Учёный ЧелГУ исследует влияние наночастиц на здоровье людей

Профессор кафедры физики конденсированного состояния Челябинского государственного университета, руководитель научной лаборатории в Ирландии Владимир Лобаскин исследует влияние нанотехнологий на здоровье людей и близок к исполнению мечты всех физиков.

​​​​«В лаборатории «Теория моделирования мягкой материи» мы производим численные эксперименты: создаём модели биомолекул (белков, липидов, из которых составлены клетки), а также модели распространённых наноматериалов, на компьютере и пытаемся определить, какие свойства этих материалов являются опасными, чего следует избегать при их производстве, – комментирует Владимир Лобаскин. – На данный момент мы участвуем в нескольких крупных проектах. Главный фокус наших исследований – bionano interfаce – это «область контакта», в которой наночастицы взаимодействуют с живыми тканями. Самые большие наши проекты сейчас касаются токсичности наноматериалов. В проекте SmartNanoTox, который я сейчас координирую, работают более 40 человек из девяти стран. Он финансируется рамочной программой Европейского Союза по развитию научных исследований и технологий «Горизонт 2020».

Сегодня наноматериалы производятся в больших количествах и используются для улучшения свойств пластмасс, тканей, включаются в пищевые продукты и медицинские средства, косметику и т. д. Учёным необходимо понять, насколько это может быть опасно для здоровья человека.

Некоторые из наноматериалов и их воздействие уже хорошо известны. Например, при азбестозе – болезни, возникающей, когда человек вдыхает асбестовую пыль, может развиться рак или фиброз лёгких. Похожие вещи происходят, когда мы вдыхаем сажу от выхлопов машин или производств со сжиганием топлива, пыль от обработки камня и металлов. Для химикатов и крупной пыли механизмы токсичности установлены, меры предосторожности разработаны и применяются на производстве и в быту. Для наноматериалов их только предстоит установить.

Главная проблема состоит в том, что в настоящее время на рынке ежегодно появляются десятки тысяч новых наноматериалов. Они производятся в огромных количествах, однако, совершенно непонятно, подходят ли к этим новым наноматериалам старые правила химической безопасности. Наночастицы отличаются по способу воздействия и активности и от молекул, и от обычной пыли.

Чтобы оценить риски, нужно понять механизмы токсичности. Отследить все стадии воздействия наноматериалов на организм от молекул до органов непросто: для этого физики и химики должны работать вместе с биологами и медиками. Задача лаборатории профессора Лобаскина – смоделировать начальные этапы взаимодействия на молекулярном уровне. Для этого он вместе с коллегами моделирует наночастицы в контакте с биомолекулами, которые являются важной частью клетки или рецепторами в определённой биохимической реакции. Биологи, в свою очередь, проводят эксперименты, в которых изучают, какие гены активируются или подавляются, определяют, какая часть организма повреждена, например, вследствие вдыхания пыли, и какие изменения происходят в различных органах. Третья, совместная часть исследования – анализ механизмов, которые связывают активность генов с конкретными молекулярными взаимодействиями.

«В наших проектах, мы пытаемся восстановить весь сложный процесс, всю последовательность событий от вдыхания наноматериалов до самой болезни или какого-то негативного последствия для здоровья, – пояснил Владимир. – А конечная цель состоит в том, чтобы выявить, какие свойства материала отвечают за повреждение, какое молекулярное взаимодействие запускает цепочку изменений в организме. Итогом работы станут модели и формулы, которые смогут предсказать вероятность развития заболевания и возможную степень токсичности для новых материалов ещё до их производства. Если установлено, что исследуемые наноматериалы, например, углеродные нанотрубки уже опасны, то рабочие и потребители должны быть защищены, а производственный процесс и состав материала изменены, чтобы уменьшить риск. Таким образом, зная только лишь структуру молекулы или наночастицы, мы надеемся предсказать его биологическое воздействие. В каком-то смысле, что это мечта всей физики – посмотреть на атомы и сказать, как их нужно сложить, чтобы материал имел желаемые свойства».