Наночастицы изменят мир, но к лучшему ли это зависит от решений, принятых сейчас

 Технологии, основанные на наноразмерных материалах – например, частицах, размер которых более чем в 10 000 раз меньше точки в конце этого предложения – играют все большую роль в нашем мире.

Углеродные нановолокна укрепляют рамы самолетов и велосипедов, наночастицы серебра делают ткани, устойчивые к бактериям, а увлажняющие наночастицы, называемые нанолипосомами, используются в косметике.

Нанотехнологии также производят революцию в медицине и расширяют границы возможностей человека. Если вы получили вакцину от COVID-19 в США, она содержала наночастицы.

В будущем нанотехнологии могут позволить врачам лучше лечить заболевания и расстройства головного мозга, такие как рак и деменция, поскольку наночастицы легко проходят через гематоэнцефалический барьер.

Наночастицы в глазных каплях могут временно исправить зрение. А стратегически имплантированные наночастицы в глаза, уши или мозг могут обеспечить ночное зрение или слух, не уступающий собачьему. Наночастицы могут даже позволить людям управлять своими умными домами и автомобилями с помощью мозга.

Это не научная фантастика. Все это активные области исследований.

Но системы оценки безопасности и этики наночастиц не поспевают за исследованиями. Меня, как химика, работающего в области биологических наук, беспокоит такой ограниченный надзор. Без обновленных основ трудно сказать, сделают ли нанотехнологии мир лучше.

Нано – что и почему?

Любая частица или материал размером от 1 до 100 нанометров в одном измерении может быть классифицирована как «нано». Точка в конце этого предложения равна 1 000 000 нанометров, а диаметр человеческого волоса составляет около 100 000 нм. Оба слишком велики, чтобы их можно было назвать «нано». Одиночный коронавирус имеет диаметр около 100 нанометров, а частицы сажи от лесных пожаров могут достигать 10 нанометров в диаметре — два примера встречающихся в природе наночастиц.

В этом видео показано, насколько малы наночастицы по сравнению с другими объектами.

Наночастицы также можно производить в лаборатории. Аденовирусные векторы, нанолипочастицы и мРНК, используемые в вакцинах против COVID-19, представляют собой сконструированные наночастицы. Оксид цинка и диоксид титана, используемые в минеральных солнцезащитных кремах, также являются искусственными наночастицами, как и углеродное нановолокно в самолетах и велосипедных рамах.

Наночастицы полезны, потому что они имеют другие свойства, чем более крупные материалы, даже если они имеют тот же химический состав. Например, крупные частицы оксида цинка не растворяются в воде и используются в качестве пигмента в белой краске.

Наноразмерный оксид цинка используется в солнцезащитных кремах, где он выглядит почти прозрачным, но отражает солнечный свет от вашей кожи, предотвращая солнечные ожоги.

Наноразмерный оксид цинка также проявляет противогрибковые и антибактериальные свойства, которые могут быть полезны для изготовления антимикробных поверхностей, но причина его антимикробных свойств до конца не ясна.

И в этом заключается проблема. Хотя многие ученые заинтересованы в использовании положительных свойств наноматериалов, мы с коллегами обеспокоены тем, что ученые до сих пор недостаточно знают об их поведении.

Нанотехнологическая безопасность

Наночастицы привлекательны для биомедицинских исследователей, поскольку они могут проникать сквозь клеточные мембраны. Антимикробные свойства наноразмерного оксида цинка, вероятно, связаны с его способностью проникать через мембраны бактериальных клеток. Но эти наночастицы могут проникать и через клеточные мембраны человека.

В Соединенных Штатах Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов «в целом признает оксид цинка безопасным и эффективным» для таких продуктов, как солнцезащитный крем, поскольку он вряд ли (в солнцезащитном креме) будет токсичным для человека.

Однако, хотя ученые довольно хорошо понимают влияние на здоровье крупных частиц оксида цинка, они не до конца понимают влияние на здоровье наноразмерного оксида цинка. Лабораторные исследования с использованием клеток человека дали противоречивые результаты: от воспаления до гибели клеток.

Я большой сторонник солнцезащитного крема. Но меня также беспокоит воздействие на окружающую среду частиц, которые, как известно, проникают через клеточные мембраны.

Ежегодно производятся сотни тонн нанооксида цинка, и он нелегко разлагается. Если мы не поймем его поведение лучше, невозможно предсказать, станет ли оно в конечном итоге проблемой – хотя все больше данных свидетельствует о том, что нанооксид цинка из солнцезащитного крема повреждает коралловые рифы.

Этика нанотехнологий

Способность наночастиц проникать через клеточные мембраны делает их эффективными в таких терапевтических средствах, как вакцины. Наночастицы обещают способствовать регенерации скелетных мышц, и однажды они смогут лечить мышечную дистрофию или естественную атрофию, возникающую с возрастом.

Но вакцины против COVID-19 служат предостережением: вакцины против COVID-19 с использованием наночастиц были быстро приняты на вооружение в Соединенных Штатах и Европе, но страны с более низкими доходами имели гораздо меньший доступ из-за патентной защиты вакцины и отсутствия инфраструктуры производства и хранения. .

Наночастицы также могут позволить улучшить работоспособность человека, начиная от улучшения зрения и заканчивая тем, что солдаты будут более эффективны в бою.

Без этической основы их использования повышающие производительность нанотехнологии, доступные только в определенных местах, могут углубить разрыв в уровне благосостояния между странами с высокими и низкими доходами.

Новый надзор

Сегодня разные страны относятся к наночастицам по-разному. Например, Научный комитет Европейского Союза по безопасности потребителей запретил использование наноразмерного оксида цинка в аэрозольных солнцезащитных кремах на всей территории ЕС, сославшись на его способность проникать в клетки легких и оттуда перемещаться в другие части тела. США не предприняли подобных действий.

Европейский Союз создал лабораторию нанобиотехнологий для изучения воздействия наночастиц на здоровье и окружающую среду.

Видео: Лаборатория нанобиотехнологий ЕС работает над улучшением понимания наночастиц и их воздействия на более крупные биологические системы.

В Соединенных Штатах Национальная нанотехнологическая инициатива — скоординированная программа исследований и разработок, спонсируемая правительством, — работает над объединением экспертов по правовым и этическим вопросам с учеными. Они взвесят преимущества и риски нанотехнологий и распространят информацию среди других ученых и общественности.

Преодоление неравенства в распределении вакцин с использованием наночастиц – это совсем другая проблема. Программа COVAX Всемирной организации здравоохранения была направлена на обеспечение справедливого и равноправного доступа к лекарствам, связанным с COVID. Подобные меры следует рассмотреть для всей медицины, основанной на нанотехнологиях, чтобы каждый мог получить от них пользу.

Синтетическая биология – это область, которая переживает столь же быстрый рост. В течение последних 20 лет некоммерческая организация iGEM Foundation проводит ежегодный всемирный студенческий конкурс, который использует в качестве платформы, чтобы научить молодых ученых думать о более широких последствиях своей работы.

Фонд iGEM требует от участников учитывать безопасность, защищенность и то, является ли их проект «полезным для мира». Исследовательское сообщество в области нанотехнологий извлекло бы большую выгоду из принятия подобной модели. Нанотехнологии, которые меняют мир к лучшему, требуют координации науки и этики, чтобы определить, как они используются и контролируются еще долго после того, как мы их создадим.

Источник