Группа специалистов из лаборатории радиоуглеродных методов анализа Новосибирского государственного университета и ряда институтов СО РАН провела исследование с помощью ускорительной масс-спектрометрии, результаты которого убедительно показали — искусственные наночастицы, которых в окружающей атмосфере становится всё больше, очень плохо выводятся из организмов млекопитающих. Вдыхаемые частицы накапливаются в лёгких, затем разносятся по всему организму, попадая в почки, печень, мозг, а спустя четверть жизни мышей (около полугода) они по-прежнему регистрируются в лёгких.

Сотрудники лаборатории радиоуглеродных методов анализа (ЛРМА) Новосибирского государственного университета и ряда институтов СО РАН провели исследование с помощью метода ускорительной масс-спектроскопии (УМС) на мышах и выяснили, что твёрдые аэрозольные частицы размером 200 нанометров в очень низкой концентрации (1000 штук на кубический сантиметр), проникая в организм через лёгкие, накапливаются в почках, печени и мозге и при этом не накапливаются в сердце. Частицы размером 80 нм с концентрацией 10000 штук в одном кубическом сантиметре вдыхаемого воздуха остаются в лёгких минимум полгода после воздействия.

Использованная низкая концентрация аэрозолей максимально приближена к естественным условиям городского воздуха — примерно такое количество дисперсных частиц содержится в окружающем людей воздухе (0,8–2 мкг на кубический метр или 10000–50000 штук на кубический сантиметр).

 

Полистирольные частицы в спрессованном виде

Первые результаты исследования опубликованы в статье Ultrasensitive detection of inhaled organic aerosol particles by accelerator mass spectrometry в сентябрьском номере журнала Chemosphere (IF=3,7). По данным портала ResearchGate, статья исследователей уже стала лидером по числу прочтений среди всех работ, опубликованных в области ускорительной физики.

В работе принимают участие специалисты из ЛРМА НГУ, Института катализа СО РАН, Новосибирского института органической химии, Института химической кинетики и горения СО РАН, Института ядерной физики СО РАН, Научного цента клинической и экспериментальной медицины и компании «Тион».
Напомним, что ранее, с помощью ускорительной масс-спектрометрии, основанной на подсчёте в образцах количества изотопов углерода 14C, сотрудники ЛРМА НГУ разработали метод обнаружения в организме бактерии Helicobacter pylori, а также датировали останки, найденные на месте пересыльной тюрьмы НКВД в Новосибирске.

По словам автора статьи, старшего научного сотрудника лаборатории радиоуглеродных методов анализа НГУ и Института катализа СО РАН Екатерины Пархомчук, группа учёных не только получила новые данные о накоплении наночастиц органами, но и предложила простой способ отследить движение аэрозолей в организме в предельно низких концентрациях:

— В результате бурного развития технологий нас окружает все большее и большее количество наночастиц, которых ранее не существовало в природе. Раньше для того, чтобы проверить, как распространяются аэрозоли по организму, использовали весьма специфические вещества, например, радиоактивный технеций, такие металлы, как золото, серебро (в организме их очень мало). Однако бóльшая часть аэрозолей, вдыхаемых людьми — отнюдь не металлы, а углеродсодержащие вещества: естественные частицы почвы, пыльцы, спор и искусственные — сажа, выхлопы двигателей, выбросы тепловых электростанций. Найти такие частицы в организме, состоящем на 20% из углерода, при их естественной концентрации сложнее, чем иголку в стоге сена. До нас учёные использовали дозы частиц, значительно превышающие естественные количества, вводя их в виде концентрированных растворов через трахею или внутривенно.
Использование метода УМС позволило на несколько порядков увеличить чувствительность регистрации вещества в организме и использовать естественный, то есть ингаляционный, способ введения модельных частиц:

Для того чтобы изучить, как расходятся частицы, например, сажи или лекарственного препарата, нужно ввести в них изотоп 14С, и проблема с регистрацией решена, потому что в организме содержание 14С ничтожно мало — около 10-12, а УМС может «увидеть» одну частицу редкого изотопа среди 1015 частиц основного изотопа углерода — 12С . При этом радиоактивность вводимых веществ даже не зафиксируется счетчиками распадов и не потребует специальных условий работы, — говорит Екатерина Пархомчук.

