You are using an outdated browser. For a faster, safer browsing experience, upgrade for free today.

Нанотоксикологія – новий напрям у промисловій токсикології, завдання та результати дослідження

Нанотоксикологія – новий напрям у промисловій токсикології, завдання та результати дослідження

ISSN 2223-6775 Український журнал з проблем медицини праці Том.19, №1, 2023


https://doi.org/10.33573/ujoh2023.01.061

Нанотоксикологія – новий напрям у промисловій токсикології, завдання та результати дослідження

Дмитруха Н.М.
Державна установа «Інститут медицини праці імені Ю.І. Кундієва Національної академії медичних наук України», м. Київ


 Повна стаття (PDF), УКР

Вступ. Стрімкий розвиток нанотехнологій, збільшення асортименту наноматеріалів відкривають перед людством не тільки нові перспективи щодо сфер їхнього застосування, але й створюють нові загрози для довкілля та здоров´я людини. Першочерговим для сучасної профілактичної медицини є вирішення завдань, що пов’язані з розробкою, обґрунтуванням та впровадженням нових і надійних методів та способів оцінки біобезпеки наноматеріалів, а також заходів, спрямованих на профілактику їхнього шкідливого впливу на здоров’я людини. Цим переймається нова дисципліна - нанотоксикологія.

Мета дослідження. Вивчення та узагальнення даних світової і вітчизняної літератури з нанотоксикології, оцінки безпечності штучно синтезованих наноматеріалів, зокрема, наночастинок металів, механізмів їх токсичної дії, засобів профілактики несприятливого впливу на організм людини і довкілля.

Матеріали та методи дослідження. Аналітичний огляд наукових публікацій виконано з використанням інформаційних баз даних Portalnano, PubMed, журналу Nanotoxicology (http://www.nanotoxicology.net), Національної бібліотеки України ім. В.І. Вернадського за допомогою інтернет ресурсів.

Результати. У статті представлено аналітичний огляд літератури щодо нанотехнологій, наноматеріалів та сфер їх застосування, оцінки безпечності та досліджень з нанотоксикології. Викладено дані експериментальних досліджень токсичності та безпечності наночастинок металів, а також власних досліджень впливу наночастинок PbS, CdS, Fe2O3 на організм щурів і на культурі клітин та білках плазми крові людини в умовах in vitro. Показано, що токсичність НЧ металів та їх сполук залежить від розміру, площі поверхні, заряду частинки, вихідного матеріалу, дози, шляху надходження, розчинності та терміну дії. Визначальним в механізмі токсичності НЧ металів є розвиток оксидативного стресу, який може призвести до перекисного окислення ліпідів, ушкодження мембрани клітин, стимуляції синтезу прозапальних цитокінів, розвитку запальної реакції та апоптозу клітин, ушкодження ядра та ДНК та генотоксичних ефектів, денатурації протеїнів.

Висновки. Комплексні токсикологічні дослідження з встановлення особливостей та проявів токсичної дії наночастинок і наноматеріалів в умовах in vitro та in vivo дозволяють провести оцінку та прогнозування можливих ризиків та негативних ефектів їхнього впливу на організм працюючих та інших категорій населення. Здійснення токсиколого-гігієнічної експертизи наночастинок і наноматеріалів, що синтезуються і використовуються в Україні дозволить контролювати, сертифікувати та впроваджувати якісну та безпечну нанопродукцію.

Ключові слова: нанотоксикологія, наноматеріали, наночастинки металів, безпечність і токсичність.

