НАНОНАУКА НАНОТЕХНОЛОГІЇ НАНОМЕДИЦИНА НАНОФАРМАКОЛОГІЯ НАНОФАРМАЦІЯ ПРИРОДНІ НАНОТЕХНОЛОГІЇ НАНОСТРУКТУРИ

НАНОНАУКА, НАНОТЕХНОЛОГІЇ, НАНОМЕДИЦИНА, НАНОФАРМАКОЛОГІЯ, НАНОФАРМАЦІЯ. ПРИРОДНІ НАНОТЕХНОЛОГІЇ, НАНОСТРУКТУРИ ТА БЕЗПЕКА НАНОПРЕПАРАТІВ Чекман І. С. , Ульберг З. Р. , Трахтенберг І. М. 16 жовтня 2014 р. м. Київ

Міністерство охорони здоров'я України Національна академія медичних наук України Національна академія наук України Український центр наукової медичної інформації та патентно-ліцензійної роботи ОЦІНКА БІОБЕЗПЕКИ НАНОПРЕПАРАТІВ (Методичні вказівки) Київ 2014 2

Автори Трахтенберг І. М. – зав. лабораторією Інституту медицини праці НАМН України, академік НАМН, член-. кор. НАН України, професор. Ульберг З. Р. – директор Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка НАН України, д. х. н. , професор. Чекман І. С. зав. кафедри фармакології та клінічної фармакології, член-кор. НАМН та НАН України д. м. н. , професор. Дмитруха Н. М. д. б. н. , с. н. с. , лабораторії Інституту медицини праці НАМН України. Грузіна Т. Г. к. б. н. , с. н. с, Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка НАН України. Дибкова С. М. к. б. н. , с. н. с. . Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка НАН України. Рєзніченко Л. С. к. б. н. , с. н. с. , Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка НАН України.

За даними Pub. Med 22. 09. 2014 Nanomaterials – 87883 Nanoparticles – 75556 Nanotechnology – 42331 Nanotechnology pharmacology – 6162 Nanoscience – 4992 Nanotechnology medical – 2474 Nanotechnology pharmacy – 1340 Bioethics – 21162 Bioethics medical – 9503 (перше робота – 1973 рік) Nanoethics – 44 Nanobioethics – 2

Наукові дослідження нанотехнологій, наномедицини й нанофармакології проводяться в інститутах НАН України 1. Міжнародний центр електронно-променевих технологій (науковий керівник – акад. Б. О. Мовчан) Інституту електрозварювання (директор – акад. Б. Є. Патон) 2. Інститут металофізики (директор – акад. А. П. Шпак) 3. Інститут фізики (директор – акад. І. О. Солошенко) 4. Інститут напівпровідників (директор – акад. В. Ф. Мачулін) 5. Інститут магнетизму (директор – акад. В. Г. Баяхтар) 6. Інститут хімії поверхні (директор – член-кор. М. Т. Картель) 7. Інститут загальної та неорганічної хімії (директор – акад. С. В. Волков) 8. Інститут фізичної хімії (директор – акад. В. Д. Походенко) 9. Фізико-технічний інститут низьких температур (директор – акад. С. Л. Гнатченко) 10. Інститут проблем матеріалознавства (директор – акад. В. В. Скороход) 11. Інститут біохімії (директор – акад. С. В. Комісаренко) 12. Фізико-хімічний інститут (директор – акад. С. А. Андронаті) 13. Інститут монокристалів (директор – акад. В. П. Семіноженко) 14. Інститут біоколоїдної хімії (директор – акад. З. Р. Ульберг) 15. Інститут експериментальної патології, онкології та радіобіології ім. Р. Є. Кавецького (директор – акад. В. Ф. Чехун) 16. Інститут фізіології (директор – акад. О. О. Кришталь) 5

