О проблемах биологической безопасности в условиях развития нанотехнологий

Мир, в котором мы живем, стремительно меняется и многое из того, что раньше казалось фантастикой, становится реальным. Возможно, сегодня мы стоим в двух шагах от научно-технической биомедицинской революции, основывающейся на достижениях, в том числе в области нанотехнологий, способной явить нам «чудо» регенерации систем, органов и тканей человеческого организма, решить проблемы генетически обусловленных болезней, а также биологического старения.

Молодым врачам еще предстоит постичь и научиться применять на практике все то, что касается наномедицины. Это новое перспективное научное медицинское направление, в основе которого лежит точечное воздействие на организм на атомном и молекулярном уровнях, а также использование предназначенных для этой цели новых физических принципов, миниатюрных нанороботов, информационных и телекоммуникационных технологий, нанокомпьютеров с искусственным интеллектом. Но, как и у любого «переворота», у нанотехнологической революции могут быть свои последствия, предсказать которые с высокой точностью сегодня не представляется возможным.

Рис. 1. Владимир Никитич Ярыгин.

Представляем Вашему вниманию интервью с Владимиром Никитичем Ярыгиным, долгое время работавшего в области биомедицины, академиком РАМН, доктором медицинских наук, профессором, членом Президиума РАМН, заведующим кафедрой биологии Российского государственного медицинского университета им. Н.И. Пирогова.

Интервью взяла Екатерина Александровна Асмолова.

Е.А.: Владимир Никитич, спасибо за то, что согласились дать интервью! Для молодых врачей Вы являетесь примером ученого-медика и руководителя с большой буквы. Многих интересует, с чего все начиналось? Почему Ваш выбор пал именно на медицину?

В.Н.: Если Вы говорите о позиции руководителя, то, все что было в прошлом, остается в виде приобретенного тем или иным лицом опыта. Сейчас меня следует рассматривать исключительно как руководителя кафедры биологии*. А вот в медицинской сфере я оказался, можно сказать, случайно.

Будучи абитуриентом, первым вузом, в двери которого я постучался, оказался Московский авиационный институт, где мне было предложено попробовать свои силы в поступлении на экономический факультет (формальное основание, как я думаю, – свежая спортивная травма). Шел 1958 год – расцвет ракетостроения, самолетостроения – не удивительно, что экономический факультет меня тогда не прельщал. Я отказался от этой стези.

Потом я, как и многие в том возрасте, в котором я был, стал прислушиваться к советам и мнению родителей. Так я оказался во 2-м Московском государственном медицинском институте им. Н.И. Пирогова (впоследствии 2-й МОЛГМИ – РГМУ). Должен заметить, что я окончил этот вуз с отличием, и никогда, это я совершенно искренне говорю, никогда не испытывал чего-то похожего на чувство досады, неудовлетворенности тем, что я студент медицинского факультета. Вместе с тем нужно отметить, что я ни дня не проработал практикующим врачом. Моя стезя – это преподавательская деятельность и научные исследования.

Cправка NNN: В.Н. Ярыгин ректор 2-го МОЛГМИ – РГМУ в 1984–2007гг.

Е.А.: На протяжении многих лет Вам удается быть «на острие» медицинской науки. А что было в начале Вашего профессионального пути – когда Вы только стали молодым ученым?

В.Н.: Мне везло. Я начал свою исследовательскую работу с мало понятной для отечественных цитологов и гистологов темы «Двуядерные нервные клетки». Исходную работу (1837 года) я нашел в библиотеке, она была написана на немецком языке, готическим шрифтом – весьма сложным для восприятия, но я ее прочел – и это того стоило! Эта стартовая работа привела меня в область популяционно-клеточной биологии. Исследования в этой области являются чрезвычайно важными для медицины потому, что именно это научное направление дает нам ответы на два актуальных вопроса.

Первый вопрос: как возникает тот или иной рабочий орган, та или иная рабочая ткань?

