<<
>>

ВВЕДЕНИЕ

1.1 Актуальность темы

Развитие нанотехнологий способствует появлению новых ультравысокодисперсных форм веществ (наноматериалов), многие свойства которых, в том числе действие на живые системы, отличает их от соединений в виде сплошных фаз или дисперсий с частицами макроскопических размеров.

Поскольку человек не сталкивался с подавляющим большинством продуктов современной нанотехнологии в ходе своей предшествующей биологической эволюции, их влияние на здоровье человека может быть непредсказуемым, в том числе, возможны проявления острой и хронической токсичности [13]. В этой связи, характеристика потенциального риска полученных искусственным путём наночастиц и наноматериалов для здоровья человека и состояния окружающей среды обитания является обязательной [13;21]. Важность оценки потенциальных рисков наноматериалов для здоровья человека отмечается в приказе Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека № 340 от 30.11.2007 г. Систематические исследования безопасности

нанотехнологий и продуктов наноиндустрии были проведены за последние годы в Российской Федерации в рамках Федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы» и программы РАМН «Нанотехнологии и наноматериалы в медицине» [14]. За рубежом, безопасности нанотехнологий и наноматериалов уделяется большое внимание в рамках исследований, проводимых под эгидой Европейской комиссии, US FDA, OECD, ФАО-ВОЗ, ILSI и других правительственных и международных органов [61].

Среди разнообразных видов продукции наноиндустрии особое место занимают фуллерены, представляющие собой новую аллотропическую форму углерода [19]. Молекулы фуллеренов образованы строго определённым (обычно 60 или 70) числом атомов углерода, соединённых в замкнутый симметричный каркас с формой, близкой к сферической. После открытия фуллеренов в 1985

году, их химические свойства были изучены самым подробным образом и синтезировано значительное число их модифицированных производных, включая фуллерены с привитыми боковыми алкильными цепями, гидроксилированные и карбоксилированные, эндоэдральные (с внедренными атомами металла) фуллерены, аддукты фуллеренов с аминокислотами и многое другое.

Области практического применения фуллеренов постоянно расширяются и включают химический синтез и катализ, электронику, оптику, полиграфическую, лакокрасочную промышленность, фармакологию, производство парфюмерно­косметической продукции, биосенсоров, упаковочных материалов, средств защиты растений и т.д [105]. Поиск среди производных фуллеренов новых биологически-активных соединений, обладающих антиоксидантным, гепатопротекторным, радиопротекторным и другими видами защитного действия на организм человека послужил целью для разработки водорастворимых форм фуллеренов на основе их комплексов с у-циклодекстрином, поливинилпироллидоном, а также полигидроксилированного фуллерена - фуллеренола C60(OH)24. Сравнительная простота и технологичность производства фуллеренов, возможность их получения в высокоочищенной (99% чистоты и выше) форме делает их одним из наиболее популярных продуктов современной наноиндустрии. С другой стороны, это приводит к постепенному превращению фуллеренов в значимые контаминанты окружающей среды и к постоянному возрастанию рисков экспозиции человека фуллеренами при различных путях их поступления (кожном, пероральном, ингаляционном), на этапах их производства, использования и утилизации образующихся отходов. Актуальным на сегодняшний день является вопрос экотоксичности фуллеренов и возможности их переноса по трофическим цепям в биосфере [119, 182]. К сожалению, все эти опасения до настоящего времени не сопровождаются нигде в мире какими-либо попытками регуляции фуллеренов; в частности, полностью отсутствует их гигиеническое нормирование в продукции и объектах окружающей среды.

Сведения о возможной токсичности фуллеренов и их действии на биологические системы в настоящее время неполны и противоречивы. Главная

причина этого - сложности при проведении токсикологических экспериментов, связанные с введением фуллеренов в организмы экспериментальных животных, что определяется очень низкой растворимостью немодифицированных фуллеренов в воде и физиологических жидкостях, а также проблема их идентификации, связанная с их возможной биоконверсией под действием ферментных систем организма [12б,114]Вместе с тем, имеется ряд данных, указывающих на возможность поглощения фуллеренов клетками живых организмов и в культурах, их накопление в субклеточных структурах, влияние на ряд метаболических процессов и возможном кумулятивном эффекте [15б,77].

Согласно некоторым работам, фуллерены, выступая в роли ловушек свободных радикалов, могут обладать мощным антиоксидантным действием [74, 140]. Вместе с тем, в условиях внешнего освещения фуллерены могут выступать в качестве агентов фотокаталитической генерации свободных радикалов, то есть прооксидантов [3б]. Сравнительная значимость этих противоположно направленных эффектов для биологических систем изучена недостаточно. Особо существенным является тот факт, что практически полностью отсутствуют экспериментальные данные, полученные после продолжительного воздействия фуллеренов на организм животных.

