CC BY
292
РЕМОДШМ
В.И.МАСЫЧЕВА, д.б.н., проф., Е.Д.ДАНИЛЕНКО, к.б.н.,
А.О.БЕЛКИНА, Т.Ю.ИВАНЬКИНА, М.И.КИСУРИНА, Г.М.СЫСОЕВА,
ФГУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора, р.п. Кольцово, Новосибирская обл.
НАНОМАТЕРИАЛЫ. РЕГУЛЯТОРНЫЕ ВОПРОСЫ
Во всем мире растет внимание к перспективам развития нанотехнологий. Совокупность научных данных о наноматериалах указывает на то, что они относятся к новому классу продукции, и характеристика их потенциальной опасности для здоровья человека и состояния среды обитания во всех случаях является обязательной. В связи с этим изучение безопасности наноматериалов, создание методологии по оценке их биосовместимости, биодег-радируемости, токсичности, разработка нормативных документов являются актуальными проблемами для мирового сообщества [1].
Наиболее активно развивающимися направлениями наноиндустрии являются нанобиология и наномедицина. Развитие нанотехнологий с использованием белковых, липидных молекул, нуклеиновых кислот и их cинтетических аналогов дает возможность создавать новые высокочувствительные и дешевые системы для ранней диагностики и лечения, обеспечивающие пролонгированное поступление лекарственных веществ, целевую доставку в определенные органы и клетки-мишени, улучшение фармакологических свойств препарата, снижение эффективной дозы и системной токсичности. В США в 2005 г. на разных стадиях создания находилось 20 препаратов, включающих наноматериалы, для лечения онкологических, инфекционных, сосудистых заболеваний и диагностики [2—4]. Однако наночастицы и наноматериалы обладают комплексом физических, химических свойств и биологическим действием (в т.ч. токсическим), которые часто радикально отличаются от свойств этого же вещества в форме
сплошных фаз или макроскопических дисперсий (табл. 1) [1].
(МЕЖДУНАРОДНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ НАНОМАТЕРИАЛОВ
Во многих странах деятельность, связанная с решением проблем определения уровня безопасности нанотехнологий, наноматериалов для животных, человека и окружающей среды, интенсивно развивается [5—6].
Рабочая группа по промышленным наноматериалам при Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) является одной из международных организаций, занимающихся координацией работ по биобезопасности применения наноматериалов. В выполнении межгосударственной программы по выявлению потенциальной опасности наноматериалов принимают участие Австралия, Бельгия, Канада, Чешская республика, Дания, Франция, Германия, Ирландия, Италия, Япония, Корея, Нидерланды, Новая Зеландия, Норвегия, Испания, Швеция, Великобритания,
13
сентябрь 2008 PEMEOUUM
НАНОМАТЕРИАЛЫ. РЕГУЛЯТОРНЫЕ ВОПРОСЫ
США, Китай, Таиланд. В большинстве этих стран ведутся работы по мониторингу содержания наноматериалов в окружающей среде, выявлению потенциальной токсичности для живых организмов, изучению социальных и экономических аспектов нанотехнологий [7—8]. Фактически страны-участницы рабочей группы приступают к разделу рынка этих исследований. Наиболее активные страны, участвующие в межгосударственной программе по выявлению потенциальной опасности наноматериалов, — это США, Япония, Великобритания. Между ними наметилась специализация: США исследуют токсичность наноматериалов, загрязнение окружающей среды, занимаются проблемой терроризма с использованием нанопродуктов; Япония изучает токсичность наноматериалов; Великобритания ведет разработку стандартов безопасности наноматериалов [7].
(традиционный ЛИДЕР — США
В США в 2000 г. была обнародована Национальная нанотехнологическая инициатива (The National Nanotechnology
ПРОДУКТЫ С НАНОЧАСТИЦАМИ НЕ СМОГУТ СЕРТИФИЦИРОВАТЬСЯ КАК ОРГАНИЧЕСКИЕ
Британская неправительственная организация Soil Association, занимающаяся сертификацией органических продуктов в сельском хозяйстве, пищевой, косметической и отчасти фармацевтической промышленности, отказалась рассматривать продукты, содержащие искусственно созданные наночастицы. SA подчеркивает, что наночастицы принципиально изменяют свои физические и химические свойства и начинают в определенной степени подчиняться не классической, а квантовой физике. Наночастицы имеют чрезвычайно высокую проникающую способность, что повышает их потенциальную опасность. Возможное влияние свойств наночастиц на человеческий организм пока мало изучено.