Все начинается с клеток молодых, совершенно не специализированных ни в функциональном, ни в структурно-морфологическом смысле. Должно родиться несколько поколений клеток, произойти несколько делений, прежде чем сформировавшаяся ткань приобретет те качества, которые сделают ее работающей на весь организм. Сейчас это кажется очевидным, ведь со студенческой скамьи будущие доктора и ученые-медики изучают клеточный морфогенез, но так было не всегда. И здесь нельзя не сказать о значимости трудов Р. Вирхова, в которых он обратил внимание на то, что каждая клетка возникает исключительно от предсуществующей, а так же указал на значение клеточной патологии. В конце концов, если земная жизнь целиком и полностью связана с клеточной популяцией, то и патология тоже с ней связана.

Так мы выходим на второй вопрос, решение которого относится к компетенции клеточно-популяционной биологии. Существуют клетки, которые делятся на протяжении всей нашей жизни: клетки эпидермиса кожи, слизистых, эпителиальной выстилки пищеварительной трубки – это физиологическая (гомеостатическая) регенерация клеток. А если, скажем, нервные клетки, возникнув, не делятся, не происходит новообразования клеток, то каков объем восстановительного потенциала нервной ткани? До какой степени можно уменьшать эти популяции, сохраняя функции различных органов?.. Так я пришел к регенеративной медицине. Это новая область медицины, базирующаяся на результатах исследований последних лет, в основе которых лежат уникальные свойства стволовых клеток и их «потомков».

Е.А.: Сегодня большое внимание уделяется проблеме, которая стала очень актуальной только некоторое время назад – биологической безопасности. Все об этом говорят, но порой не совсем представляют, что же это такое. Что включает в себя термин «биологическая безопасность»?

В.Н.: Биологическая безопасность – это очень широкое понятие. Если раньше оно присутствовало в голове у каждого скорее на бессознательном уровне, то теперь оно все более четко осознается учеными биологами разных направлений исследований и интересов. Биология изучает жизнь во всех ее проявлениях, в том числе взаимодействие человека с другими формами жизни. По сути, термин «биобезопасность» сейчас рассматривается как сохранение живыми организмами своей биологической сущности, биологических качеств, системообразующих связей и характеристик. В это входит, в том числе, предотвращение широкомасштабной потери биологической целостности, которая может произойти в результате того или иного воздействия: например, внедрения чужеродных форм жизни в сложившуюся экосистему; воздействия генной терапии или инженерии или вирусов; возникновения неблагоприятной экологической обстановки, загрязнения воды и почвы; бактериальной загрязненности пищи.

Е.А.: Какие основные проблемы биологической безопасности Вы бы обозначили?

В.Н.: Круг интересов человека бесконечно широк и единственной кладовой, откуда он мог черпать материалы для реализации своих замыслов и иногда фантазий, была и по сей день остается природа. В третье тысячелетие человечество вошло с громадными знаниями в области наук о жизни и колоссальным потенциалом их практического использования. Путем манипулирования молекулами ДНК и РНК современный человек может произвольно и направленно изменять наследственность окружающего его живого мира – бактерий, растений, животных и человека. Это открывает беспрецедентные возможности для технологического прогресса (биотехнология и биоинженерия), революционных прорывов в медицине (генная терапия) и сельском хозяйстве (трансгенные, или генетически модифицированные, растения и животные). Вместе с тем – и в связи с этим – биологическая безопасность становится одной из главных проблем человечества в наступившем тысячелетии.

Если вначале мы видели угрозы токсичного и бактериального характера, то сегодня опасности исходят из прогресса биологической науки, в первую очередь, молекулярной биологии и ее практических применений, таких как: генная и белковая инженерия, генная терапия, иммунология, молекулярное управление развитием и пр.

