Аннотация
В статье представлено изложение общих подходов к оценке безопасности наноматериалов, которые начинают активно применяться в качестве компонентов медикаментозных средств для приема внутрь, наружного применения, ингаляции, инъекций и в составе исходных материалов для изготовления имплантируемых изделий.
Атомы или молекулы на поверхности наноматериала могут быть химически и биологически реактивными и потенциально способствовать развитию неблагоприятных последствий для организма человека. У исследователей возникла вполне понятная настороженность в связи с возможными рисками их применения. Необходима система методов, с помощью которой можно было бы оценивать биологическую совместимость, токсичность, уровни воздействия материалов, созданных на основе нанотехнологий, и получать сведения, необходимые для оценки безопасности и рисков применения наноматериалов в отдаленные сроки.
Существующие в настоящее время традиционные подходы, стандарты и протоколы исследований, используемые для медико-биологической оценки химических веществ, включая ультрадисперсные частицы, несомненно, применимы для определения значимых характеристик наноматериалов. В ближайшем будущем оценка рисков применения наноматериалов в медицине потребует междисциплинарного подхода с участием медиков, биологов, токсикологов и специалистов в области материаловедения, химии, физики, биотехнологии и других областей знаний.
Литература
1. Roco M.C., Williams R.S., Alivisatos P. (eds). Nanotechno- logy research directions. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers; 2000; 8.
2. Nel A., Xia Т., Madler L., Li N. Toxic potential of materials at the nanolevel. Science. 2006; 311: 622–7.
3. Roco M.C. Nanotechnology: convergence with modern biolo- gy and medicine. Curr. Opin. Biotechnol. 2003; 14: 337–46.
4. Ishijima A., Yanagida T. Single molecule nanobioscience. Trends Biochem. Sci. 2001; 26: 438–44.
5. OberdÖrster G., OberdÖrster E., OberdÖrster J. Nanotoxi- cology: An emerging discipline evolving from studies of ultra- fine particles. Environmental Health Perspective. 2005; 113: 823–39.
6. Warheit D.B., Laurence B.R., Reed K.L., Roach D.N., Reynolds G.A., Webb T.R. Comparative pulmonary toxicity assessment of single-wall carbon nanotubes in rats. Toxicolo- gical Sciences. 2004; 77 (1): 117–25.
7. Warheit D.B., Hoke R.A., Finlay C., Donner E.M., Reed K.L., Sayes C.M. Development of a base set of toxicity tests using ultrafine TiO2 particles as a component of nanoparticles risk management. Toxicology Letters. 2007; 171 (3): 99–110.
8. Lam C.-W., James J.T., McCluskey R., Hunter R.L. Pulmo- nary toxicity of single-wall carbon nanotubes in mice 7 and 90 days after intratracheal instillation. Toxicological Sciences. 2004; 77 (1): 126–34.
9. Shvedova A.A., Kisin E.R., Murray A.R., Johnson V.J., Gorelik O., Arepalli S. et al. Inhalation vs. aspiration of single- walled carbon nanotubes in C57BL/6 mice: inflammation, fibrosis, oxidative stress, and mutagenesis. Am. J. Physiol. Lung Cell. Molecular Physiol. 2008; 295 (4): L552–65.
10. Shvedova A.A., Kisin E.R., Porter D., Schulte P., Kagan V.E., Fadeel B. et al. Mechanisms of pulmonary toxicity and med- ical applications of carbon nanotubes: Two faces of Janus? Pharmacol. Therapeutics. 2009; 121 (2): 192–204.
11. Monteiro-Riviere N.A., Nemanich R.J., Inman A.O., Wang Y.Y., Riviere J.E. Multi-walled carbon nanotube interactions with human epidermal keratinocytes. Toxicology Letters. 2005; 155 (3): 377–84.
12. Sayes C.M., Fortner J.D., Guo W., Lyon D., Boyd A.M., Ausman K.D. et al. The differential cytotoxicity of water solu- ble fullerenes. Nano Letters. 2004; 4 (10): 1881–7.
13. Sayes С.М., Reed K.L., Warheit D.B. Assessing toxicity of fine and nanoparticles: Comparing in vitro measurements to in vivo pulmonary toxicity profiles. Toxicological Sciences. 2007; 97 (1): 163–80.
14. Baker G.L., Gupta A., Clark M.L., Valenzuela B.R., Staska L.M., Harbo S.J. et al. Inhalation toxicity and lung toxicokinetics of C60 fullerene nanoparticles and microparticles. Toxicological Sciences. 2008; 101 (1): 122–31.
15. Ji J.H., Jung J.H., Kim S.S., Yoon J.U., Park J.D., Choi B.S. et al. Twenty-eight-day inhalation toxicity study of silver nano- particles in Sprague-Dawley rats. Inhalation Toxicology. 2007; 19 (10): 857–71.
16. Helland A., Wick P., Koehler A., Schmid K., Som C. Reviewing the environmental and human health knowledge base of carbon nanotubes. Environmental Health Perspectives. 2007; 115 (8): 1125–31.
17. Park В., Donaldson K., Duffin R., Tran L., Kelly F., Mud- way I. et al. Hazard and risk assessment of a nanoparticulate cerium oxide-based diesel fuel additive – a case study. Inhalation Toxicology. 2008; 20 (6): 547–66.
18. Poland С.A., Duffin R., Kinloch I., Maynard A., Walla- ce W.A., Seaton A. et al. Carbon nanotubes introduced into the abdominal cavity of mice show asbestos-like pathogeni- city in a pilot study. Nature Nanotechnology. 2008; 3 (7): 423–8.
