Нанотоксикология: формирующаяся дисциплина, развивающаяся на основе исследований ультрадисперсных частиц

Хотя человек подвергался воздействию взвешенных в воздухе наночастиц (НЧ; < 100 нм) на протяжении всей своей эволюции, за последнее столетие такое воздействие резко усилилось вследствие деятельности человека. Быстро развивающаяся область нанотехнологий, вероятно, станет еще одним источником воздействия на организм — при вдыхании, проглатывании, проникновении через кожу и инъекционном введении инженерных наноматериалов. Необходима срочная оценка их безопасности и потенциальной опасности. Результаты ранних биокинетических исследований НЧ, а также более поздних эпидемиологических и токсикологических исследований взвешенных в воздухе ультрадисперсных частиц можно рассматривать как основу развивающейся нанотоксикологии, которую определяют как оценку безопасности инженерных наноструктур и наноустройств. На основании результатов этих исследований можно сформулировать несколько новых положений нанотоксикологии. При вдыхании НЧ определенного размера эффективно оседают за счет диффузионных механизмов во всех отделах дыхательных путей. Малый размер облегчает их поглощение клетками и трансцитоз через эпителиальные и эндотелиальные клетки с последующим поступлением в кровь и лимфу, благодаря чему НЧ достигают потенциально чувствительных органов и тканей-мишеней, включая костный мозг, лимфатические узлы, селезенку и сердце. Наблюдалось также их проникновение в центральную нервную систему и нервные узлы путем перемещения вдоль аксонов и дендритов нейронов. НЧ, проникающие через кожу, распределяются благодаря поступлению в лимфатические сосуды. Эндоцитоз и биокинетика в значительной степени зависят от химии поверхности НЧ (покрытия) и ее изменений в организме. По сравнению с более крупными частицами того же химического состава НЧ имеют большую площадь поверхности на единицу массы, что обусловливает их более высокую биологическую активность. Она может проявляться провоспалительным и прооксидантным, а также антиоксидантным действием, что объясняет ранние противоречивые данные о токсичности НЧ для экологически значимых видов. Данные о распределении НЧ в митохондриях и развитии окислительного стресса после их эндоцитоза указывают на необходимость фундаментальных исследований взаимодействия НЧ с субклеточными структурами. При оценке безопасности инженерных НЧ необходимо также тщательно выбирать соответствующие условиям дозы и концентрации, учитывать вероятность более выраженных эффектов у организма с нарушенными функциями, а также возможную пользу желательных эффектов. Для проведения исследований в области нанотоксикологии и получения адекватной оценки риска необходим междисциплинарный подход с участием специалистов по токсикологии, материаловедению, медицине, молекулярной биологии и биоинформатике.