Оценка безопасности новых наноматериалов в Российской Федерации осуществляется по единому плану в соответствии с утверждёнными Роспотребнадзором нормативно-методическими документами. При этом ни один из представителей семейства фуллеренов до настоящего времени не был тестирован в достаточном объёме. Наибольшую значимость и актуальность в свете возможных сценариев воздействия фуллеренов на организм человека имеет их токсиколого-гигиеническая оценка при естественных путях поступления в организм, то есть, в первую очередь, через желудочно-кишечный тракт, а также при ингаляции и эпикутанном воздействии.

В связи с вышеизложенным, целью настоящей работы являлась оценка возможных воздействий важнейших представителей семейства фуллеренов - немодифицированного фуллерена Сбо и его водорастворимого производного

фуллеренола Сбо(ОН)24, на показатели состояния организма лабораторных животных при естественном пути поступления через желудочно-кишечный тракт.

В задачи работы входило:

1. Разработка методов введения фуллерена животным в составе коллоидных систем, стабилизированных биологически совместимыми полимерами и поверхностно-активными веществами.

2. Адаптация метода количественного определения фуллерена в составе биологических образцов с использованием ВЭЖХ.

3. Изучение поступления фуллерена во внутреннюю среду организма через пищеварительный тракт, биораспределение и бионакопление в условиях острых и подострых экспериментов.

4.

Изучение в подостром эксперименте на лабораторных животных продолжительностью от 1 до 3 месяцев возможного токсического действия фуллерена С60 и фуллеренола С60(ОН)24, в том числе на интегральные показатели организма, состояние защитного барьера желудочно-кишечного тракта, некоторые биохимические и гематологические показатели.

5. Изучение в модельных экспериментах возможности биодеградации и биотрансформации фуллерена С60 под действием ферментных систем организма лабораторных животных.

В качестве объектов изучения были выбраны наиболее широко практически используемые в настоящее время представители семейства фуллеренов - немодифицированный фуллерен Сбо и его полигидроксилированное производное фуллеренол Сбо(ОН)24 . В качестве основой биологической модели при исследовании использовали лабораторных крыс линии Вистар.

Применяемые методы исследования включали высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ), динамическое лазерное светорассеяние, спекторакустическое исследование, токсикологические, биохимические, иммунохимические, гематологические и цитологические.

1.2 Научная новизна работы

Впервые проведена систематическая токсиколого-гигиеническая оценка фуллерена С60 в подостром 28- и 92-дневном эксперименте на лабораторных животных с определением показателей, характеризующих возможное общетоксическое действие данного соединения, включая интегральные, физиологические, биохимические, гематологические и иммунологические показатели. Впервые показано, что при пероральном введении наноразмерной дисперсии фуллерена С60 в дозе от 0,1 до 10 мг/кг массы тела в течение 28 и 92 дней данное соединение обладает общетоксическим действием на организм животных, что проявляется в частности в дозозависимом повышении проницаемости стенки тонкой кишки для макромолекул белка, увеличении числа CD106+ гранулярных клеток в паренхиме печени. На основании полученных данных определена максимальная недействующая доза фуллерена C60при подостром пероральном поступлении, находящаяся в интервале от 1 до 10 мг/кг массы тела/сут.

В подостром эксперименте продолжительностью 28 дней впервые в нанотоксикологии проведена токсиколого-гигиеническая оценка перорально вводимого фуллеренола C60(OH)24с определением показателей, характеризующих предполагаемое общетоксическое действие этого соединения. На основании полученных результатов исследований фуллерена C60и фуллеренола C60(OH)24 впервые определена величина максимальной недействующей дозы этого вещества при многократном поступлении через желудочно-кишечный тракт, находящаяся в интервале от 0,1 до 1 мг/кг массы тела/сут. В модельных экспериментах in vitro, воспроизводящих условия биотрансформации и биодеградации фуллерена C60 в организме, впервые установлена быстрая деградация этого вещества под действием ферментных систем организма с образованием недетектируемых при хроматографическом анализе производных. C использованием этих данных объяснены причины противоречий в имеющихся данных литературы относительно процессов бионакопления, биотрансформации и физиологического действия фуллеренов в организме.

1.3 Практическая значимость

С использованием результатов проведенных исследований были разработаны, утверждены Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации и внедрены в работу учреждений Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, следующие нормативно-методические документы:

- МУ 1.2.287б-11 «Порядок выявления и идентификации наноматериалов в растениях»;

- МР 1.2.оо48-11 «Порядок и методы определения органотропности и токсикокинетических параметров искусственных наноматериалов в тестах на лабораторных животных»;

- МР 1.2.0052-11 «Оценка воздействия наноматериалов на функцию иммунитета;

- МР 1.2.оо54-11 «Порядок и методы оценки воздействия искусственных наночастиц и наноматериалов на токсическое действие химических веществ»;

- МР 1.2.оо53-11 «Оценка воздействия наноматериалов на протеомный профиль и биосинтетические процессы в тестах на лабораторных животных».