 

Эксперимент состоял из нескольких стадий с участием большого коллектива разных специалистов. Химики-синтетики получали стирол, меченный 14С, из него — полистирольные микро- и наносферы. Физики-аэрозольщики продумали, как распылить полученный раствор таким образом, чтобы в воздух улетали не агломераты, а отдельные частицы. Биологи работали с мышами, химики-каталитики готовили из биологических тканей графитовые мишени для физиков, которые проводили изотопный анализ углерода.
Результаты показали, что после пяти дней воздействия аэрозольными частицами размером 200 нм по 30 минут в день в лёгких мышей накопилось несколько миллионов частиц, или около 90 нанограмм на 1 г массы мыши. Частицы также были обнаружены в почках, мозге и печени, но не были зарегистрированы в сердце. Аналогичное воздействие частицами размером 80 нм показало, что наносферы такого размера задерживаются в лёгких мышей минимум полгода.
Микрофотография полистирольных сфер размером 200 нм (0,2 микрона  
 
 

Екатерина Пархомчук отмечает: ранее считалось, что частицы размером 200 нм не проникают дальше лёгких в организм и выводятся через верхние дыхательные пути, однако, исследование опровергло это утверждение. Более того, чужеродные частицы, накапливающиеся в организме, могут привести к негативным последствиям для внутренних органов, в том числе онкологическим заболеваниям. В качестве примера учёная приводит ситуацию, когда спасатели, работавшие в течение длительного времени на месте теракта 11 сентября 2001 года и дышавшие продуктами горения синтетических материалов, заболевали раком спустя несколько лет, возможно, в результате плохого выведения наночастиц из организма и длительного вредного воздействия канцерогенными химическими веществами:

В продуктах горения синтетических материалов могут содержаться канцерогены, например, 3,4-бензопирен, который в лабораторных условиях используют для целенаправленного вызывания опухолей.

Проведенное исследование не только дало ответы, но и поставило новые вопросы. Например, те мыши, которые участвовали в экспериментах, спустя полгода после воздействия аэрозолями оказались на треть более упитанными, чем контрольная группа, не вдыхавшая наночастицы:

У нас пока что нет ни одной гипотезы, почему так могло получиться, — отмечает Екатерина Пархомчук.

Возможности УМС и разработки ЛРМА НГУ совместно с институтами СО РАН будут использоваться при создании методов направленной доставки лекарств, например, пролонгированной формы препаратов для лечения туберкулёза (совместно с Научным центром клинической и экспериментально медицины) и новых химических препаратов для бор-нейтронозахватной терапии рака.

Анастасия Аникина

Источники

Новосибирские учёные: организм млекопитающих беззащитен перед искусственными наночастицами
НГУ (nsu.ru), 17/10/2016
Новосибирские ученые изучают наночастицы в организме
Infopro54.ru, 17/10/2016
Новосибирские ученые: организм млекопитающих беззащитен перед искусственными наночастицами
Монависта (novosibirsk.monavista.ru), 17/10/2016
Ученые Новосибирска: городской воздух провоцирует полноту и онкологию
Gorodskoyportal.ru/novosibirsk, 17/10/2016
Новосибирские ученые: организм млекопитающих беззащитен перед искусственными наночастицами
Новое Зеркало (novoezerkalo.ru), 17/10/2016
Наночастицы крупным планом
Медицинская газета (mgzt.ru), 17/10/2016
Сибирские ученые заставили мышей дышать городским воздухом
Sibnet.ru, 18/10/2016
Новосибирские ученые отследили путь наночастиц в теле млекопитающих
Новая Сибирь (newsib.net), 18/10/2016
Новосибирские ученые: организм млекопитающих беззащитен перед искусственными наночастицами
Наука в Сибири (sbras.info), 18/10/2016
Новосибирские ученые: организм млекопитающих беззащитен перед искусственными наночастицами
Lenta.co, 18/10/2016
Ученые: городской воздух может привести к полноте
Новости регионов России (skoronovosti.ru), 19/10/2016

