Ученая Кристин Омберг рассматривает наночастицы и то, как они могут определить наше будущее к лучшему или к худшему.
Технологии, основанные на наноразмерных материалах – например, частицах, которые более чем в 10 000 раз меньше точки в конце этого предложения, – играют все большую роль в нашем мире.
Углеродные нановолокна укрепляют фюзеляж самолетов и рамы велосипедов, наночастицы серебра делают ткани устойчивыми к бактериям, а увлажняющие наночастицы, называемые нанолипосомами, используются в косметике.
Нанотехнологии также совершают революцию в медицине и расширяют границы возможностей человека.
В будущем нанотехнологии могут позволить врачам излечивать такие заболевания как рак или слабоумие, поскольку наночастицы легко проходят через гематоэнцефалический барьер.
Наночастицы в глазных каплях могут временно корректировать зрение. А стратегическая имплантация наночастиц в глаза, уши или мозг может обеспечить ночное зрение или слух, не уступающий собачьему. Наночастицы могут даже позволить людям управлять своими “умными” домами и автомобилями с помощью мозга.
И это не научная фантастика. Все это – активные области исследований.
Содержание
Однако системы оценки безопасности и этичности наночастиц не успевают за ходом исследований. Как химика, работающего в области бионаук, меня беспокоит такой ограниченный контроль. Без обновленных стандартов 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 нанометров. Оба эти параметра слишком велики, чтобы считать их “нано”. Диаметр одного коронавируса составляет около 100 нанометров, а частицы сажи от лесных пожаров могут достигать 10 нанометров в диаметре – это два примера наночастиц природного происхождения.
Наночастицы также могут быть получены в лаборатории. Векторы аденовирусов, нанолипочастицы и мРНК, используемые в вакцинах, являются созданными в лаборатории наночастицами. Оксид цинка и диоксид титана, используемые в некоторых минеральных солнцезащитных кремах, также являются искусственными наночастицами, как и углеродное нановолокно, используемое в самолетах и рамах велосипедов.
Наночастицы полезны тем, что их свойства отличаются от свойств более крупных материалов, даже если они имеют одинаковый 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 кожи, предотвращая солнечные ожоги.
Наноразмерный оксид цинка также обладает противогрибковыми и антибактериальными свойствами, что может быть полезно для создания антимикробных поверхностей, однако причина его антимикробных свойств до конца не понятна.
И в этом кроется проблема. Хотя многие ученые заинтересованы в использовании положительных свойств наноматериалов, я и мои коллеги обеспокоены тем, что ученые еще недостаточно знают об их поведении, тем более на протяжении длительного временного отрезка.
Безопасность нанотехнологий
Наночастицы привлекательны для исследователей в области биомедицины, поскольку они способны проникать через клеточные мембраны. Антимикробные свойства наноразмерного оксида цинка, вероятно, связаны с его способностью преодолевать клеточные мембраны бактерий. Однако эти наночастицы могут проникать и через клеточные мембраны человека.
В США оксид цинка “общепризнан безопасным и эффективным” Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов для таких продуктов, как солнцезащитные кремы, поскольку в солнцезащитных кремах он вряд ли может быть токсичным для человека.
Однако, хотя ученые достаточно хорошо понимают влияние на здоровье человека 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 очень верю в солнцезащитные средства. 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 будем лучше понимать его поведение, то не сможем предсказать, станет ли он в конечном итоге проблемой – уже все больше данных свидетельствует о том, что нанооксид цинка из солнцезащитных средств наносит ущерб коралловым рифам. И мы не знаем, что может открыться еще.
Этика нанотехнологий
Способность наночастиц преодолевать клеточные мембраны делает их эффективными в терапевтических средствах, например в вакцинах. Наночастицы перспективны для регенерации скелетных мышц, и в будущем они могут стать средством лечения мышечной дистрофии, или естественной атрофии, которая наступает с возрастом.
Наночастицы также могут позволить повысить работоспособность человека, начиная от улучшения зрения и заканчивая созданием солдат, более эффективных в бою.
В отсутствие этической базы для их использования нанотехнологии, повышающие работоспособность человека и доступные только в определенным кругам, могут увеличить разрыв в благосостоянии между странами с высоким и низким уровнем дохода.
Развивающийся контроль
Сегодня разные страны по-разному относятся к наночастицам. Например, Научный комитет по безопасности потребителей Европейского союза запретил использование наноразмерного оксида цинка в аэрозольных солнцезащитных кремах на всей территории ЕС, ссылаясь на то, что он может попасть в клетки легких и оттуда переместиться в другие части тела. США не приняли аналогичных мер.
В Европейском союзе создана лаборатория нанобиотехнологий для изучения воздействия наночастиц на здоровье человека и окружающую среду.
В США в рамках Национальной нанотехнологической инициативы (National Nanotechnology Initiative), координируемой правительством в области исследований и разработок, ведется работа по привлечению экспертов по правовым и этическим вопросам вместе с учеными. Они будут оценивать преимущества и риски нанотехнологий и распространять информацию среди ученых и общественности.
Синтетическая биология – область, которая переживает столь же бурный рост. Некоммерческая организация iGEM Foundation уже 20 лет проводит ежегодный всемирный студенческий конкурс, который служит платформой для того, чтобы научить молодых ученых думать о более широких последствиях своей работы.
Фонд iGEM требует от участников учитывать вопросы охраны, безопасности и того, насколько их проект “полезен для мира”. Для сообщества нанотехнологических исследований было бы очень полезно принять аналогичную модель. Нанотехнологии, меняющие мир к лучшему, требуют координации науки и этики для определения способов их использования и контроля над ними еще долгое время после их создания.
Читайте также: Ученые сконструировали человеческие клетки так, чтобы они обладали способностью кальмаров менять цвет и прозрачность