Уже который год мы слышим страшилки о том, что наночастицы уже в нашем теле и они даже добрались до Антарктики. Другие бредопроповедники пытаются научить вас очищаться от наночастиц. Так что это за частицы такие?
"Нано" происходит от греческого "чрезвычайно маленький". Когда ученые говорят "нано", они имеют в виду размер в диапазоне от 1 до 100 нанометров (нм). Одна из самых важных молекул на планете — ДНК — имеет радиус в 1 нм. Для сравнения: диаметр бактериальной клетки составляет 10 000 нм, а толщина листа бумаги около 75 000 нм. Наноматериалы и покрытия обладают удивительными свойствами, и потенциал их применения огромен.
Одной из потенциальных сфер применения являются бронежилеты. Традиционные пуленепробиваемые жилеты обычно изготавливаются из очень прочного пластика. В пластик можно добавлять сверхпрочные графеновые листы, которые весят не больше листа бумаги.
Другая сфера исследований применения наноматериалов — медицина. Наночастицы могут проникать между нашими клетками, например, между клетками кишечного эпителия. Наночастицы слишком малы, чтобы их могли удержать соединения между клетками. Если упаковать лекарство в такую упаковку, оно может достигать больные клетки в местах, куда обычные лекарства не попадают.
Наноматериалы используются в пластиковых упаковках для придания им прочности. Когда еда хранится в такой упаковке, наночастицы могут попасть в нее, а затем с едой — в наш организм. Некоторые красители и сохранители (консерванты) являются нанодобавками, то есть крошечными веществами, которые добавляют в некоторые продукты. Так же, как и наночастицы из упаковок, они попадают через кишечник в кровь. Но это не единственный путь. Наноматериалы могут проникать через кожу. Соединения между клетками эпителия не могут остановить наночастицы, которые, например, присутствуют в некоторых солнцезащитных кремах. Третий путь попадания в наше тело — через дыхание. Из-за их малого размера организм не может вывести наночастицы. В настоящее время ученые точно не знают, насколько вредно для человека поглощать наночастицы. Эксперименты в лабораториях показали, что, например, вдыхаемые частицы могут привести к необратимому повреждению тканей.
То есть мы совсем беззащитны перед нанокалипсисом? У нас есть несколько механизмов защиты. Слизистые оболочки дыхательных и пищеварительных путей задерживают чужеродные вещества, кислотность желудка растворяет бактерии и многие вирусы, но в случае с наноматериалами это не всегда срабатывает. Когда наночастицы попадают в биологическую среду, их поверхность покрывается множеством биомолекул, образуя биокорону. Эта биокорона связывается с обычными белками и образует особые строения. Биокорона действует как плащ-невидимка, и иммунные клетки не всегда видят их и, соответственно, не атакуют.
Если же иммунные клетки все-таки распознают этих маленьких проказников, то они вызывают воспаление, чтобы попытаться уничтожить наночастицы. Однако слишком сильное или длительное воспаление может привести к гибели клеток из-за окислительного стресса. Некоторые наноматериалы не могут быть удалены или уничтожены и остаются в организме годами. Постоянное воспаление со временем может привести к образованию опухолей. Почему же мы так беззащитны? Так исторически сложилось: когда наша иммунная система эволюционировала и развивалась как машина для уничтожения патогенов, наночастиц практически не существовало, а уж тем более в таких огромных количествах. Поэтому иммунная система не научилась эффективно бороться с ними.
Источники:
Shannahan J. The biocorona: a challenge for the biomedical application of nanoparticles. Nanotechnol Rev. 2017;6(4):345-353. doi:10.1515/ntrev-2016-0098
Andraos C, Boodhia K and Botha TL (2024) Is “Small” Safe? Exploring the Good and Bad of Nanomaterials. Front. Young Minds. 12:1356375. doi: 10.3389/frym.2024.1356375
Ставя палец вверх и подписываясь, Вы помогаете мне продвигать настоящую науку.
Предыдущая статья: Зачем китайцы запасаются снегом?