Биореволюция

Эти риски для экологии и человека необычайно велики. Информации о результатах применения нанобиотехнологий настолько недостаточно, что порой неизвестно — получается суперлекарство или супероружие.

Популярность новейших биотехнологий растет значительно быстрее, чем предполагают эксперты, и, видимо, скоро обгонит нанопроекты в электронике. Так, в прошлом году 5 из каждых 10 новых компаний, работающих в области биотехнологии, уже используют нанотехнологии, тогда как в 2002 году это соотношение равнялось 1 к 10. По словам генерального директора ГК «Роснанотех» Леонида Меламеда, из 330 предложений, поступивших в корпорацию, 21% проектов — из области электроники, а 12% — из области медицины и 5% — по сельскому хозяйству.

Токсичность многих наноматериалов заставила задуматься российских ученых, провозгласивших развитие нанотехнологий приоритетной национальной задачей России на ближайшее будущее. В НИИ медицины труда РАМН прошла конференция, посвященная проблемам биобезопасности нанотехнологий, на которой ученые предложили правительству принять новые технические регламенты для работы с наноматериалами.

Как считает академик РАМН, заместитель председателя комитета Госдумы РФ по охране здоровья Сергей Колесников, наносубстанции могут обладать огромной разрушительной силой, поскольку мы еще толком не знаем, как они могут влиять на организм. Требуются новые и очень серьезные исследования. Еще десятилетия назад опыты медиков доказали, что мелкие частицы пыли вызывают множество заболеваний, в том числе силикоз легких. Поэтому необходимо избежать ошибок предшественников, которые не учитывали вопросы безопасности при работе с новейшими технологиями.

По словам Сергея Колесникова, достаточно вспомнить, как начиналась ядерная энергетика. А во времена увлечения генной инженерией и биотехнологиями началось промышленное производство кормового белка. Но оказалось, что при его получении загрязняется атмосфера.

В Ангарске и Киришах зафиксированы тяжелые случаи бронхоаллергозов. Недавно генеральный директор ГК «Роснанотеха» Леонид Меламед признал необходимость создания при госкорпорации комиссии по безопасности применения новых научных разработок. Конечно, это будет стоить дорого, но при всех рисках, которые может таить в себе использование нанотехнологий, положительного эффекта от них будет больше, считает ученый.

Особенно озабочены негативными последствиями применения нанобиотехнологий государства Европы. Они тратят на изучение рисков, связанных с нанотехнологиями, вдвое больше средств, чем США. Так, госинвестиции США на эти цели в рамках Национальной Нанотехнологической Инициативы составили 13 миллионов долларов, а европейцы выделили почти 24 миллионов долларов. В целом же федеральный бюджет США израсходовал на нанотехнологические исследования более 1,4 миллиарда долларов. Менее 3% из них были направлены на изучение влияния нанотехнологий на здоровье человека, окружающую среду. Немного, хотя решительные попытки навести порядок в этом деле все же есть.

В нынешнем году Агентство по Защите Окружающей Среды США оштрафовало американскую компанию «IOGEAR» за продажу нанопестицидов, не прошедших проверку государственными природоохранными органами. Пока на рынке еще не много продуктов нанобиотехнологий. Но к 2014 году, по прогнозу консалтинговой фирмы «Lux Research», примерно 15% товаров, произведенных в мире (на сумму в 2,6 триллиона долларов), будут производиться с их применением. В мире более 400 компаний активно занимаются исследованиями, развитием и производством в области нанотехнологий. Лидеры — США, Япония и Китай.

К 2010 году Азия, в которой проживает половина всего населения Земли, станет крупнейшим рынком нанопищи, причем Китай будет занимать лидирующую позицию. И если уже сегодня не наладить контроль, то последствия могут быть катастрофичными.

Так, в докладе экологической организации «Друзья Земли» отмечается, что наночастицы, используемые в продуктах питания, мгновенно проникают в организм и по-разному влияют на иммунную систему. «Друзья Земли» призвали объявить мораторий на использование наноматериалов в пищевой промышленности, пока не будут проведены исследования, разработаны законы, введена маркировка продуктов.