Еще совсем недавно пресса пестрила новостями о том, что геном человека расшифрован полностью! Величайший проект завершен. Хорошо ли это или плохо? С одной стороны, теперь многих наследственных заболеваний можно будет избежать, человек может быть предупрежден об угрозе рака, болезни Альцгеймера и многих других недугах за многие годы, если не десятилетия, до начала их развития, и тогда он ограничит себя в курении или не пойдет работать на вредное производство. Располагая столь индивидуальной информацией, можно будет осуществлять персонифицированное здравоохранение. Продолжительность, качество жизни должны возрасти. Но из возможности получения подобной информации вытекает и более серьезная проблема – обеспечения ее сохранности. Представьте, что данные полного геномного секвенсирования со всеми вашими предрасположенностями стали доступны, к примеру, страховой компании! Если уже сейчас широко применяются тесты на курение, от результатов которых зависят условия страхования, то каков будет страховой взнос, если выяснится, что через какое-то время вы можете серьезно заболеть или и вовсе покинуть этот свет? Любая информация при определенном подходе может быть использована во благо или против нас, не говоря уже о такой жизненно-важной, как геном человека.

Если говорить о генной терапии, то прогресс в лечении симптомов наследственных дефектов без искоренения самих дефектных генов, как это предполагается всей стратегией генной терапии, будет неизбежно приводить к накоплению вредных генов в человеческой популяции и, следовательно, к деградации генофонда в будущем. В конечном счете, это может привести к геронтологическому кризису.

Всегда нужно задумываться о последствиях, как не навредить, о том, как то или иное открытие или изобретение может быть использовано, в мирных или иных целях.

Е.А.: Изменился ли перечень угроз с развитием нанотехнологий?

В.Н.: Шумихи вокруг нанотехнологий много. Новейшие технологии и разработки – с этим не поспоришь! А по сути, век нанотехнологий – это всего лишь переход на новый размерный уровень. Вот у Леонардо да Винчи не было микроскопа, поэтому это была так называемая макроанатомия, когда исследования делались невооруженным глазом, и нужно сказать, массу вещей увидели и «понаоткрывали»! Но настала пора чем-то глаз вооружить, повысить его разрешающую способность. Так появился микроскоп (сначала светооптический, потом электронный) и наука – микробиология. А сейчас мы с вами являемся свидетелями и даже участниками перехода с микроуровня (10⁻⁶м) на наноуровень (10⁻⁹м). И здесь есть ряд очень важных обстоятельств, с которыми приходится считаться.

Во-первых, уникальная биологическая активность наночастиц. Вследствие своих небольших размеров они, могут связываться с нуклеиновыми кислотами (вызывая, например, образование аддуктов ДНК), белками, встраиваться в мембраны, проникать в клеточные органеллы и, тем самым, изменять функции биоструктур. Следует обратить внимание на то, что наночастицы могут не вызывать иммунный ответ. Процессы переноса наночастиц в окружающей среде с воздушными и водными потоками, их накопление в почве, донных отложениях могут также значительно отличаться от поведения частиц веществ более крупного размера.

Другой не менее важный момент – это невероятная проникающая способность наночастиц. А проникнув туда, куда не следовало бы проникать, они могут натворить таких дел, о последствиях которых сейчас никто ничего определенного пока сказать не может.

Очень высокая удельная поверхность наноматериалов увеличивает их адсорбционную емкость, химическую реакционную способность и каталитические свойства. Это может приводить, в частности, к увеличению продукции свободных радикалов и активных форм кислорода, и далее к повреждению биологических структур (липиды, белки, нуклеиновые кислоты, в частности, ДНК).

Высокая способность к аккумуляции. Возможно, что из-за малого размера наночастицы не распознаются защитными системами организма, не подвергаются биотрансформации и не выводятся из организма. Это ведет к накоплению наноматериалов в растительных, животных организмах, а также микроорганизмах, передаче по пищевой цепи, что увеличивает их поступление в организм человека.