Initiative — NNI) [9], координирующая нанотехнологическую активность 26 федеральных агентств. Это межведомственная программа для оценки опасных для здоровья людей химических
агентов на основе использования современных токсикологических тестов. В 2008 г. для целей NNI заявлен бюджет в размере 1,44 млрд. долл., что более чем в 3 раза превосходит расходы стартового 2001 г. (464 млн. долл.) и на 13% выше бюджета 2007 г. В таблице 2 представлен перечень категорий исследований и планируемые суммы инвестиций в каждую из них [10—11].
В рамках этой программы 6 федеральными агентствами США ведется изучение потенциального риска применения наноматериалов для здоровья человека. Одна из основных задач данных исследований — разработка нормативной и методической базы для оценки безопасности производства и использования нанопродуктов. Участниками программы являются ряд ведущих государственных организаций США и такие известные фирмы, как BASF, DuPont и др. [12]. Американское общество по испытанию материалов (American Society for Testing and Materials — ASTM) разработало стандарты, касающиеся терминов, методов измерения и характеристики наночастиц, а также спецификации наноматериалов [13].
таблица 1| Изменения физико-химических свойств и биологического
(в т.ч. токсического) действия наноматериалов [1].
Физико-химические особенности поведения веществ в наноразмерном состоянии Изменения физико-химических свойств и биологического (в т.ч. токсического) действия
Увеличение химического потенциала веществ на межфазной границе большой кривизны Изменение топологии связи атомов на поверхности приводит к изменению их химических потенциалов, изменению растворимости, реакционной и каталитической способности наночастиц и их компонентов
Высокая удельная поверхность наноматериалов (в расчете на единицу массы) Увеличение адсорбционной емкости, химической реакционной способности и каталитических свойств может приводить к увеличению продукции свободных радикалов и активных форм кислорода и далее к повреждению биологических структур (липиды, белки, нуклеиновые кислоты, в частности, ДНК)
Небольшие размеры и разнообразие форм наночастиц Возможно связывание с нуклеиновыми кислотами (вызывая образование аддуктов ДНК), белками, встраивание в мембраны, проникновение в клеточные органеллы и, как результат, изменение функции биоструктур. Процессы переноса наночастиц в окружающей среде с воздушными и водными потоками, их накопления в почве, донных отложениях могут также значительно отличаться от поведения частиц веществ более крупного размера
Высокая адсорбционная активность Возможна адсорбция на наночастицах различных контаминантов и облегчение их транспорта внутрь клетки, что резко увеличивает токсичность последних. Многие наноматериалы обладают гидрофобными свойствами или являются электрически заряженными, что усиливает процессы адсорбции на них различных токсикантов и способность последних проникать через барьеры организма
Высокая способность к аккумуляции Возможно, что из-за малого размера наночастицы могут не распознаваться защитными системами организма, не подвергаться биотрансформации и не выводиться из организма, что ведет к накоплению наноматериалов в растительных, животных организмах, а также в микроорганизмах, к передаче по пищевой цепи и в результате — к увеличению их поступления в организм человека
14 главная тема: нанофармация. начало пути
PEMEOUUM 2008 сентябрь
таблица г| Планируемый бюджет Программы
«Национальная нанотехнологическая инициатива» в США на 2008 г.
Категория исследований Бюджет, 2008г., млн. долл.
1. Фундаментальные исследования эффектов и процессов на наноуровне 491,8
2. Наноматериалы 290,7
3. Наноприборы и системы 277,4
4. Исследовательская аппаратура, метрология и стандарты в области нанотехнологий 8,6
5. Промышленное производство с использованием нанотехнологий 44
6. Создание исследовательских и производственных центров и приобретение соответствующего оборудования 15,8
7. Изучение влияния нанотехнологий на развитие общества 97,5
Национальный институт стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology — NIST) поддерживает разработку методов для характеристики и оценки свойств стандартного оборудования, разработку стандартных референс-материалов и исследования по созданию новых аналитических методов и технологий измерений. В 2006 г. принят первый стандарт — E2456-06 Стандарт по терминологии для нанотехнологии [14]. Планируются к выпуску референс-ма-териалы коллоидальных частиц золота размером 10, 30, и 60 пм в суспензии [15].
Национальный институт по охране труда и здоровья (National Institute for Occupational Safety and Health — NIOSH) является ответственным за проведение научно-исследовательских работ в области профессионального травматизма и профзаболеваний и за разработку стандартов, он занимает главенствующую позицию в США в области изучения профессиональной гигиены работающих с наноматериалами [16]. В составе NIOSH действует Nanotechnology Research Center (NTRQ, одной из задач которого является внедрение в практику результатов национальных и международных исследований по обеспечению безопасности и охране здоровья сотрудников на рабочем месте [17]. В 2005 г. NIOSH выпустил рекомендации по безопасности для работающих с нанотехнологиями «Подходы к безопасности нанотехнологий: Информационный обмен с NIOSH» [18].