А выпускница Массачусетского технологического университета Десири Плата обнаружила, что процесс производства углеродных нанотрубок сопряжен с эмиссией по меньшей мере 15 ароматических углеводородов, включая 4 разновидности токсичных полициклических углеводородов, идентичных найденным в дыме сигарет и выхлопных газах автомобилей. И, конечно, возникает резонный вопрос: не станут ли удивительные материалы удивительными загрязнителями?

Изучением поведения наночастиц в человеке займется созданный в городе Грац Европейский центр нанотоксикологии. Основная задача ученых — передача ноу-хау своих партнеров научно-исследовательским институтам и промышленности. Центр намерен также провести стандартизацию методов изучения и предотвращения возможного вредного воздействия наночастиц на раннем этапе создания продуктов питания.

Кстати, в Комитете по науке Палаты представителей Конгресса США уже обсуждается поправка к закону, согласно которой не менее 10% федеральных средств, выделяемых для нанотехнологических исследований, должны расходоваться на изучение рисков. Как будут использованы результаты этих исследований — неизвестно. В случае положительных результатов продукты новых технологий пойдут в медицину и на прилавки магазинов, а в случае отрицательных могут быть предложены Пентагону. Кстати, его исследования в этой области строго засекречены. Чтобы понять, несколько опасны или полезны нанобиотехнологии, рассмотрим механизм их действия.

Непредсказуемое конструирование

Наночастицы — искусственно созданные микроскопические образования размером не более 100 нанометров (нанометр — одна миллиардная метра). Это могут быть липосомы (жировые пузырьки), эмульсии, полимерные, керамические, металлические и углеродные частицы. Их все чаще используют в медицине, солнцезащитной косметике, кремах от морщин. Наночастицы могут проникать сквозь клетки эпителия, распространяться по отросткам нервных клеток, кровеносным и лимфатическим сосудам. Они избирательно накапливаются в клетках разных типов и в клеточных структурах. Высокая проникающая способность не только делает наночастицы ценнейшим лекарством, но и повышает их опасность для здоровья человека. Вообще же о влиянии наночастиц на человеческий организм известно очень мало.

Как считает доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАМН, руководитель лаборатории фармакологии мутагенеза и лаборатории лекарственной токсикологии ГУ НИИ фармакологии Андрей Дурнев, нанотоксикол¬огия должна изучить фундаментальные закономерности проявления биологических и токсических эффектов наночастиц в зависимости от их формы, размера, материала, заряда, дозы, пути введения, концентрации в области органа-мишени, продолжительности воздействия и других физико-химических особенностей.

Лекарственные субстанции и наночастицы могут принципиально различаться по своим свойствам. А общепринятые методы доклинической оценки безопасности лекарств для частиц не подходят. Например, только специальные методические приемы помогли обнаружить нежелательные генетические эффекты у частиц цеолита.

Лекарственные наночастицы предназначены для больных, и испытывать их надо на животных с моделями заболеваний. К тому же человеческая популяция генетически неоднородна, и большая группа людей может оказаться чрезвычайно чувствительной к действию наночастиц.

Помимо непредсказуемых медицинских последствий использование непроверенных средств может привести к значительным финансовым потерям. На создание нового лекарства уходит до 800 миллионов долларов, и если оно окажется токсичным, не только затраты на его разработку не окупятся, но и потребуются немалые средства на ликвидацию последствий применения.

Фундаментальные исследования российских институтов позволили сформировать 5 направлений развития нанобиотехнологий.

1. НАНОДИАГНОСТИКА И НАНОДЕТЕКЦИЯ — конструирование биологических узнающих систем.

Исследователи уже разрабатывают системы детекции биоорганических субстанций, бактерий, вирусов для использования в молекулярной биологии, медицине, экологии, криминалистике.

Создаются нанобиосенсоры для генодиагностики, наркодиагностики, мониторинга лекарств, нанокомплексы, пригодные для внутривенного введения, состоящие из биосенсоров с наночастицами, которые регистрируются физическими приборами, расположенными вне тела (ядерномагнитный резонанс, ультразвуковые и другие исследования), системы гигиенического надзора безопасности нанотехнологического производства и нанопродукции. Будет создана новая дисциплина — наноэтика.