Література

  1. Волков С.В., Ковальчук С.П., Генко В.М., Решетняк О.В. Нанохімія. Наносистеми. Наноматеріали. Київ: Наукова думка, 2008. 422 с.
  2. Михайленко В.М., Михайленко П.М., Єлейко Л.О. Нанотехнології – перспективи застосування та ризики для здоров’я людини. Онкологія. 2008. Т.10, №4. С. 420-426.
  3. Нанотехнології в сучасному сільському господарстві /О.В. Ситар, Н.В. Новицька, Н.Ю.Таран та ін. Фізика живого. Т.18. С. 113-116.
  4. Наноматериалы и нанотехнологии в ветеринарной практике / В.Б. Борисевич, В.Г. Каплуненко, Н.В. Косинов и др.; под ред. В.Б. Борисевича, В.Г. Каплуненко. Киев : Авиценна, 2012. 512 с.
  5. Чекман І.С. Наночастинки: властивості та перспективи застосування. Український біохімічний журнал. 2009. Т. 81, № 1. С. 122-129.
  6. Габ А.І., Калакура М.М., Кущевська Н.Ф., Малишев В.В. Нанотехнології та наноматеріали в харчовій промисловості. Вчені записки ТНУ В.І. Вернадського. 2018.Том 29(69). Ч.3, №1. С. 37-41.
  7. Papp T., Schiffmann D., Weiss D. et al. Human Health implication of nanomaterial exposure.Nanotoxicology. Vol. 3, Iss. 1. P. 9–27.
  8. Чекман І. С. Нанофармакологія: Монографія. Київ: Задруга, 2011. 424 с.
  9. Kagan V.E., Bayir , Shvedova A.A. Nanomedicine and nanotoxicology: two sides of the same coin. Nanomedicine. 2005. Vol. 1(4). P. 313-316.
  10. Borm P., Robbins D., Haubold S. et al. The potential risks of nanomaterials: a review carried out for ECETOC. Particle and Fibre Toxicology. 2006. Vol. 3. Р.11.
  11. Best Practices Guide to Synthetic Nanoparticle Risk Management, 2009. URL: http://www.irsst.qc.ca.
  12. Каркищенко Н.Н. Нанобезопасность: новые подходы к оценке рисков и токсичности наноматериалов. Биомедицина. 2009. № 1. С. 5-18.
  13. Service R.F. Science policy. Report faults U.S. strategy for nanotoxicology research. Science. Vol. 19. P. 1779.
  14. Проданчук Н.Г., Балан Г.М. Нанотоксикология: состояние и перспективы исследований.Современные проблемы токсикологии. 2009. № 3-4. С. 4-18.
  15. Чекман І.С., Сердюк А.М., Кундієв Ю.І., Трахтенберг І.М. та ін. Нанотоксикологія: напрямки досліджень (огляд). Довкілля та здоров’я. № 1 (48). С. 3-7.
  16. Трахтенберг І.М., Дмитруха Н.М. Принципи, методи і показники експериментальної оцінки безпечності наночастинок металів. Сучасні проблеми токсикології, харчової та хімічної безпеки. № 4(76). С. 5-17.
  17. Трахтенберг І.М., Дмитруха Н.М. До проблеми безпеки нанотехнологій і наноматеріалів. Біоетика: від теорії до практики. Київ : Авіцена, 2021. С.94-104.
  18. Fischman M, Murashov , Borak J., Seward J. Task Force on Nanotechnology and Health. Nanotechnology and Health. Journal of Occupational and Environmental Medicine. 2019. Vol.61, No 3. Р.95-98. DOI: 10.1097/JOM.0000000000001548.
  19. Трахтенберг І.М., Дмитруха Н.М. Наночастинки металів, методи отримання, сфери застосування, фізико-хімічні та токсичні властивості. Український журнал з проблем медицини праці. 2013. № 4(37). С. 62-74.
  20. Dykman L.A., Bogatirev V.A., Goldfinches S.Y. et al. Gold nanoparticles: synthesis, properties and biomedical applications. Moscow : Nauka, 319 p.
  21. Wijnhoven Susan WP,Peijnenburg Willie JGM, Herberts Carla A et al. Nano assessment. Nanotoxicology. 2009. Vol. 3(2). P. 109-138.
  22. Коваленко Л.В., Фолманис Г.E. Нанопорошки железа. Mосква : Наука, 124 с.
  23. Hardman R. A toxicologic review of quantum dots: toxicity depends on physicochemical and environmental factors. Health Perspective. 2006. Vol. 114 (2). P. 165-172.