Наукові дослідження в сфері нанотехнологій, наномедицині і нанофармакології проводяться в інститутах НАМН України 1. Інститут медицини праці (дир. – акад. Ю. І. Кундієв) 2. Інститут гігієни і медичної екології (дир. – акад. 3. А. М. Сердюк) 4. Інститут фармакології і токсикології (дир. – член-кор. НАМН Т. А. Бухтіарова) 5. Інститут мікробіології та інфекційних хвороб (дир. – проф. В. Ф. Марієвський) 6. Інститут гематології і трансфузіології (директор – проф. П. М. Перехрестенко) 7. Інститут очних хвороб (директор – проф. Т. В. Пасічникова) 6

Наукові дослідження з нанонауки проводяться в ВМНЗ України 1. Національний медичний університет ім. О. О. Богомольця (ректор - акад. В. Ф. Москаленко) 2. Одеський медичний університет (ректор. – акад. В. М. Запорожан) 3. Вінницький національний медичний університет (ректор – акад. В. М. Мороз) 4. Харківський Національний медичний університет (ректор – членкор. В. М. Лісовий) 5. Львівськй Національний медичний університет (ректор – проф. В. П. Зіменьковський) 6. Національний фармацевтичний університет (ректор – член-кор. НАН В. П. Черних) 7. Запорізький медичний університет (ректор – проф. О. М. Колесник) 8. Дніпропетровська медична академія (ректор – акад. Г. В. Дзяк) 9. Тернопільський медичний університет (ректор. – член-кор. Л. А. Ковальчук) 10. Луганський медичний університет (ректор – проф. В. М. Івченко) 11. Полтавська медична академія (ректор – проф. В. М. Ждан) 12. Національна медична академія післядипломної освіти (ректор – член-кор. Ю. В. Вороненко) 7

2. 01. 2008 вперше в Україні створена спільна лабораторія Інституту електро-зварювання ім. Є. О. Патона та Національного медичного університету ім. О. О. Богомольця з нанофармакології. При НМУ рішенням Вченої Ради у 2010 році створений Інститут нанофармакології. 8

Технології отримання наноматеріалів Зверху – вниз: поступове зменшення розмірів від макро- до мікророзмірів і до наноструктур Знизу – вверх: конструювання наноматеріалів з атомів, молекул, структурних фрагментів біологічних клітин 9

Фінансування наукових досліджень в області нанотехнологій (долари США, млн. ) РЕГІОНИ 2001 2010 Європейський регіон Японія ~ 225 ~ 1050 ~ 465 ~ 950 США ~ 465 ~ 1, 481 Росія ~ 0, 5 ~ 5, 5 Інші країни ~ 1535 ~ 4081 10

У спільній лабораторії зроблено: 1. Розроблена технологія отримання наночастинок срібла, міді, їх композитів, а також нанозаліза, наноцирконію, наноалю-мінію інших металів, нановуглецю (Б. Є. Патон, Б. О. Мовчан). 2. Встановлено, що наночастинки срібла, міді, та іх композити, проявляють більш виражену протимікробну дію ніж ці метали звичайних розмірів (Інститут епідеміології та інфекційних хвороб НАМН України, проф. В. Ф. Марієвський). 11

У спільній лабораторії зроблено: 3. Розроблена технологія отримання лікарських форм: мазь, гель, емульсія наночастинок срібла, міді, їх композитів (Львівський національний медичний університет, доц. Білоус С. Б. ). 4. Розроблена технологія отримання супозиторій наночастинок срібла (Харківський медичний університет, проф. Звягінцева Т. В. , Сирова Г. О. ). 5. Встановлено, що у цих лікарських формах наночастинки срібла, міді та їх композити проявляють більш виражену протимікробну дію, ніж ці метали звичайних розмірів (інститут епідеміології та інфекційних хвороб НАМН України, проф. В. Ф. Марієвський). 12

НАНОДИСПЕРСНИЙ КРЕМНЕЗЕМ В Інституті хімії поверхні ім. О. О. Чуйка НАН України (О. О. Чуйко, В. О. Покровський, Є. П. Воронін) спільно зі співробітниками Вінницького Національного медичного університету ім. М. І. Пирогова (В. М. Мороз, О. О. Пентюк, Г. І. Степанюк) розроблений препарат “Силікс”- аморфний порошок нанодисперсного кремнезему, отриманого хімічним способом. 13