Национальный институт гигиены окружающей среды (National Institute of Environmental Health Sciences — NIEHS) занимается изучением действия промышленных нанотехнологий на здоровье человека. NIEHS возглавляет Национальную токсикологическую программу (National Toxicology Program, NTP), в которой задействованы многие институты и агентства, а также участвует в исследованиях по токсикологической оценке специфических инженерных наноматериалов [11, 14, 19].
Американское агентство по охране окружающей среды (Enviromental Protection Agency — ЕРА) проводит исследования экологической безопасности про-
дуктов, созданных с использованием наноматериалов. В первую очередь это касается изделий, содержащих в своем составе наночастицы серебра, обладающие антимикробным действием [20—21].
Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (Food and Drug Administration — FDA) ответственно за обеспечение безопасности, эффективности и надежности лекарств, медицинских приборов, биотехнологических продуктов, тканевых продуктов, вакцин, косметики и лекарственных препаратов, созданных с использованием нанотехнологий, для человека и животных. В
2006 г. создана Специальная внутренняя комиссия FDA по нанотехнологии (FDA Nanotechnology Task Force) для оценки безопасности продуктов, содержащих наноматериалы. FDA принято решение, что в настоящий момент не будет предъявляться дополнительных требований к исследованию безопасности продуктов, изготовленных с использованием нанотехнологий, пока не установлен статус таких продуктов и нет перечня информации, которую должны предоставлять производители в FDA. Компании пока обязаны предоставить доказательства безопасности и эффективности применения новинок согласно существующим регламентам.
Вместе с тем FDA отмечает, что с учетом скорости развития и огромных потенциальных возможностей нанотехнологий в фармацевтической сфере следует создать законодательную базу для их регулирования. Рекомендуется разрабо-
тать руководство для оценки пользы и риска лекарственных препаратов и изделий медицинского назначения, которые могут быть созданы с применением нанотехнологий [22].
В этой области FDA тесно сотрудничает с Национальным институтом стандартов и технологий и Лабораторией характеризации нанотехнологий — (Nanotechnology Characterization Laboratory — NCL) при Национальном институте рака (National Cancer Institute). NCL оказывает поддержку в доклинической характеризации новых лекарственных нанопрепаратов (Investigative New Drug— IND), передающихся на рассмотрение и одобрение в FDA [23], и в разработке стандартов и стандартизированных методов измерения наноматериалов, используемых для медицинских целей. Среди приоритетных целей NCL:
Ф разработка и стандартизация Аналитического каскада (Assay Cascade Protocols) для характеристики наноматериалов;
4 идентификация и характеристика критических параметров, связанных с наноматериалами (абсорбция, распределение, метаболизм, выведение и профили токсичности наноматериалов), с использованием моделей животных;
« исследование биологических и функциональных характеристик мультиком-понентных/комбинированных наносодержащих терапевтических средств, молекулярных и клинических диагнос-тикумов для детекции [24].
На сайте Лаборатории представлен перечень методов, используемых ею для
НАНОМАТЕРИАЛЫ. РЕГУЛЯТОРНЫЕ ВОПРОСЫ
15
сентябрь 2008 PEMEDUUM
характеристики наноматериалов — Assay Cascade Protocols. Часть протоколов находится в свободном доступе. NCL выполняет работы по договорам с организациями и фирмами по характеризации физических свойств нанопрепаратов, их биологических свойств in vitro и их соответствия свойствам in vivo на моделях животных. Время, необходимое для характеризации материала, — от момента получения до этапа исследования in vivo — составляет, по предварительным оценкам, 1 год. На сайте NCL можно ознакомиться с некоторыми из Технических отчетов по характеризации нанопрепаратов [25].
(СТРАТЕГИЯ ЕВРОСОЮЗА
В Евросоюзе в 2004 г. была принята Европейская стратегия в области нанотехнологий, в которой было указано на необходимость оценки потенциальной опасности нанотехнологий для здоровья человека и окружающей среды [26]. Позже Научным комитетом — The Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks (SCENIHR) — проводились открытые консультации для выработки рекомендаций по оценке этого риска [27]. После проведенных консультаций SCENIHR опубликовал отчет о возможности применения уже существующих методологий для оценки потенциальной опасности нанопродуктов [28]. В начале 2007 г. был выпущен новый документ. В нем проведен анализ возможности применения изложенных в технических руководствах по химическим веществам методологий для оценки риска, связанного с использованием наноматериалов [29].
