм нанодиоксида церия в дозах 50, 10 и 2 мг/кг сопровождается развитием дозозависимого резорбтивного токсического эффекта. Доза 2 мг/кг квалифицирована как порог общего токсического действия в субхроническом эксперименте.