  24. Oberdörster G., Oberdörster E., Oberdörster J. Nanotoxicology: An Emerging Discipline Evolving from Studies of Ultrafine Particles. Environmental Health Perspectives. 2005. Vol.113 (7). P. 823-839.
  25. Oberbek P., Kozikowski P., Czarnecka K., Sobiech P., Jakubiak S., Jankowski T. Inhalation exposure to various nanoparticles in work environment - contextual information and results of measurements. J. Nanopart Res. 2019; № P. 222. doi.org/10.1007/s11051-019-4651-x
  26. Zhao L, Zhu Y, Chen Z, Xu H, Zhou J, et al. (2018) Cardiopulmonary effects induced by occupational exposure to titanium dioxide nanoparticles. Nanotoxicology. 2018. Vol.12(2). P. 1-16. DOI:10.1080/17435390.2018.1425502
  27. Патон Б., Москаленко В., Чекман І., Мовчан Б. Нанонаука і нанотехнології: технічний, медичний та соціальний аспекти. Вісник Національної академії наук України. 2009. № 6. С. 18-26.
  28. Кундієв Ю.І., Ульберг З.Р., Трахтенберг І.М. та ін.. Проблема оцінки потенційних ризиків наноматеріалів та шляхи її вирішення. Доповіді НАН України. 2013. № 1. С. 177-184.
  29. Чекман І.С., Дорошенко А.М. Взаємодія наночастинок оксиду заліза з клітиною та компонентами біомембрани.Український медичний часопис. 2012. №1(87), С. 31-37.
  30. Яворовський О.П., Ткачишин В.С., Арустамян О.М. та ін. Наночастинки і наноматеріали: будова, фізико-хімічні властивості, вплив на організм працівників Довкілля та здоров’я. 2016. №3 (79). С. 29-36.
  31. Зінченко Т.О. Гігієнічні і токсикологічні аспекти профілактики несприятливої дії наночасток срібла: дис. … канд. мед. наук. Київ, 2011. 170 с.
  32. Яворовський О.П., Зінченко Н.А., Шкурко Г.А. Литвиненко В.І., Сухарєва Н.М. Структурні ефекти дії наносрібла на легені щурів за умов інтратрахеального введення. Довкілля та здоров'я, 2011. № 4. С. 3-6.
  33. Яворовський О.П., Стеченко Л.О., Солоха Н.В., Кривошеєва О.І., Чухрай С.М. Вплив наночастинок нітриду титану на ультраструктуру респіраторного відділу легень щурів у хронічному експерименті. Довкілля та здоров'я. 2017. №2. С. 4-7.
  34. Луговський С.П., Діденко М.М., Мельник Н.А. Морфо-функціональні зміни у внутрішніх органах щурів при хронічному впливі на їх неушкоджену шкіру мікро- і наночастинок неорганічних сполук cвинцю. Сучасні проблеми токсикології, харчової та хімічної безпеки. 2017. № 3. С. 34-47.
  35. Apykhtina O., Gubar I., Korsak A., Sokurenko L. Hematotoxic effect of lead and cadmium nanoparticles of different sizes (experimental study). Book of abstracts 1st edition «XXVI International Symposium on Morphological Sciences (ISMS)» (July 5—7, 2018, Prague, Czech Republic). Prague, Р. 5. Proceedings 18.pdf
  36. Апихтіна О. Л. Зміни біохімічних показників сироватки крові експериментальних тварин після експозиції хлоридом кадмію та наночастинками сульфіду кадмію різного розміру. Biomedical and Biosocial Anthropology. 2017. № 28. С. 47-
  37. Gubar I.V., Apykhtina O.L., Kaminsky R.F., Chaikovsky Yu.B., Yavorovsky O.P., Sokurenko L.M. Organotoxic effect of single intratracheal administration of lead nanoparticles of different sizes. World of Medicine and Biology. 2020, № 3 (73). Р. 168-175.
  38. Дмитруха Н.М., Луговський С.П., Лагутіна О.С. Характеристика імунотоксичної дії сполук свинцю з мікро- і наночастинкамию Сучасні проблеми токсикології, харчової та хімічної безпеки. 2014. № 1-2. С. 59-66.
  39. Трахтенберг І.М., Дмитруха Н.М., Лагутіна О.С., Короленко Т.К., Легкоступ Л.А., Герасімова О.В. Дослідження гематотоксичної дії мікро- і наночастинок оксиду заліза Fe2O3 за умови одноразового та тривалого надходження в організм щурів. Український журнал з проблем медицини праці. №17(4). С. 215-224. DOI: https://doi.org/10.33573/ujoh2021.04.215
