Исследователи Передовой инженерной школы «Агробиотек» Томского государственного университета опубликовали статью о токсическом воздействии нанотрубок в International Journal of Molecular Sciences (Q1). Ученые предложили использовать компьютерные модели для предсказания влияния наночастиц на окружающую среду.
Углеродные нанотрубки — это модификация углерода, обладающая высоким потенциалом для использования — от сверхпрочных нитей и сверхпроводников до нейрокомпьютерных разработок и нанопипеток. В 2022 году рынок углеродных нанотрубок оценивали в 3,6 миллиардов долларов. Особенно перспективной считается сфера медицины. Возможный рост промышленного производства нанотрубок в ближайшие годы несет за собой риски для окружающей среды, связанные взаимодействием нанотрубок и других веществ.
— Проблема накопления в окружающей среде наночастиц с токсичными свойствами уже есть. Огромное количество исследований, например, по нано- и микропластику показывает глубину проблемы и широту распространения этих материалов. Мы можем начинать говорить о возникновении нового абиотического фактора окружающей среды, который будет влиять на живые организмы всё больше и больше, — рассказал один из авторов статьи, и.о. директора ПИШ «Агробиотек» ТГУ, доктор биологических наук Кирилл Голохваст.
Статья представляет собой обзор, в котором ученые проанализировали существующую литературу — 53 основных исследования по теме совместной токсичности нанотрубок и других веществ в водной среде. Исследования показывают, что за счет большой площади поверхности нанотрубки адсорбируют как полезные, так и вредные вещества. Токсический эффект смеси из окисленных нанотрубок и пестицидов или антибиотиков увеличивается. Кроме того, нанотрубки могут вызывать «эффект троянского коня»: усиливать поглощение организмом вредного вещества при попадании в организм.
Исследователи «Агробиотек» пришли к выводу, что необходимо создать стандартизированную схему анализа токсичности смесей. Для этого ученые предлагают использовать метод in silico (моделирование эксперимента), который за счет построения компьютерных моделей или симуляций позволяет предсказывать исход событий без проведения эксперимента.
— Токсикология in silico даст нам больше вариантов для предсказания реальных эффектов влияния наночастиц на среду, в которой живет человек и другие организмы. Применение технологий искусственного интеллекта в нанотоксикологии уже дает ощутимые результаты, — объяснил Кирилл Голохваст.
Создание таких симуляций экспериментов позволит управлять рисками, связанными с распространением нанотрубок в окружающей среде, которые неизбежно будут проникать в нее на всех этапах производства, транспортировки и использования. Основой для таких моделей могли бы стать уже существующие и будущие исследования влияния нанотрубок на водную среду. Сегодня в мире существует около 24 статей, посвященных совместному влиянию с металлами, 12 материалов — с пестицидами; 36 статей посвящены влиянию на микроводоросли и рыб Данио-рерио.
Исследования показывают, что эффект от нанотрубок может быть разным. Например, токсичность иона Cu2+ для бактерий и микроводорослей снижается, а токсичность кадмия для рыб Данио-рерио усиливается. Всё зависит от самой среды, формы нанотрубок и загрязнителей. Многообразие этих факторов показывает необходимость искать закономерности в различных пробах воды.
— Сама по себе нанотоксикология как наука появилась сравнительно недавно, в 1990-х годах, хотя единичные публикации были еще с 1970-х годов. Сейчас идет период накопления научных фактов, который, в свою очередь, приведет к разработке и методов защиты от негативного воздействия наночастиц на окружающую среду, — добавил Кирилл Голохваст.
Исследование проводила группа ученых из России, Ирана и Бразилии. Россию представляли ПИШ «Агробиотек» ТГУ (Томск), ДВФУ (Владивосток) и СФНЦА РАН (Новосибирск). Исследователи сотрудничали с Университетом Курдистана (Иран), Государственным университетом Рио-де-Жанейро и Института ядерной инженерии Рио-де-Жанейро (Бразилия).
Изображения: ТГУ