В выводах комиссии говорится о том, что экотоксикологические свойства наноматериалов могут отличаться от свойств веществ в больших количествах, и поэтому связанный с ними риск должен оцениваться конкретно в каждом отдельном случае. Существующие в настоящее время методологии оценки риска требуют некоторой модификации. В частности, существующие токсикологические и экотоксикологические методы могут оказаться недостаточными для решения всех вопросов, возникающих в связи с наночастицами.
Было сделано заключение о том, что при отсутствии информации о поведении наночастицы в различном экологическом окружении, о путях введения, чувствительности видов к наночастицам невозможно дать четких рекомендаций в отношении пригодности стандартного теста для адекватной оценки воздействия наночастиц на экологическое окружение [29].
В Великобритании главное направление исследований в области нанотехнологий — оценка риска воздействия наночастиц на человека и окружающую среду в нанопромышленности. Британским институтом стандартов (British Standards Institute — BSI) разработаны Руководства по обеспечению безопасности при работе с нанотехнологиями. Подготовлены документы в соответствии с ISO/TC299 в области терминологии [7, 30].
Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization — ISO) в 2005 г. создала «Технический комитет 229 — Нанотехнологии» (ISO/TC 229) для разработки международных стандартов в таких областях, как терминология и номенклатура, метрология и приборы, спецификация референс-материалов, методология тестирования, моделирование и имитация, а также для подготовки научных инструкций для здравоохранения и по безопасности окружающей среды [30].
(япония И КИТАЙ
В Японии ведутся активные исследования по оценке потенциальных рисков, связанных с производимыми наноматериалами. Работа фокусируется на подготовке протоколов тестов по определению токсичности (главным образом, определение токсичности при вдыхании) и методологии оценки риска, связанного с производством наноматериалов.
В Китае разработан ряд Национальных стандартов [30], касающихся темино-логии (GB/T19619-2004); измерения частиц (GB/T13221-2004, GB/T19587-2004; GB/T19627-2005) и спецификации наноматериалов (GB/T19588-2004 — GB/T19591-2004).
( МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО
На семинаре Европейского центра экотоксикологии и токсикологии химических продуктов (European Centre for Ecotoxicology and Toxicology of Chemicals, ECOTOP) в ноябре 2005 г. говорилось о необходимости активизировать работу по изучению наноматериалов. На нем обсуждались проблемы методологии оценки внешней и внутренней экспозиции наноматериалов, возможной потенциальной их опасности, связанной с преимущественно легочным и чрескожным путями проникновения наноматериалов [31]. Был сделан вывод о том, что, хотя многие физические факторы могут повлиять на функцию, токсикологические и экологические характеристики наночастиц, их воздействие в значительной степени определяется составом, площадью поверхности (включая состояние агрегатов и агломератов) и формой. На семинаре было выражено общее мнение, что в настоящее время невозможно или нежелательно выбирать только одну форму измерения (т.е. массу, площадь поверхности или размер частицы).
Рабочий семинар по нанотоксикологии, проходивший в Международном центре ученых (Woodrow Wilson International Center for Scholars) в Вашингтоне в апреле 2006 г., также был посвящен проблемам оценки безопасности при работе с наночастицами [32—33].
(нанотехнологии В РОССИИ
Россия, подобно ведущим странам мирового сообщества, уделяет большое внимание вопросам развития и регламентации безопасности нанотехнологий и нанопродуктов. По оценкам специалистов, к 2015 г. объем продаж российской продукции наноиндустрии составит 250—300 млрд. руб.; объем платежей от экспорта продукции наноиндустрии — 70—75 млрд. руб. [34].
Для содействия реализации государственной политики в сфере нанотехнологий в
ция нанотехнологий». Федеральный закон от 19.07.2007 г №139-ФЗ «О Российской корпорации нанотехнологий» был принят Государственной думой 4 июля 2007 г. и одобрен Советом Федерации 6 июля 2007 г.
РШШииМ 2008 сентябрь
В соответствии с документом Корпорация реализует следующие основные функции в сфере нанотехнологий:
+ рассматривает проекты, осуществляет организационную и финансовую поддержку научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок за счет средств Корпорации;
« осуществляет финансирование проектов, предусматривающих внедрение нанотехнологий или производство продукции;
« осуществляет финансирование проектов по подготовке специалистов;
+ осуществляет мониторинг реализации проектов, финансируемых за счет средств Корпорации [35].
