Нанотехнологии в здравоохранении - оценка рисков и стратегия безопасности

В торая половина ХХ в. показала исключительно высокую продуктивность перехода промышленных технологий и конструктивных элементов на микроуровень. Такой подход позволил обеспечить внедрение многих достижений фундаментальной науки в повседневную жизнь за счет наноразмерного производства, т.е. нанотехнологий. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) определяет нанотехнологию как совокупность научно-практических методов манипулирования веществами на уровне мене 1 000 нм с целью получения новых свойств материалов или создания микроскопических устройств и объектов¹.

Эту дефиницию можно принять, однако следует иметь в виду, что к нанотехнологиям сегодня относятся многочисленные методы и процессы, которые на самом деле они представляют собой традиционную науку о материалах. Настоящие нанотехнологии станут широко доступными лишь спустя десятилетия, когда нанопроизводство будет основано на управлении материей на молекулярном и даже атомарном уровне, когда для производства товаров с нуля будут разработаны самовоспроизводящиеся нанороботы [Форд 2014: 103, 159].

Первоначально возникшие в электронике и материаловедении, нанотехнологии в последние годы завоевывают лидирующие позиции в химии, биологии и медицине. Они успешно применяются для молекулярной диагностики различных заболеваний, направленной доставки лекарственных препаратов и генети- ческих конструкций в поврежденные ткани, а также высокоселективного уничтожения патологических тканевых образований и даже отдельных измененных клеток.

Возникла новая область медицинских знаний – наномедицина, посвященная совершенствованию профилактики и лечению заболеваний с помощью нанотехнологий. По каноническому определению наномедицина – это слежение, исправление, конструирование и контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне с использованием созданных нанопродуктов и наноустройств.

Наномедицина способна решать многие задачи здравоохранной сферы. Более универсальной методологически и комплексной по направлениям дисциплины современная наука еще не знала. В частности, использование наночастиц помогает созданию новых иммунобиологических препаратов, с помощью которых можно контролировать как инфекционные, так эпидемические процессы. В первую очередь это вакцинные препараты. В настоящее время разработаны вакцины против 34 инфекционных заболеваний, а человеческую популяцию поражает более 400 их видов. Использование нанотехнологий позволяет восполнить этот пробел и улучшить качество уже существующих вакцин.

На нанотехнологии возлагают надежды по лечению таких серьезных заболеваний, как ВИЧ и гепатит С. Кроме того, сейчас активно ведутся работы по созданию биологических наночипов для диагностики соматических и инфекционных заболеваний, а также медицинских нанороботов, способных устранять дефекты в организме больного человека путем управляемых нанохирургических вмешательств.

Как результат клинических исследований на отечественный рынок выходят инновационные наноразработки для регенеративной медицины, стоматологии, онкологии, травматологии и хирургии, а также нанокомпозиционные изделия. Например, проведены медико-биологические испытания безопасности биоразлагаемого перевязочного средства ХитоПран с применением наночастиц производных хитозана – природного материала, который не отторгается тканями при лечении ран, трофических язв, ожогов. Предполагается, что применение данного средства в разы сократит срок пребывания больных в стационаре, обеспечив существенную экономию.

На основе магнитного нанопорошка из редкоземельных материалов (как про-дуцитора инфракрасного излучения) разработаны обезболивающие и противовоспалительные пластыри: Нанопласт, Дорсопласт, Вазопласт и другие, применяющиеся при заболеваниях позвоночника, суставов, мышц и связок, а также при закрытых травмах.

Для стимулирования регенеративного процесса при сращивании порванных в результате травмы нервов создан биоактивный имплант, состоящий из нановолокон, которые служат направляющей для растущего нерва. Сочетание импланта с воздействием инфракрасного (теплового) излучения и магнитного поля приводит к улучшению местного крово- и лимфообращения, способствует восстановлению функций опорно-двигательного аппарата.

Разработан препарат для комплексного лечения вирусного конъюнктивита. В состав глазных капель включены полимерные нановолокна, благодаря которым удалось не только улучшить биодоступность лекарственных веществ, но и совместить сразу три действия: противовирусное, антибактериальное и репаративное. Таким образом, один препарат заменяет три вида капель, что экономит средства и упрощает процесс лечения.

Созданы биосовместимые нанокерамические материалы для технологий восстановления костных тканей, используемых в хирургии, регенеративной меди- цине и ортопедии. Эти материалы не имеют аналогов в отечественной практике, а их себестоимость существенно ниже зарубежных. Работа была отмечена премией Президента России в области науки и инноваций.

