Экотоксикология наноматериалов

Роспотребнадзор
ФГУН Государственный научный центр
прикладной микробиологии и биотехнологии
Оболенск, Московская область
Медико-биологические аспекты обеспечения
безопасности в сфере нанотехнологий
Холоденко В.П.
Главный специалист по
биобезопасности, д.б.н.
Круговорот наноматериалов в
природе
природа и
люди
УФ- деградация
хранение
/потери
Природа и
люди
Воздух
Пищевая
цепь
почва
(почва) флора
и фауна
испарения
/пыль
Сорбция
на орг. в-ва
Вода фильтратор
Пищевая
цепь
Пищевая
цепь
осадки
биодеградация?
Водоносный горизонт
химическая
деградация?
Внесение
для
ремедиации
Выщелачивание
биодеградация?
Бентосные организмы
Пути попадания наночастиц в
человеческий организм
С водой, пищей
Аэрогенно
Через кожные покровы
Миграция наночастиц по организму
Окружающая
среда
воздух, водаr, осадки
Вертикальное
распределение
Пища, вода
питание
расположение
Скелетно-мышечная
система
Дыхательный
тракт
Пищевод
лимфа
Мозг
печень
Кровь
Перенос и
распределение
лимфа
мышцы
Экскреторные
пути
почки
моча
Слизь, стекание слизи
селезе
нка
Зародышевая
клетка
Сердце
кал
Механизмы взаимодействия наноматериалов с
биологическими объектами
–
исследование
механизмов
взаимодействия
наноматериалов с биологическими объектами на
молекулярном, клеточном, тканевом и организменном
уровнях;
– изучение окислительного стресса, воспалительных
реакций и иммунного ответа;
– изучение генотоксичности и мутагенности;
– повреждение структуры и функции ферментов;
– токсикологическая кинетика наноматериалов;
– разработка тестов in vitro и оценка их корреляции с
тестами in vivo;
– взаимодействие наноматериалов с биомолекулами живых
организмов и его влияние на биологические и токсические
свойства наноматериалов;
Экотоксикология наноматериалов
– источники и пути поступления наноматериалов в
окружающую среду на различных этапах их жизненного
цикла (разработка, производство, транспортировка,
потребление и утилизация);
– разработка методов детекции наноматериалов в
различных объектах окружающей среды (атмосфера, вода,
почва, различные организмы);
– поведение наноматериалов в окружающей среде (пути
миграции, персистентность, разрушение под влиянием
абиотических и биотических факторов);
– исследование повреждающих эффектов наноматериалов
на различные организмы глобальной трофической цепи
(микроорганизмы,
беспозвоночные,
позвоночные,
растения).
Оценка рисков нанотехнологий и наноматериалов,
управление рисками
– разработка метрологии для детекции наноматериалов на
производствах и в окружающей среде;
– оценка биодоступности наноматериалов на разных
стадиях их жизненного цикла;
–
метрология
для
характеристики
экспозиций
наноматериалов с учетом их специфических свойств;
– разработка методологии оценки рисков различных
нанотехнологий;
– управление риском использования нанотехнологий и
наноматериалов (сравнение рисков, оценка действий,
реализация
решений,
мониторинг
и
оценка
эффективности принятых решений и действий).
Основные методические подходы в
стандартизации и метрологии для
обеспечения безопасности нанотехнологий
 создание банка стандартных образцов приоритетных для
отечественной наноиндустрии наноматериалов, которые
будут использоваться в исследованиях их безопасности;
 характеристика уникальных физико-химических свойств
наноматериалов, обусловливающих их специфические
токсические и биологические свойства (размерные
параметры, физ.-хим. свойства поверхности и др.)
 разработка инструментов и методов для выявления,
идентификации
и
количественного
измерения
наноматериалов в живых организмах;
 разработка портативных, быстродействующих и
недорогих инструментов и методов для оценки рисков при
производстве наноматериалов;
 разработка инструментов и методов для выявления,
идентификации
и
количественного
измерения
наноматериалов в объектах окружающей среды
(атмосфера, вода, почва);
 разработка инструментов и методов для оценки
стабильности,
подвижности и биодоступности
наноматериалов в жидких и твердых матрицах;
 совершенствование и гармонизация с международными
стандартами нормативно-правовой базы в сфере
безопасности наноиндустрии.
Комплексная оценка безопасности
наноматериалов в ГНЦ ПМБ.
Лаборатории
Аэрогенных
исследований
Биологических
испытаний
Инфекционной
иммунологии
Электронной
микроскопии
Биотехнологической
экологии
Исследования
Аэрогенное воздействие на животных
Доклинические
исследования
Действие на первичные
культуры клеток
Действие на
перевиваемые клетки
Цитофлуориметрия
Эл. микроскопия тканей и клеточных культур,
атомно-силовая микроскопия
Действие на растения,
микроорганизмы и
гидробионты
Биолюминесценция и АТФ-метрия
Медико-биологическая оценка
безопасности наноматериалов для
здоровья человека и среды его обитания
Объекты исследования: лабораторные животные,
различные линии первичных и перевиваемых
клеточных культур,
микроорганизмы, высшие
растения, беспозвоночные гидробионты.
Наноматериалы:
одностенные
углеродные
нанотрубки, фуллерены, наносеребро, наночастицы
диоксида кремния и диоксида титана, оксида цинка,
оксида железа (II).
Методы
исследования:
биохимические,
иммунологические,
цитометрические
и
микробиологические
методы,
методы
биотестирования, электронная микроскопия, атомносиловая микроскопия.
Результаты:
Исследовано
влияние
аэрозольного
введения наночастиц металлов и углерода на
первичные
культуры
альвеолярных
макрофагов.
Обнаружено
влияние
наноматериалов на функции макрофагов:

продукция активных форм кислорода,

активность ферментов, участвующих в
«оксидативном взрыве»,

способность
к
дифференцировке
моноцитов в зрелые макрофаги,

уровень
цитокинов.
синтеза
провоспалительных
Обнаружено влияние
наноматериалов на функциональную
активность иммунокомпетентных
клеток:

содержание Т-, В-лимфоцитов,
 иммунорегуляторный индекс
(соотношение Т-хелперов и Т-супрессоров),
 функциональная активность лейкоцитов по
маркеру ранней активации CD69,

реакция бласттрансформации (РБТЛ),
 уровень иммуноглобулина E (оценка общей
аллергизации организма).
Методами биотестирования исследована
потенциальная экотоксичность
наночастиц диоксида кремния и диоксида
титана:

биолюминесцентный тест на фотобактериях,

ростовые микробные тесты,

тесты на семенах высших растений,

тесты на дафниях.
Полученные данные свидетельствуют о
перспективности использования различных
методов биотестирования для оценки
экотоксичности наноматериалов в среде
обитания человека.
Выводы
Для получения объективной характеристики
возможного
негативного
влияния
наноматериалов на здоровье человека и среды
его обитания необходима комплексная медикобиологическая оценка их безопасности
Разработанная методология такой оценки
включает
использование
лабораторных
животных,
первичных
и
перевиваемых
клеточных культур и объектов окружающей
среды
с
применением
биохимических,
иммунологических,
цитометрических
и
электронномикроскопических методов, а также
методов биотестирования.
Исследование аэрозолей наночастиц
В лаборатории аэробиологических
исследований ГНЦ ПМБ имеются
помещения с вентиляцией,
удовлетворяющей классу работ BSL-3,
сохранена возможность персонала работать
в костюмах с пневмозащитой. В
распоряжении исследователей имеются две
камеры «Гласс-Колл», позволяющие
изучать действие жидких аэрозолей на
различных лабораторных животных
(мышах, крысах и кроликах).
Использование аэрозольных камер
 изучение действия на
живые системы
наноматериалов в виде
аэрозолей в
контролируемых и
изменяемых условиях.
 возможность
моделирования условий
производства
наноматериалов.
Благодарю за
внимание!