2 августа 2007 г. Правительством РФ принято Постановление №498 о Федеральной целевой программе «Развитие инфраструктуры наноиндустрий в Российской Федерации на 2008—2010 годы» [36]. Вклад Программы в экономическое развитие РФ заключается в обеспечении эффективного использования бюджетных средств, выделяемых на развитие наноиндустрии, и в решении поставленной Президентом РФ задачи по созданию Российской корпорации нанотехнологий, в распоряжение которой с 2007 г. передаются бюджетные ассигнования в объеме 130 млрд. руб. Определены 7 головных организаций по направлениям развития нанотехнологий. В области нанобиотехнологии — это Федеральное государственное учреждение Российский научный центр «Курчатовский институт» (Москва). 30 апреля 2008 г. издан Указ «О пилотном проекте по созданию национального исследовательского центра «Курчатовский инсти-тут»[37].
Президиум Российской академии наук с целью усиления и координации работ в области нанотехнологий принял Постановление №176 от 11.09.2007 г. о создании Комиссии РАН по нанотехнологиям. Комиссия отмечает, что перспективным направлением в сфере нанобиотехнологии является наноконструирование продуктов нового поколения с заданными свойствами. Речь идет о создании нановакцин, нанолекарств, систем нанодетекции и диагностики, о развитии нанотрангенеза, нанобионики. Подчеркивается, что на этом этапе важным яв-
ляется междисциплинарный принцип исследований и разработок [34]. Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор) уделяет серьезное внимание вопросу регламентации безопасности нанотехнологий и нанопродуктов в России. В письме Роспотребнадзора «О надзоре за производством и оборотом продукции, содержащей наноматериалы» и в Постановлении Главного государственного санитарного врача РФ от 23.07.2007 г. №54 «О надзоре за продукцией, полученной с использованием нанотехнологий и содержащей наноматериалы», обосновывается необходимость развития концепции токсикологических исследований и методологии оценки риска в области получения, использования и утилизации наноматериалов и продукции нанотехнологий.
Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ, академика РАМН ЕГ.Онищенко от 31 октября
2007 г. №79 была утверждена «Концепция токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов» [1]. В разработке Концепции принимали участие: Роспотребнадзор; НИИ питания РАМН; НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи РАМН; НИИ биомедицинской химии им. В.Н.Ореховича РАМН; НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина РАМН; НИИ медицины труда РАМН; ГНЦ РФ Институт медико-биологических проблем РАН; Московский государственный университет Минобрнауки России; Центральный НИИ эпидемиологии Роспотребнадзора; Федеральный научный центр гигиены им. Ф.Ф.Эрисмана Роспотребнадзора.
В Концепции выражена необходимость изучения в полной мере каждого индивидуального наноматериала в токсикологическом аспекте с определением допустимой суточной дозы или условно переносимого недельного (месячного)
/ поступления для оценки риска при производстве для работающих лиц и при использовании наноматериалов. Большое внимание уделяется необходимости создания информационных ресурсов по
биобезопасности наноматериалов. Даны определения, классификация и область применения наноматериалов, наночастиц и нанотехнологий. В реализации разных разделов Концепции принимают участие «Российская корпорация нанотехнологий», НИУ Роспотребнадзора, НИУ РАН, РАМН, РАСХН, Минобрнауки России.
(выводы
В настоящее время в разных странах и на международном уровне в сфере нанотехнологий и наноматериалов ведется активная работа:
« по созданию терминологии и всеобъемлющей номенклатуры/таксономии наноматериалов. Такая терминология и номенклатура дадут возможность идентифицировать наноматериалы или продукты, их содержащие;
« по разработке и утверждению/валидации методов измерений, эталонных данных для характеристики разрабатываемых наноматериалов, что необходимо для оценки воздействия на здоровье человека и окружающую среду;
« по созданию и гармонизации протоколов тестирования токсичности наночастиц;
« по стандартизации протоколов для оценки воздействия наночастиц на окружающую среду.
Таким образом, нынешнее состояние в области изучения безопасности нанотехнологий и наноматериалов характеризуется разработкой норм, требований, методологий, стандартов, применение которых в ходе изучения физикохимических, фармако-токсикологичес-ких свойств продуктов нанотехнологий, экологических последствий и собственно нанотехнологических процессов позволит получать научно обоснованные и объективные результаты. Над этим работают сейчас как отдельные страны, так и межгосударственные группы, многочисленные международные организации. Большое внимание должно быть уделено вопросам гармонизации создаваемых правил.
Список литературы Вы можете запросить в редакции.