Запущен в производство эндопротез тазобедренного сустава с керамической парой трения. Тазобедренные импланты изготовлены из нанокерамики, не вызывают отторжения в организме и отличаются высокой механической прочностью и износостойкостью. Срок службы такого протеза – около 20 лет. Низкая стоимость изделия (60 тыс. руб. против 2–2,5 тыс. евро у зарубежных аналогов) позволяет применять его при операциях за счет бюджета в рамках системы обязательного медицинского страхования.

Для сохранения жизни и здоровья контингента силовых структур созданы изделия из наноструктурированной бронекерамики, предназначенные для защиты личного состава. Бронекерамика в 1,5–2 раза легче металла и уступает алмазу лишь одну единицу по шкале твердости минералов Мооса, что обеспечивает пулестойкость защитных изделий на уровне лучших мировых аналогов [Георгиев 2015].

Разработаны лекарства нового поколения с использованием наноструктур: противотуберкулезный препарат Н-ломефлоксацин, вакцины Вичерпал – против ВИЧ/СПИДа и Гепал – от гепатитов А и В. По оценкам международных организаций, они входят в число 12 наиболее перспективных и безопасных нанопрепаратов.

Внедряется в лечебную практику технология мишенной терапии и начат выпуск инновационных лекарств с наносредствами их доставки к определенным органам человека, что существенно повышает степень их биодоступности. Среди них препарат Индолип – для лечения заболеваний опорно-двигательного аппарата и Доксолип – противоопухолевый препарат. Это нанолекарства с повышенной терапевтической эффективностью и улучшенными фармакокинетическими характеристиками.

Минюстом зарегистрирован совместный приказ Минпромторга и Минздрава России № 1605/308н от 19 мая 2016 г. «Об утверждении перечня биомишеней для разработки схожих по фармакотерапевтическому действию и улучшенных аналогов инновационных лекарственных препаратов». Утвержденный перечень должен послужить ориентиром для организаций, занимающихся исследованием нанопрепаратов, которые претендуют на получение компенсации затрат на их разработку согласно соответствующему постановлению Правительства России № 1503 от 30 декабря 2015 г.1

Приведенные примеры – только малая часть возможностей отечественной наноиндустрии. Они свидетельствуют о том, что нанотехнологии, долгое время находившиеся почти исключительно в поле зрения материаловедения, физики и химии, сейчас активно внедряются в медицину, где применение наноматериалов не ограничивается решением изолированных узких задач. Проводимые исследования отражают общую тенденцию к созданию многофункциональных устройств, сочетающих в себе диагностические и терапевтические возможности.

Наномедицина идет по пути профилизации и специализации, проникая в такие отрасли, как офтальмология, травматология, ортопедия и онкология. Внедрение нанотехнологий в клиническую практику требует тщательного изучения проблем безопасности при разработке и использовании наноструктур. Высказывается обеспокоенность относительно того, что непреднамеренный контакт с наноматериалами может оказать негативное влияние на здоровье человека и его репродуктивный потенциал.

Сегодня достаточно большое число ученых и организаций на Западе призывают к установлению моратория на массовое производство и коммерческое применение материалов и продукции, изготовленных при помощи нанотехнологий, до тех пор, пока не будут достоверно определены все возможные последствия их применения и не будет разработан и одобрен всем мировым сообществом строгий свод правил для защиты человечества от «наноугрозы».

Согласно данным ежегодного обзора мировой экологии Программы ООН по защите окружающей среды UNEP в 2010 г. государственная комиссия Великобритании по гигиене и безопасности труда провела исследование потенциального вреда продукции нанотехнологий для здоровья. Комиссия сделала вывод, что в настоящее время очень мало известно о том, насколько опасны наноматериалы и как можно обеспечить защиту работников в соответствующих отраслях, в т.ч. и здравоохранении¹.

Этого мнения придерживается и Комитет по науке и технике палаты лордов британского парламента, который в своем докладе относительно нанотехнологий поднял несколько вопросов о наноматериалах и здоровье человека, особенно в отношении риска принятия нанодобавок с пищей. Есть аспект, который особенно беспокоит комитет, - это размер и исключительная подвижность наночастиц: они являются достаточно малыми и способны проникать через мембраны слизистой кишечника с возможностью доступа к мозгу и даже внутрь ядер кле-ток2.

Одной из проблем, которая может ограничивать широкое применение нанотехнологий, является токсичность наночастиц. Перевод различных материалов в нанометровый диапазон часто сопряжен с радикальными изменениями их свойств. В связи с этим наночастицы способны оказывать нежелательные воздействия на биологические системы. Кроме того, вследствие генетического полиморфизма часть популяции может оказаться аномально чувствительной к действию определенных классов или типов наночастиц. Это диктует необходимость разработки новых, выходящих за рамки классической общей токсикологии методов доклинической оценки безопасности нанопрепаратов [Пальцев 2009: 39].