1.4 Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:

- XII Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» (Москва, 2о1о);

- XIII Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» с международным участием (Москва, 2011);

- XIV Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» с международным участием (Москва, 2012);

- IV Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Окружающая среда и здоровье. Молодые ученые за устойчивое развитие страны в глобальном мире» с международным участием (Москва, 2012);

- Пленуме по экологии человека и гигиене окружающей среды Российской

Федерации «Научно-методологические и законодательные основы совершенствования нормативно-правовой базы профилактического

здравоохранения: проблемы и пути их решения» (Москва, 2012);

- X научно-практической конференции с международным участием «Экспертиза, оценка качества, подлинности и безопасности пищевых продуктов» на базе ГОУ ВПО МГУПП (Москва, 2012);

- IX научно-практической конференции «Нанотехнологии производству» (Фрязино, 2013);

- IV съезде токсикологов России (Москва, 2013).

1.5 Публикации

По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных журналах рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 1 методические указания и 4 методических рекомендаций.

1.6 Личный вклад соискателя

Планирование, организация, проведение экспериментов и исследований на лабораторных животных, работа с методами гравиметрии, спектрофотомерии, ВЭЖХ, ИФА, лазерной конфокальной флуоресцентной микроскопии, спектроакусического исследования, динамического рассеяния света, статистическая обработка полученных данных и их интерпретация. Все изложенные в диссертации материалы получены непосредственно самим соискателем, или при его участии.

1.7 Объём и структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, разделов материалов и методов исследования, результатов исследования, обсуждения результатов и выводов. Список литературы содержит 194 источника, из них 21

российских и 173 зарубежных источников. Объем работы составляет 138 страниц машинописного текста, содержит 22 рисунка и 25 таблиц.

2

<< | >>
Источник: ШИПЕЛИН ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ. ИЗУЧЕНИЕ ТКАНЕВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНОВ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ И ИХ ТОКСИКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата медицинских наук. Москва - 2014. 2014

Еще по теме ВВЕДЕНИЕ:

  1. Введение анестезирующего раствора в гематому
  2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЛЕЧЕНИЯ БАЗАЛЬНО-КЛЕТОЧНОГО РАКА КОЖИ МЕТОДОМ ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ С ИНТЕРСТИЦИАЛЬНЫМ ВВЕДЕНИЕМ ФОТОСЕНСИБИЛИЗАТОРА
  3. Транстубарное введение лекарственных веществ
  4. 4.3. ИНТРАОКУЛЯРНОЕ ВВЕДЕНИЕ ЖИДКОСТИ И ГАЗОВ.
  5. Введение зондового питания
  6. ВВЕДЕНИЕ
  7. Глава 1. ВВЕДЕНИЕ
  8. 9.1. ВЫБОР ПРЕПАРАТА, ДОЗЫ И МЕТОДЫ ВВЕДЕНИЯ
  9. ВВЕДЕНИЕ
  10. МРТ-ДИАГНОСТИКА МЕТАСТАТИЧЕСКИХ ОПУХОЛЕЙ ГОЛОВ­НОГО МОЗГА С ВВЕДЕНИЕМ КОНТРАСТНОГО ВЕЩЕСТВА
- Акушерство и гинекология - Анатомия - Андрология - Биология - Болезни уха, горла и носа - Валеология - Ветеринария - Внутренние болезни - Военно-полевая медицина - Восстановительная медицина - Гастроэнтерология и гепатология - Гематология - Геронтология, гериатрия - Гигиена и санэпидконтроль - Дерматология - Диетология - Здравоохранение - Иммунология и аллергология - Интенсивная терапия, анестезиология и реанимация - Инфекционные заболевания - Информационные технологии в медицине - История медицины - Кардиология - Клинические методы диагностики - Кожные и венерические болезни - Комплементарная медицина - Лучевая диагностика, лучевая терапия - Маммология - Медицина катастроф - Медицинская паразитология - Медицинская этика - Медицинские приборы - Медицинское право - Наследственные болезни - Неврология и нейрохирургия - Нефрология - Онкология - Организация системы здравоохранения - Оториноларингология - Офтальмология - Патофизиология - Педиатрия - Приборы медицинского назначения - Психиатрия - Психология - Пульмонология - Стоматология - Судебная медицина - Токсикология - Травматология - Фармакология и фармацевтика - Физиология - Фтизиатрия - Хирургия - Эмбриология и гистология - Эпидемиология -