  40. Бакало Л.В., Дмитруха Н.М., Андрусишина І.М., Лубянова І.П., Клименко Л.А. Накопичення заліза в печінці та зміни біохімічних показників сироватки крові щурів за введення колоїдних розчинів Fe2O3 з різними розмірами частинок. Сучасні проблеми токсикології, харчової та хімічної безпеки, 2017. № 3(79). С.48-55.
  41. Трахтенберг І.М., Дмитруха Н.М., Короленко Т.К., Легкоступ Л.А., Лагутіна О.С., Козлов К.П., Бакало Л.В. Експериментальне дослідження впливу наночастинок оксиду заліза на організм щурів за умови однократного інтратрахеального введення. Український журнал з проблем медицини праці. № 16(4). С. 251-260. https://doi.org/10.33573/ujoh2020.04.251
  42. Апихтіна О. Л., Козлов К. П. Оцінка детоксикуючої дії Тіоцетаму при інтоксикації сполуками кадмію у нано- та в іонній формі (експериментальне дослідження). Збірник матеріалів ІІ Міжнародної науково-практичної конференції «Ліки людині. Сучасні проблеми фармакотерапії і призначення лікарських засобів» (28—29 березня 2018 р., м. Харків). Харків, Т.2. С. 46-47.
  43. Трахтенберг І.М., Дмитруха Н.М., Короленко Т.К., Лагутіна О.С., Бакало Л.В., Легкоступ Л.А. Експериментальне дослідження впливу наночастинок Fe2O3 на організм щурів ізольовано та на фоні вживання препарату «Кверцетин». Український журнал з проблем медицини праці. 2 Т.17, №1. С.3-14. https://doi.org/10.33573/ujoh2021.01.003
  44. Трахтенберг І.М., Дмитруха Н.М., Луговський С.П., Андрусишина І.М., та ін. Патогенетично обґрунтовані критерії оцінки кардіовазо-токсичної дії наночастинок металів. Інформаційний лист про нововведення в сфері охорони здоров'я № 182.-2020. Київ, 2020.4 с.
  45. Дмитруха Н.М., Лагутіна О.С., Губар І.В., Легкоступ Л.А Метод оцінки токсичності солей та наночастинок важких металів на моделі білків плазми крові людини. Інформаційний лист про нововведення в сфері охорони здоров'я № 184-2020. Київ, 2020. 4 с.
  46. Hu X., Cook S., Wang P., Hwang H.M. In vitro evaluation of cytotoxicity of engineered metal oxide nanoparticles. Total Environ. 2009. Vol. 407 (8). P. 3070-3072.
  47. Трахтенберг І. М., Дмитруха Н. М., Лагутіна О. С. Оцінка токсичності наночастинок металів у модельних дослідах in vitro. Інтегративна антропологія. № 1 (29). С. 76-78.
  48. Apykhtina О. L., Dybkova S. M., Sokurenko L. M., Chaikovsky Yu. B. Cytotoxic and genotoxic effects of cadmium sulfide nanoparticles. Experimental Oncology. 2018. V. 40. P. 194-
  49. Дмитруха Н.М., Короленко Т.К., Лагутіна О.С., Грамадська Л.О. Оцінка біологічної активності цитратів наночастинок біогенних металів (Cu, Zn,Fe,Mg) в дослідах іn vitro. Актуальні проблеми профілактичної медицини: зб. наук. пр. Львів, 2012, Вип. 10. С. 60-67.
  50. Дмитруха Н.М., Лагутіна О.С., Громовий Т.Ю., Пилипчук Є.В. Дослідження безпечності нанопрепаратів заліза і міді за їхнім впливом на білки плазми крові людини в умовах in vitro. Український журнал з проблем медицини праці. 2021.Том.17, № 3. С. 139-150.
  51. Трахтенберг І.М, Ульберг З.Р.,Чекман І.С., Дмитруха Н.М. та ін. Оцінка безпеки лікарських нанопрепаратів: метод. рекомендації, затверджені на засіданні Науково-експертної ради Державного експертного центру МОЗ України, протокол № 8 від 26.09.2013. 108 с.
  52. Гігієнічне нормування та контроль наноматеріалів у виробничому середовищі. Профілактика первинна: метод. рекомендації / Кундієв Ю.І., Трахтенберг І.М., Яворовський О.П., Демецька О.В. та ін. Київ, 2016. 8 с.