Наночастицы — изолированный твёрдофазный объект, имеющий отчётливо выраженную границу с окружающей средой, размеры которого во всех трех измерениях составляют от 1 до 100 нм.
Наночастицы специфично воздействуют на живые организмы. Из-за малого в рамках макромира размера они обладают уникальными свойствами взаимодействия с клетками и клеточными мембранами, а их большой в рамках микромира размер позволяет сочетать в одной частице вещества, обладающие различными полезными свойствами, и создавать эффективные комбинированные препараты.
Однако побочные эффекты применения наноматериалов могут быть весьма опасными, и недооценивать их нельзя. Современная наука на данном этапе знает о процессах, протекающих в живых организмах при участии наночастиц, очень мало. И комплексный подход к этой проблеме подразумевает выработку универсальных характеристик, показывающих механизм взаимодействия наночастиц с биомолекулами.
Во-первых, это химическая и каталитическая активность поверхности наночастиц, отсутствующая у этого же вещества, имеющего более крупную дисперсность.
Во-вторых, особенностью наночастиц, проявляющейся их токсичностью, является их высокая концентрация в воздухе при незначительном количестве самого распыленного вещества.
И третья особенность наночастиц — это их способность к ингаляционному, трансдермальному, транснейральному и энтеральному проникновению в любые органы и ткани человека, включая ЦНС.
«Новинкой», характерной именно для частиц нанодиапазона, является возможность их проникновения в организм человека по нервным волокнам, идущим от обонятельного эпителия, и через кожу. Помимо транснейронального проникновения в ЦНС, наночастицы легко преодолевают гематоэнцефалический барьер.
Наночастицы используются не только в косметологии и производстве моющих средств, но и в пищевой промышленности. Влияние этих частиц на здоровье человека до сих пор не изучено. Крохотные частички способны проникать в организм через дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, а также через кожу. Далее они попадают в кровь, минуют барьер клеточной мембраны, после чего получают свободный доступ в клетки, включая клеточное ядро. Такое вторжение может не только серьёзно повредить атакованную клетку, но и изменить генетический материал.
В ходе экспериментов был сделан пугающий своими негативными глобальными последствиями вывод: наночастицы в растениях не биотрансформируются, и значит, переходят в следующие поколения, каждый раз увеличивая свою концентрацию. Вследствие этого наночастицы можно рассматривать как объекты воздействия, к которым у человека еще отсутствует иммунитет. Поэтому воздействие наноматериалов и продуктов их распада на организм человека и на его потомство требует серьезных исследований и подлежит тщательному изучению.
in vitro — Технология выполнения экспериментов в лабораторных условиях, вне живого организма.
Наночастицы по размеру сходны с рецепторами клеток и молекулами, осуществляющими сигнальную функцию. Исследования, проведенные в условиях in vitro с использованием различных клеточных систем, показали развитие у клеток, экспонированных к наночастицам, противовоспалительных и связанных с окислительным стрессом реакций.
Окислительный стресс, вызванный активной поверхностью наночастиц, приводит к увеличению внутриклеточного кальция и к активации отдельных генов. Проникшие в клетку частицы металла приводят клетку к окислительному стрессу, увеличивая, в свою очередь, внутриклеточное содержание кальция и активируя отдельные гены. Клеточный рецептор, активированный металлом, высвободившимся из наночастицы, приводит к активации отдельных генов.
В опытах на лабораторных животных был подтвержден высокий воспалительный потенциал наночастиц, и было установлено, что он тем выше, чем меньше размер частиц, к которым экспонировано животное. Также было установлено значительное разрушительное действие наночастиц на легочную ткань.
Показано, что введение в организм млекопитающих полимерных наночастиц, несущих нуклеиновые кислоты, помимо специфического действия, обусловленного экспрессией нуклеиновых кислот, вызывает целый ряд неспецифических генерализованых реакций, а именно: синтез цитокинов, скоротечную лимфопению, тромбоцитопению, канцерогенные и острые токсические эффекты.
В патологическом эффекте нанообъектов прослеживается определенная специфичность, обусловленная их структурой и химическим строением. Например, агрегированные одностеночные углеродные нанотрубки в легочной ткани мышей индуцируют образование гранулем, главным образом связанных с гипертрофией эпителиальных клеток, Эти же трубки, но в диспергированном состоянии, вызывают развитие диффузного интерстициального фиброза с утолщением стенок альвеол.
Наночастицы после ингаляции проникают в кровеносное русло по разным механизмам. Скорость этого процесса может варьировать для наночастиц разных размеров и химического состава. Но в некоторых случаях этот процесс может осуществляться очень быстро. Например, ингалированные углеродные частицы размером менее 100 нм уже через одну минуту после экспозиции можно обнаружит в крови экспериментального животного.
| Воздействие на человека специфических вредных веществ | Атмосферный воздух и его загрязнение |