НАНОДИСПЕРСНИЙ КРЕМНЕЗЕМ На відміну від інших сорбентів нанодисперсний кремнезем – це порошок з непористою структурою, що складається з наночастинок розміром 5 -20 нм 14

НАНОДИСПЕРСНИЙ КРЕМНЕЗЕМ ЗМЕНШЕННЯ ТОКСИЧНОСТІ Нітрит натрія 1 - DL 50 2 - внутрішньошлункове введення суспензії за 30 хв. до внутрішньочеревного введення Na. NO 3 3 - внутрішньошлункове введення суспензії 30 хв. після внутрішньочеревного введення Na. NO 3 Фторид натрія 1 - DL 50 2 - внутрішньошлункове введення суспензії за 30 хв. до внутрішньочеревного введення Na. F 3 - внутрішньошлункове введення суспензії 30 хв. після внутрішньочеревного введення Na. F 15

НАНОДИСПЕРСНИЙ КРЕМНЕЗЕМ ЗМЕНШЕННЯ ТОКСИЧНОСТІ ПРОТИТУБЕРКУЛЬОЗНИХ ПРЕПАРАТІВ Етамбутол Ізоніазид Піразинамід 16

ГЕПАТОПРОТЕКТОРНА ДІЯ СУСПЕНЗІЇ НАНОДИСПЕРСНОГО КРЕМНЕЗЕМУ ПРИ ТОКСИЧНОМУ УРАЖЕННІ ПЕЧІНКИ ІЗОНІАЗИДОМ Інтактні тварини Ізоніазид+нанодисперсний кремнезем+ПЕО-400 Ізоніазид+вугілля 17

ГЕПАТОПРОТЕКТОРНА ДІЯ СУСПЕНЗІЇ НАНОДИСПЕРСНОГО КРЕМНЕЗЕМУ ПРИ ТОКСИЧНОМУ УРАЖЕННІ ПЕЧІНКИ АЛКОГОЛЕМ Інтактні тварини Етанол+нанодисперсний кремнезем+ПЕО-400 Етанол+вугіл ля 18

Кінетика сорбції сечовини (мг/г) (асп. Савченко Д. С. ) 19

Кінетика сорбції фенолу (мг/г) 20

Кінетика сорбції метиленового синього (мг/г) 21

Кінетика сорбції конго червоного (мг/г) 22

Кінетика сорбції ціанокобаламіну – В 12 (мг/г) 23

Кінетика сорбції сироваткового альбуміну людського (мг/г) 24

Кінетика сорбції желатину (мг/г) 25

Вплив превентивного внесення нанокомпозиту ВКНС і срібла нітрату у концентрації 200 мкг/мл (в перерахунку на вміст чистого срібла), а також Силіксу та м'ясопептонного бульйону (МПБ) на кількість мікроорганізмів P. aeruginosa УКМ В-1 при формуванні біоплівки log N, КУО/мл – десятковий логарифм колонієутворюючих одиниць в 1 мілілітрі розчину. 26

Вплив нанокомпозиту ВКНС у концентрації 500 мкг/мл (в перерахунку на вміст чистого срібла), а також Силіксу та м'ясо-пептонного бульйону (МПА) на кількість мікроорганізмів P. aeruginosa УКМ В-1 у сформованій біоплівці log N, КУО/мл – десятковий логарифм колонієутворюючих одиниць в 1 мілілітрі розчину. 27

Спільні дослідження з Інститутом біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка НАН України Розроблена оригінальна технологія синтезу наночастинок срібла, міді, заліза, а також їх композитів з органічними сполуками (кислота аскорбінова, антибіотики). Ульберг З. Р. , Грузіна Т. Г. , Рєзніченко Л. С. , Дибкова С. М.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ЗРАЗКИ ЛІКАРСЬКИХ ФОРМ (КАПСУЛИ, СИРОП) ПРОТИАНЕМІЙНОГО ПРЕПАРАТУ НА ОСНОВІ НАНОЧАСТИНОК ЗАЛІЗА, МОДИФІКОВАНИХ АСКОРБІНОВОЮ КИСЛОТОЮ 29