Отрасль исследований, связанных с изучением безопасности наноматериалов, получила название нанотоксикологии. Однако следует отметить, что она как самостоятельная область наномедицины пока еще находится в самом начале своего развития. Информация о потенциальной опасности наночастиц для организма человека плохо систематизирована, а имеющиеся данные зачастую требуют подтверждения на более релевантных моделях.

Создание нового вида продукции нанометрового диапазона в развитых странах мира оценивается как важнейшая промышленная революция XXI в. Экспертные прогнозы свидетельствуют, что в числе ключевых направлений становления новейшего (6-го) технологического уклада, в т.ч. в области общественного здравоохранения и в сфере медицинского обеспечения как его составной части, рассматриваются биоорганические технологии и нанотехнологии с использованием специально сконструированных наночастиц, которые в виде нанодобавок и нанопримесей применяются как дополнение к медицинским препаратам, строительным, горюче-смазочным и другим материалам, что значительно улучшает и меняет их свойства.

Из-за малого размера наночастицы могут не распознаваться защитными системами организма, не подвергаться биотрансформации и не выводиться из него, накапливаясь в органах и тканях. Эффект воздействия наночастиц проявляется в возникновении на основе окислительного стресса воспалительных процессов в отдельных органах и тканях, которые в свою очередь способны вызывать хронические заболевания легких и рак легких, снижение иммунитета, сердечнососудистые заболевания, тромбоз кровеносных сосудов.

Можно назвать риски, которые определяются как специфические для действия наночастиц. Они заключаются:

• •    в нанотоксичности - опасности, возникающей из-за размеров нанообъектов, т.е. усилении химической токсичности вследствие наноразмеров этих частиц;

• •    влиянии на ДНК, генетических изменениях и воздействии на наследственные механизмы;

• •    облегченном проникновении нанообъектов внутрь живых клеток с последующим нарушением регуляции их жизнедеятельности;

• •    активной агрессивной миграции в кровь и систему организма, которая вызывает их поражение.

Хроническое воздействие и последствия разового воздействия наноструктур на человека и живые объекты пока не исследованы. Полноценные работы по оценке риска для населения или персонала только разворачиваются. Не исследовано и воздействие наноматериалов на окружающую среду.

С проблемами опасности нанообъектов для человека и окружающей среды близко соприкасаются вопросы этики внедрения нанотехнологий в здравоохранение, в т.ч. использование нанотехнологических медицинских процедур. Это касается и экологии. Медицинское, как и экологическое использование нанотехнологий требует не только полной информации, но и доступной формы ее изложения. Пока невозможно дать адекватную информацию о последствиях в этой быстро развивающейся области. Число исследований воздействия наночастиц на окружающую среду и здоровье человека пока весьма незначительно, при этом множество его факторов неизвестно [Измеров 2009: 56].

Общие данные по этому вопросу и фактические данные о последствиях нанотехнологий для здоровья людей не позволяют сделать окончательные выводы. В ряде опубликованных источников дается описание токсичности и экотоксичности некоторых наноматериалов с уделением основного внимания их воздействию в производственных условиях. Например, научно-исследовательские организации Роспотребнадзора РФ выявили следующие производственные процессы с наиболее высоким риском воздействия наноразмерных аэрозолей:

• •    высокий доказанный риск – электродуговая сварка и резка металлов, пирометаллургические процессы рафинирования металлов, газо-аэрозольные выхлопы дизельных двигателей, производство и применение лакокрасочных наноматериалов, нанесение защитных нанопокрытий;

• •    умеренный предполагаемый риск – текстильное производство, производство наноформ оксидов металлов и порошковая металлургия, производство и применение углеродных нанотрубок, производство фармацевтической и косметической продукции.

Подготовлен ряд нормативно-методических документов, регламентирующих критерии и показатели безопасности, методы оценки профессионального риска при ингаляционном воздействии на организм, основные принципы гигиенического нормирования наноразмерных аэрозолей в воздухе рабочей зоны, санитарно-эпидемиологические требования к производственным процессам в наноиндустрии1.

Вопросы всестороннего изучения влияния наночастиц на здоровье человека, методологии оценки риска, выявления критериев безопасности наноматериалов, разработки средств защиты и гигиенического нормирования становятся чрезвычайно актуальными в связи с широким применением наноструктур и требуют скоординированных действий, в т.ч. на уровне международного сотрудничества.

В принятой в 2010 г. Пармской декларации по окружающей среде и охране здоровья министры здравоохранения и окружающей среды из 53 государств – членов Европейского региона ВОЗ включили последствия воздействия нанотехнологий и наночастиц на здоровье человека в перечень ключевых проблем в области охраны окружающей среды и здоровья населения. Европейское региональное бюро ВОЗ провело критическую оценку текущего состояния знаний и ключевых данных о возможном воздействии наноматериалов на здоровье человека с целью определения вариантов оценки риска и формирования дальнейшей стратегии в этой области.

