Определение степени токсичности наночастиц может оказаться проще благодаря новой теоретической модели, предсказывающей, из каких материалов могут получиться наночастицы, повреждающие живые клетки. Предложенный метод моделирования может оказаться полезным для определения приоритетности испытания тех или наночастиц.

Области применения наночастиц растут с большей скоростью, чем появляются работы об исследовании их токсических свойств, тем важнее создание новой модели, которая может упорядочить исследования в области их токсичности. (Рисунок из Nanotoxicology, 2010, DOI: 10.3109/17435390.2010.502980)

В настоящее время у исследователей имеется лишь ограниченный массив экспериментальных данных о токсичности доступных к практическому применению наночастиц, а также возникают сложности при непосредственном соотнесении токсичности определенных наночастиц и свойствами материала, из которого их получают.

Энрико Бурелло (Enrico Burello) и Эндрю Ворт (Andrew Worth) поставили перед собой задачу создать теоретическую прогностическую модель, способную заполнить этот пробел. Бурелло заявляет, что исследователями была продемонстрирована возможность более рационального подхода к оценке свойств наночастиц, а также организации взаимодействия между создателями новых наноматериалов и токсикологами.

Новая модель позволяет предсказывать строение внешних электронных уровней, присущих наночастице определенного строения и соотносить их с окислительно-восстановительными потенциалами процессов, которые либо могут удалять антиоксиданты из живых клеток, либо способствовать образованию реакционноспособных кислородсодержащих частиц [reactive oxygen species (ROS)], как, например, пероксид водорода, или супероксид-ионы (O2-). При перекрывании этих значений появляется возможность того, что наночастицы могут «перехватить» электроны, участвующие в клеточных процессах и подвергнуть клетку окислительному стрессу – либо за счет удаления из нее антиоксидантов, либо за счет образования ROS.

Результаты, полученные исследователями, хорошо согласуются с ранее полученной информацией о токсичности наноматериалов – например, известно, что наночастицы на основе диоксида титана могут вызывать у клетки окислительный стресс, при этом модель предсказывает такую возможность на основании сравнения электронных уровней наночастиц и энергий процессов окисления в клетке. Тем не менее, Бурелло подчеркивает, что на настоящий момент модель позволяет рассмотреть лишь один механизм токсичного воздействия наночастиц. Он подчеркивает, что исследователи сосредоточились на оксилительном стрессе, так как его механизмы хорошо известны, и он является важным фактором, определяющим особенности жизнедеятельности клетки. Исследователь добавляет, что в настоящее время коллектив пытается расширить модель за счет введения в нее таких фактов, как диссоциация ионов из состава наночастиц, взаимодействия самих наночастиц с белками и липидной мембраной клетки, заявляя, что для каждого воздействия такого типа предполагается выяснить механизм воздействия и найти количественные характери свойства, ключевые для воздействия этого типа.

Кен Дональдсон (Ken Donaldson), специалист по токсикологии наноматериалов из Университета Эдинбурга высоко оценивает работу Бурелло и Ворта, говоря о ней, как о первой попытке определения количественных соотношений структура/свойства наночастиц. Дональдсон добавляет, что любая модель, позволяющая осуществлять группировку материалов по определенным свойствам может оказаться весьма полезным руководством для организации безопасной работы как исследователей, так и потребителей с наночастицами.

Источник: Nanotoxicology, 2010, DOI: 10.3109/17435390.2010.502980