19. Nygaard U.C., Hansen J.S., Samuelsen M., Alberg T., Marioara C.D., Lo/vik M. Single-walled and multi-walled car- bon nanotubes promote allergic immune responses in mice. Toxicological Sciences. 2009; 109 (1): 113–23.
20. Stern S.T., McNeil S.E. Nanotechnology safety concerns revisited. Toxicological Sciences. 2008; 101 (1): 4–21.
21. Williams D. Carbon nanotubes in medical technology. Medical Device Technology. 2007; 8 (2): 8–10.
22. Christenson E.M., Anseth K.S., van den Beucken J.J., Chan C.K., Ercan B., Jansen J.A. et al. Nanobiomaterial applications in orthopedics. J. Orthopedic Research. 2007; 25 (1): 11–22.
23. Yang X. Nano- and micro particle based imaging of cardiovas- cular interventions: overview. Radiology. 2007; 243 (2): 340–7.
24. Bai S., Thomas C., Rawat A., Ahsan F. Recent progress in dendrite-based nanocarriers. Critical Reviews in Therapeutic
Drug Carrier Systems. 2006; 23 (6): 437–95.
25. Lockman P.R., Koziara J.M., Mumper R.J., Allen D.D.
Nanoparticle surface charges alter blood-brain barrier integri-
ty and permeability. J. Drug Targeting. 2004; 12: 635–41.
26. Wang J., Chen C., Liu Y., Jiao F., Li W., Lao F. et al. Potential neurological lesion after nasal instillation of ТiO2 nanoparti- cles in the anatine and retile crystal phases. Toxicology Letters.
2008; 183 (1–3): 72–80.
27. Wang J., Liu Y., Jiao E., Lao F., Li W., Gu Y. et al. Time-
dependent translocation and potential impairment on central nervous system by intranasal instilled TiO2 nanoparticles. Toxicology Letters. 2008; 254 (1–2): 82–90.
28. Brook R.D. Cardiovascular effects of air pollution. Clinical Science. 2008; 115 (6): 175–87.
29. Sint Т., Donohue J.E., Ghio A.J. Ambient air pollution parti- cles and the acute exacerbation of chronic obstructive pul- monary disease. Inhaled Toxicology. 2008; 20 (1): 25–9.
30. Borm P., Robbins D., Haubold S., Kuhlbusch T., Fissan H., Donaldson K. et al. The potential risks of nanomaterials: a review carried out for ECETOC. Particle and Fiber Toxicology. 2006; 3: 1–35.
31. Warheit D.B., Webb T.R., Reed K.L., Frerichs S., Sayes C.M. Pulmonary toxicity study in rats with three forms of ultrafine- TiO2 particles: differential responses related to surface proper- ties. Toxicology. 2007; 230 (1): 90–104.
32. Teeguarden J.G., Hinderliter P.M., Orr G., Thrall B.D., Pounds J.G. Particokinetics in vitro: Dosimetry Considera- tions for in vitro Nanoparticle Toxicity Assessments. Toxico- logical Sciences. 2007; 95 (2): 300–12.
33. Powers K.W., Palazuelos M., Moudgil B.M., Roberts S.M. Characterization of the size, shape, and state of dispersion of nanoparticles for toxicological studies. Nanotoxicology. 2007; 1 (1): 42–51.
34. Powers K.W., Brown S.C., Krishna V.B., Wasdo S.C., Moud- gil B.M., Roberts S.M. Research strategies for safety evalua- tion of nanomaterials. Part VI. Characterization of nanoscale particles for toxicological evaluation. Toxicological Sciences. 2006; 90: 296–303.
35. Purchase I.F.H. Risk assessment. Principles and conse- quences. Pure and Applied Chemistry. 2000; 72 (6): 1051–6.
36. Braydich-Stolle L., Hussain S., Schlager J.J., Hofmann M.C. In vitro cytotoxicity of nanoparticles in mammalian germ line stem cells. Toxicological Sciences. 2005; 88: 412–9.
37. Hussain S.M., Hess K.L., Gearhart J.M., Geiss K.T., Schla- ger J.J. In vitro toxicity of nanoparticles in BRL ЗА rat liver cells. Toxicology in Vitro. 2005; 19: 975–83.
38. Бокерия Л.А., Агафонов А.В., Волков Р.Л., Кузнецов В.О., Кукин В.Н., Боргардт Н.И., Фадеев А.А. Исследования микроструктуры контактирующих с кровью поверхнос- тей имплантируемых изделий из пироуглеродных мате- риалов. Бюллетень НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН. 2013; 14 (2): 26–35.
39. Dobrova N.B., Sidorenko E.S., Kevorkova R.A. The quantita- tive characteristics of thromboresistance of two types of Tita- nium showing promise for cardiovascular surgery. Proceedings of 3rd World Congress of Biomechanics. 1998, August 2–8; Sapporo; Japan; 1998.
40. Сидоренко Е.С., Чижов А.Я. (ред.) Эндоэкологические реакции адаптации при имплантации гемо- и биосовмес- тимых материалов. М.: РУДН; 2006.
Об авторах
Сидоренко Елена Сергеевна, доктор мед. наук, вед. науч. сотр.
Фадеев Александр Алексеевич, кандидат техн. наук, заведующий лабораторией по применению полимеров в сердечно-сосудистой хирургии;
Aгафонов Андрей Васильевич, кандидат техн. наук, cт. науч. сотр.