2. НАНОЛЕКАРСТВА, конструирование новых лечебных препаратов для клеток-мишеней и клеточных наноструктур, включая генотерапию, новые противоопухолевые, кардиотропные и психотропные средства, новые антибиотики, иммуномодуляторы, аллерготропины и наноантитела для лечения иммунодефицитов, аллергии, опухолей и аутоиммунных заболеваний. Ученые работают над преодолением клеточных мембран, различных биологических барьеров для адресной доставки лекарств.

3. НАНОВАКЦИНЫ. Это конструирование иммуногенов, мини-антител, наноантител, создание вакцин против туберкулеза, СПИДа, гепатитов, гриппа и других социально значимых инфекций. Например, с помощью нанотехнологий возможна противоопухолевая защита организма, адресное стимулирование или подавление его иммунитета.

4. ТРАНСГЕННОЕ НАНОКОНСТРУИРОВАНИЕ, трансгенез бактерий, вирусов, создание векторных наноконструктов. Так, трансгенез растений позволяет производить новые гормоны и вакцины, трансгенез животных — новые породы, новые биологические материалы.

5. НАНОБИОНИКА — создание нанокомпонентов для новых кровезаменителей, наногубок и нанотрубок, безаллергенных биоматериалов, энерготрасформирующих наносистем и нанороботов, создание модельных живых клеток и искусственных вирусов. Как отмечает советник РАН академик Рэм Петров, каждое из этих направлений связано именно с конструированием — тем, что отличает нанобиотехнологию от молекулярной биологии, клеточной инженерии и других ветвей науки. Нетрудно заметить, что каждое из этих направлений имеет непосредственное отношение к военной медицине и биологическому оружию.

Возможности обязывают

Множество людей страдает от повреждений спинного мозга, при которых нарушается связь с конечностями и другими органами. В местах повреждений нервных волокон образуются рубцы из соединительной ткани, препятствующие их работе и росту. Исследователи из Северо-Западного Универститета (США) разработали жидкий материал, который препятствует образованию рубцов в местах повреждения нервных волокон и поддерживает их рост. Молекулы жидкости в присутствии ионов кальция и натрия, попавшие в организм, самособираются в каркас из нановолокон, на котором растут нервы. Затем нановолокна распадаются за 3–9 недель на питательные вещества.

Благодаря нанотехнологиям, на основе тонких пленок можно создать имплантируемые «аптеки-на-чипе». Подбирая параметры переменного тока, можно регулировать количество вводимых лекарств. Для удаленного управления их дозой может использоваться радиосигнал.

Исследователи разрабатывают также сенсоры, которые могли бы «чувствовать» условия, при которых необходимо ввести лекарство. Уже создана пассивная «аптека-на-кристалле». Но ее испытания на человеке могут начаться не ранее чем через 5 лет.

Ученые из Университета Пэрдью показали, что обычная бактерия может доставлять лекарства в клетки поврежденных тканей. Это открывает новые возможности в области генной терапии и диагностики.

Российские ученые активно работают над созданием «нановакцины» от гриппа. Предполагается, что после одного приема высокоиммуногенной спрей-вакцины человек 5–7 лет не будет болеть гриппом. Аналогичные разработки ведутся в США и Европе, но наши ученые, по всей видимости, станут первыми, кто запатентует это лекарство. Препаратом можно будет прививать человека от нескольких штаммов вируса гриппа. Первые испытания вакцины пройдут уже в конце этого года. Если ожидания подтвердятся, в будущем году препарат поступит в массовое применение.

В ближайших планах ГосНИИ генетики — создание препаратов против возбудителей ангины, отитов и гайморитов. Растворы для полоскания на основе лизоцимов позволят лечить эти болезни без приема антибиотиков. В отдаленной перспективе — создание лекарства против возбудителей сибирской язвы. Ученые отмечают, что новые препараты нередко имеют стратегическое значение. Они станут эффективной защитой от биотерроризма.

Владимир ДЕРНОВОЙ