Проблемы нанобезопасности, кроме Всемирной организации здравоохранения, были сформулированы и активно разрабатываются в качестве приоритетных еще рядом международных, правительственных, межправительственных и общественных организаций, таких как OECD ( Organization of Economic Cooperation and Development ), EFSA ( European Food Safety Authority , Евросоюз), SCENIHR ( Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks , Евросоюз), DEFRA ( Department for Environment, Food and Rural Affairs , Великобритания), FSA ( Food Standards Agency , Великобритания), FDA ( Food and Drug Administration , США), US EPA ( Environmental Protection Agency , США), NAT PEN ( Project on Emerging Nanotechnologies ), ISO ( International Organization for Standardization ) – международной организацией по стандартизации, членом которой Россия является с 2005 г.

В РФ проблеме безопасности нанотехнологий и продукции наноиндустрии уделяется значительное внимание. Необходимость развертывания работ по оценке их безопасности обосновывается в постановлении главного государственного санитарного врача РФ «О надзоре за продукцией, полученной с использованием нанотехнологий и содержащей наноматериалы» и информационном письме Роспотребнадзора «О надзоре за производством и оборотом продукции, содержащей наноматериалы». Постановлением главного государственного врача РФ была принята Концепция токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов, в которой прописан порядок проведения необходимых исследований и организации надзора за нанопродукцией.

Задача создания целостной системы нормативно-методических документов, устанавливающих единый порядок выявления, идентификации наночастиц и наноматериалов, контроля их безопасности и содержания в объектах окружающей среды, в продукции наноиндустрии, оценки рисков и управления ими была поставлена в рамках ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2011 годы»1 и Программы развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 г.2

Развиваемая в РФ стратегия обеспечения безопасности нанопродукции находится в русле международно признанных подходов в данной области, что со- здает перспективы гармонизации российских документов по нанобезопасности с соответствующими международными нормами. Последнее обстоятельство представляется весьма важным в плане всемерного расширения международной кооперации в сфере высоких технологий.

Однако даже при условии кооперации всех вышеперечисленных организаций, занятых проблемами нанобезопасности, справиться в ближайшее время с объемом необходимых исследований, по-видимому, не представляется возможным. Наличие предварительной оценки потенциальной опасности новых видов наночастиц и наноматериалов позволит разработать предупредительную систему мер, призванную свести к минимуму потенциальные риски еще до того, как точная их оценка будет дана в результате экспериментальных изысканий.

В заключение хотелось бы отметить следующее.

Несмотря на потенциальную опасность, достижения в использовании наноструктур дают мощный стимул развитию инновационных медицинских технологий в области молекулярного конструирования лекарственных средств, их направленной доставки в клетки-мишени, диагностики и лечения инфекционных и неинфекционных заболеваний, терапии патогенеза различных болезней, обеспечения биологической безопасности как среды обитания человека в целом, так и отдельных контингентов населения в частности.

Медицинское вмешательство нанотехнологий требует полной информации в доступной и понятной форме. К сожалению, пока невозможно дать адекватную оценку последствий в этой быстро развивающейся отрасли. Исследования воздействия наночастиц и нанообъектов на окружающую среду и здоровье человека по числу своему незначительны, при этом множество его факторов неизвестны. Применение наноматериалов в здравоохранной сфере приобретает все большие масштабы, в связи с чем изучение их биологической агрессивности при взаимодействии с клеточными и субклеточными структурами организма является актуальной задачей.

В условиях дефицита знаний о риске для здоровья наночастиц и содержащих их нанообъектов основное значение необходимо придать разработке превентивных мер, основополагающим принципом которых является требование относиться к ним как новым, заведомо опасным видам материалов и продукции. Представляется обоснованным предложение, чтобы в отечественных целевых программах разработки высоких технологий с использованием наноматериалов и наноструктур была предусмотрена медицинская составляющая.

Необходима трезвая и рациональная оценка нанотехнологий, включая интенсивные и мультидисциплинарные исследования с участием токсикологов и эпидемиологов. Требуется уверенность в том, что наноиндустрия принесет обещанную пользу без нанесения ущерба здоровью населения и его репродуктивному потенциалу. Этот постулат соответствует плану мероприятий по реализации в 2016–2020 гг. Концепции демографической политики Российской Федерации на период до 2025 года, который предусматривает выборочное наблюдение факторов, влияющих на состояние здоровья населения, качество и доступность услуг в сфере здравоохранения1.