Похожие новости

  • 30/12/2020

    Топ-30 разработок сибирских ученых в 2020 году

    ​На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-30 сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2020 года, размещенных на нашем сайте.
    6181
  • 27/04/2016

    Сибиряки - победители конкурса на получение стипендии Президента РФ для молодых ученых и аспирантов

    Среди получивших поддержку — сибирские исследователи, работающие в области энергоэффективности и энергосбережения, ядерных, космических, медицинских и стратегических информационных технологий.    Направление модернизации — энергоэффективность и энергосбережение, в том числе вопросы разработки новых видов топлива: Адонин Сергей Александрович — Институт неорганической химии им.
    6288
  • 19/09/2019

    НГУ и ИЯФ СО РАН представили на форуме «Технопром» инновационную методику лечения рака

    ​​C 18 сентября в рамках VII Международного форума технологического развития «Технопром» Новосибирский государственный университет и Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера представят стенд, посвященный совместной работе центра бор-нейрозахватной терапии онкологических заболеваний.
    1813
  • 13/12/2017

    Новосибирские ученые установили причину цирроза печени

    ​Сотрудники лаборатории радиоуглеродных методов анализа НГУ совместно с коллегами из Института ядерной физики им. Г. И. Будкера (ИЯФ СО РАН) и Научно-исследовательского института экспериментальной и клинической медицины провели исследования скорости выведения метанола из организма лабораторных мышей и показали, что метанол необратимо связывается с элементами клеток печени, в частности с молекулами ДНК мышей, и разрушает ее.
    2422
  • 21/06/2021

    Сибирские ученые синтезировали уникальную молекулу вердазил-нитроксильного трирадикала

    Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами синтезировали уникальную молекулу вердазил-нитроксильного трирадикала. Получить молекулы со схожими свойствами смогли лишь несколько исследовательских групп в мире.
    695
  • 30/08/2021

    СКИФ станет важным звеном развития зеленых технологий, биологической безопасности и материаловедения

    ​Одним из ключевых мероприятий VIII Международного форума технологического развития «Технопром-2021» стало обсуждение перспектив новых исследований на базе строящегося в настоящее время ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов».
    495
  • 23/12/2020

    В России будут производить самоочищающиеся ткани для медицинских масок

    ​​Разработанную сибирскими учеными технологию производства самоочищающихся тканей для защитных костюмов, медицинской одежды и масок внедрят в производство уже в 2021 году, сообщает Институт катализа им.
    1444
  • 21/06/2021

    Химики создали органические препараты против вируса Хантаан

    ​Химики РУДН совместно с коллегами из Новосибирского государственного университета, Новосибирского института органической химии и на базе центра вирусологии ВЕКТОР получили новый класс соединений, которые подавляют деление смертельно опасного вируса Хантаан (поражает сосуды и внутренние органы человека).
    14115
  • 22/09/2016

    В Новосибирске планируют создать клинику для лечения методом БНЗТ

    ​Новосибирский государственный университет в сотрудничестве с российскими и зарубежными научными организациями работает над реализацией масштабного проекта по созданию клиники для лечения глиобластомы мозга и других онкологических заболеваний с помощью метода бор-нейтронозахватной терапии и ускорительного источника нейтронов Института ядерной физики им Г.
    5181
  • 28/12/2020

    Кадры для инноваций: об Институте химических технологий

    ​Новосибирский государственный университет совместно с Институтом катализа СО РАН создал новое структурное подразделение — Институт химических технологий (ИНХИТ). На этой площадке ученые будут готовить специалистов в интересах промышленных предприятий, а также вести исследовательскую и инновационную деятельность.
    1078