О нетоксичности фуллеренов

Исследование №1

Нет сомнения, что бурное развитие нанотехнологий требует четкого представления о безопасности создаваемых наноматериалов как для человека, так и для окружающей среды. При этом биологические свойства наночастиц зависят не только от того, из чего они состоят, а решающими моментами, в этом плане, могут быть их размер, форма, физико-химические свойства их поверхности, что определяется особенностями метода их синтеза. Все это справедливо и для фуллеренов, — простейших представителей нанообъектов, — для которых уже известны десятки способов получения их наночастиц, особенно в виде водных дисперсий. Тем не менее, часто приходится сталкиваться с достаточно упрощённым и поверхностным подходом к пониманию конкретных физико-химических свойств фуллереновых наночастиц, синтезируемых различными способами. В свою очередь, и что хорошо известно из научной литературы, такой подход порождает много противоречивых результатов при токсикологических испытаниях фуллереновых наночастиц.

Как следствие вышесказанного, если набрать в Интернет-поиске ключевые слова «токсичность, фуллерен», то можно увидеть большой список устрашающих названий и фраз, которые связаны с двумя работами, выполненными в США в 2004 году: статья V. Colvin c сотрудниками из университета Райса и E. Oberdorster из университета Далласа [1]. В качестве «токсичного» фуллерена в этих работах применялись водные дисперсии nano-C60 (nC60, THF/nC60), приготовленные по одной и той же методике, в которой, в качестве промежуточного растворителя, использовался достаточно токсичный тетрагидрофуран (ТГФ, THF). Нами была вос-произведена эта методика и проведен тщательный анализ полученной водной дисперсии С60. Мы убедились, что стандартные манипуляции с подобной дисперсией, с целью избавиться от ТГФ, не приводят к желаемому результату, а газо-хроматографический анализ всегда обнаруживает ТГФ и продукты его деградации, которые являются неотъемлемыми и превалирующими компонентами частиц nano-C60. И, именно, ТГФ и продукты его окислительной модификации и последующей их полимеризации обуславливают отрицательные биологические эффекты частиц nano-C60. Наши критические замечания по поводу псевдосенсации о токсичностьи фуллеренов можно найти в англоязычной статье [2] или в ее русском варианте в виде открытого письма к научной общественности.

В 2005 году E. Oberdorster, учтя нашу критику, вновь повторила свои эксперименты с аквариумными рыбками и водяными блохами (дафниями). Однако, на этот раз использовался водный раствор фуллеренов, полученный путем 2-х месячного перемешивания порошка фуллеренов в воде. В этом случае было исключено какое-либо влияние вредных примесей органических растворителей, однако, получались водные дисперсии фуллереновых частиц с размерами 10–200 нм, чьи поверхности состояли из модифицированных гидроксилированных (окисленных) фуллеренов. Но, тем не менее, сколько-нибудь значимой токсичности фуллеренов, как это было в предыдущей работе, уже не обнаружено. Только при очень высоких концентрация (~35 мг/л) окисленных фуллереновых частиц были замечены некие нежелательные и малодостоверные эффекты, которые, в первую очередь, были связаны с очень высокой мутностью среды, в которой обитали и тестировались водные организмы.

В это же время, учеными из Франции [3] было показано, что использование водных дисперсий фуллерена С60 в экспериментах с крысами, даже в очень больших дозах С60 (2,5 г/кг и выше), не дает никаких токсических эффектов. Более того, чистый фуллерен С60 превосходно защитил организм животных от действия сильного яда и подтвердил свои мощные антиоксидантные и гепатопротекторные свойства.

Несмотря на это, идея, о том, что фуллерены могут быть токсичными, дала повод теоретикам из Vanderbilt University, «поиграть» компьютерным моделированием с молекулами фуллерена С60 и ДНК. При этом не были учтены реальные физико-химические свойства молекул фуллеренов и ДНК в водных системах, и были получены спекулятивные выводы о возможной генотоксичности фуллеренов. С нашими критическимим замечаниями по этому поводу можно ознакомиться на интернет-сайте «Элементы».