Таким образом, совокупность перечисленных факторов свидетельствует о том, что наноматериалы могут обладать совершенно иными физико-химическими свойствами и биологическим (в том числе токсическим) действием, чем вещества в обычном физико-химическом состоянии. Поэтому они должны во всех случаях быть отнесены к новым видам материалов и продукции, потенциальный риск которых для здоровья человека и состояния среды обитания должен тщательно исследоваться, измеряться и по возможности минимизироваться.

В связи с переходом на наноуровень проблема биологической безопасности требует поиска и создания новых подходов ее решения. На исследования свойств и особенностей воздействия наноматериалов, медицинских препаратов, производимых с применением нанотехнологий, на поиск гарантий их безопасности биомедицинское сообщество тратит колоссальные средства.

Е.А.: Существуют ли какие-либо нормы и критерии медико-биологической безопасности применения нанотехнологий в здравоохранении сегодня?

В.Н.: Нормативная база по применению нанотехнологий сейчас только подготавливается. Хотя есть, например, приказ Федеральной Службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека об утверждении и внедрении методических рекомендаций по оценке безопасности наноматериалов, в котором приводится алгоритм определения уровня потенциальной опасности наноматериалов для здоровья человека.

В названном выше документе также перечислены принципы проведения исследований безопасности наноматериалов, требования к применяемым тест-системам и отчетам о проведенных исследованиях, определены методы изучения основных физических, химических и молекулярно-биологических свойств наноматериалов и критерии оценки безопасности наноматериалов в экспериментах на лабораторных животных. Здесь можно также найти методы исследования возможного мутагенного действия, определения аддуктов ДНК и пр.

На сегодняшний день подготовлено более 30 нормативно-правовых документов, которые, в частности, определяют требования к ассортименту и созданию банка стандартных образцов наноматериалов для унификации методов при мониторинге безопасности. Созданы требования к банку данных по оценке риска наночастиц и наноматериалов. Сформулированы концепции отбора стандартных образцов наноматериалов абиогенного и биогенного действия при создании их банка данных. Определён подход к разработке документов, регламентирующих требования к стандартным образцам. Подготовлено руководство по составлению паспорта безопасности наноматериалов.

Применительно к медицине, все, что выводится на человека, будь то новый пищевой продукт или биологически активная добавка к пище, новый лекарственный препарат или новый материал на основе хлопка, композитный материал для пломб или протезы из титана или современных наноматериалов – все это требует проверки на биологическую совместимость и биодеградируемость, токсикологическую безопасность. Если речь идет о медикаментах, то помимо всего прочего необходимо определить пути выведения (экскреции) лекарственных веществ и их метаболитов из организма; требуются дорогостоящие доклинические и клинические исследования, а вдобавок еще и время для наблюдения за последствиями. Без этого не обойтись – ведь значимость имеют не только и не столько сиюсекундные эффекты нанотехнологических продуктов, а те, которые могут проявиться в ближайшей (5—10 лет) и в более отдалённой перспективе (через 25—30 лет), кумулятивный эффект нанопродуктов вряд ли сейчас нам понятен, он может сказаться через десятилетия, на других поколениях.

Решение вопроса безопасности в сфере наноиндустрии представляет глобальный интерес и имеет в настоящее время приоритетное значение. Об этом говорит создание межведомственной рабочей группы по организации работ на системной основе в области медико-санитарного обеспечения безопасности наноиндустрии. В эту группу, кроме представителей Минздравсоцразвития России, Федерального медико-биологического агентства, Роснауки, Роспотребнадзора, входят представители Роскосмоса, Ростехрегулирования, Минобрнауки России, Минобороны России, Российской академии наук, Российской академии медицинских наук и ещё ряда ведомств.

Е.А.: Владимир Никитич, благодарю Вас за интересный рассказ! Желаю новых успешных исследований. Всего Вам доброго!

Источник(и):

1. nanometer.ru

2. mgzt.ru

http://www.nanonewsnet.ru/articles/2012/o-problemakh-biologicheskoi-bezopasnosti-v-usloviyakh-razvitiya-nanotekhnologii