Далее, несмотря на то, что еще в 1997 году российскими учеными было убедительно показано отсутствие мутагенного, повреждающего ДНК, действия чистых фуллеренов (Генетика, 1997, т.33, №4, с. 405-409), в 2006-2007 г.г. появляются две работы американских групп, V. Tarabara с соавт. из Michigan State University и S. Pacheco, K. Arcaro и др. из University of Massachusetts, с громкими заявлениями об обнаруженной генотоксичности нанодисперсий фуллеренов С60 в воде. К тому же вторая группа исследователей в своих опытах обнаружила также, что и коллоидные частички оксида кремния (основного компонента обычного песка!) проявляют ДНК повреждающие эффекты, и которые, как оказалось, по величине были сходными с аналогичными эффектами фуллеренов!?

Подробный анализ результатов, представленных американскими исследователями, выявил их научную некорректность и ошибочность последующих выводов, что связано с принципиальной неприменимостью выбранного ими метода Одно-Клеточного Щелочного Электрофореза (the Single-Cell Gel Electrophoresis Assay or Comet assay with Olive Tail Moments (OTM), observation) для анализа на генотоксичность наночастиц и наноматериалов. Вывод же, который мы даем в своем критическом анализе критическом анализе, можно было бы выразить словами: «Чистые фуллерены не опасней обычного песка»!

До появления этих публикаций, в течение последних 20 лет, во многих лабораториях в мире никто особой токсичности фуллеренов не замечал и фуллерены по своим токсикологическим характеристикам всегда приравнивались и приравниваются сейчас, к аморфному, техническому углероду, к углеродной саже (carbon black, U.S. Dept. of Labor, OSHA’s Hazard Communication Standard, 29 CFR 1910.1000 and 29 CFR 1910.1200).

Многие биологические эксперименты с нашими молекулярно-коллоидными растворами гидратированных фуллеренов (FWS) практически всегда начинаются с тестирования их на возможную токсичность. И никакие in vitroи in vivo тесты не выявили каких-либо признаков их сколько-нибудь заметной токсичности.

Поэтому мы с полной уверенностью отвечаем на вопрос о токсичности фуллеренов: молекула фуллерена не токсична и не может быть более токсична, чем уголь, графит, алмаз или обычный песок. Токсичными могут быть как химические производные фуллеренов (что определяется свойствами химических групп, пришитых к фуллереновому кору) так и наночастицы в виде кристаллосольватов (или клатратов) молекул фуллеренов с другими, но токсичными молекулами. В противоположность такому, FWS содержит только чистые фуллерены и воду, поэтому ожидать проявлений каких-либо токсических эффектов при применении гидратированных фуллеренов и их водных растворов не приходится.

Кстати, в конце 2005 года мы передали E. Oberdorster образец нашего FWS, с предложением провести сравнительное биологическое тестирование, но до сих пор такое предложение осталось без ответа. И, видимо, потому, что миф о токсичности фуллеренов, возникший с большим шумом в 2004, постоянно развеивается под напором достоверных и неоспоримых научных фактов. Водные же дисперсии, известные как nano-C60 или nC60, или THF/nC60, или nC60/THF и с которыми очень любят работать ученые на Западе, оказываются совершенно неподходящими объектами для объективной оценки токсикологии чистых фуллеренов. Следовательно, выводы о токсичности фуллерена С60, полученные с помощью подобных объектов, следует рассматривать, как ложные и они не должны приниматься во внимание в будущем.

[1] Oberdorster E. Manufactured nanomaterials (fullerenes, C60) induce oxidative stress in brain of Juvenile Largemouth bass. Environ Health Perspect., 112(10), (2004) 1058–1062.

[2]. G.V. Andrievsky, V.K. Klochkov, L.I. Derevyanchenko. IS C60 FULLERENE MOLECULE TOXIC?! Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 13 (4), (2005) 363-376.

[3] Najla Gharbi, Monique Pressac, Michelle Hadchouel, Henri Szwarc, Stephen R. Wilson and Fathi Moussa. [60]Fullerene is an in vivo Powerful Antioxidant With no Acute or Sub-acute Toxicity. Nano Letters, 5 (12) (2005) 2578-2585.

Исследование №2

Регулярные биологические тесты показывают, что вода Svetla чрезвычайно благотворно влияет на ростклеток и организмов. Она отличается самым низким уровнем генотоксичности среди бутылированных вод.

Биологические тесты , очень важны и полезны для определения потенциала вредности определенных генотоксичных веществ на здоровье человека. Включение исследований генотоксичности в области охраны водных ресурсов имеет большое значение, так как они дают представление о влиянии и последствиях генотоксических веществ на живые организмы.

Скачать исследования