Гостра токсичність НЧЗ при внутрішньовенному введенні (пробіт-аналіз за методом D. J. Finney) (аспірант А. М. Дорошенко) САМЦІ ♂ САМКИ ♀ Показник LD 50 = 231, 41± 8, 1 мг/кг Показник LD 50 = 207, 49± 10, 6 мг/кг Досліджувана субстанція належить до малотоксичних сполук (IV клас токсичності за Hodge H. C. , Sterner L. H. ). 30

Динаміка зміни маси тіла самців мишей, в залежності від дози після одноразового внутрішньовенного введення НЧЗ, г (M±m), n=8 САМЦІ ♂ Маса тіла, г 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 * Контроль перед введенням * * 180 205 Рівні дози, мг/кг 3 -тя доба 230 7 -ма доба 255 280 14 -та доба 31

Динаміка зміни маси тіла самок мишей, в залежності від дози після одноразового внутрішньовенного введення НЧЗ, г (M±m), n=8 САМКИ ♀ Маса тіла, г 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 * * Контроль 130 перед введенням * * * 155 180 Рівні дози, мг/кг 3 -тя доба 7 -ма доба * * * 205 * 230 255 14 -та доба 32

Динаміка зміни максимального тиску в лівому шлуночку (Рмакс) і середнього артеріального тиску (Сер. АТ) кролів при внутрішньовенному введенні колоїдного розчину НЧЗ, n=7 Примітка: *– р < 0, 05 порівняно з показниками до введення. 33

Динаміка зміни систолічного (САТ), діастолічного (ДАТ) і пульсового (ПАТ) артеріального тиску кролів при внутрішньовенному введенні колоїдного розчину НЧЗ, n=7 Примітка: *– р < 0, 05 порівняно з показниками до введення. 34

Динаміка зміни частоту серцевих скорочень (ЧСС) кролів при внутрішньовенному введенні колоїдного розчину НЧЗ, n=7 35

Динаміка зміни концентрації гемоглобіну після перорального введення наночастинок заліза щурам із залізодефіцитною анемією 36

Динаміка зміни концентрації заліза сороватки після перорального введення наночастинок заліза щурам із залізодефіцитною анемією 37

Динаміка зміни відсотку насичення трансферину після перорального введення наночастинок заліза щурам із залізодефіцитною анемією 38

Динаміка зміни концентрації гемоглобіну після внутрішньовенного введення наночастинок заліза щурам із залізодефіцитною анемією 39

Динаміка зміни концентрації заліза сороватки після внутрішньовенного введення наночастинок заліза щурам із залізодефіцитною анемією 40

Динаміка зміни відсотку насичення трансферину після внутрішньовенного введення наночастинок заліза щурам із залізодефіцитною анемією 41

Склад мікрофлори нижніх відділів шлунково-кишкового тракту щурів із модельною ЗДА після 10 діб перорального введення НЧЗ порівняно із препаратом порівняння Мікроорганізми Лактобацили Кількість мікроорганізмів у 1 г вмісту товстого кишечника Анемія + препарат НЧЗ в Контроль порівняння в терапевтичні інтактний анемії терапевтичні й дозі 3· 10 8 2· 10 7 3· 10 8 Біфідобактерії 3· 10 8 2· 10 8 Ешерихії Ентерококи 4· 10 7 1· 10 8 2· 10 7 3· 10 7 2· 10 7 Сульфітредуку ючі клостридії 3· 10 4 3· 10 5 3· 10 4 4· 10 4 Бактероїди Стрептококи 1· 10 7 2· 10 7 1· 10 8 1· 10 7 4· 10 7 2· 10 7 3· 10 7 42

Дослідження фармакологічних властивостей наночастинок міді (НЧМ) Колоїдний розчин наночастинок міді Cu 0 (НЧМ) синтезований методом хімічної конденсації у водному розчині у Інституті біоколоїдної хімії імені Ф. Д. Овчаренка НАН України (З. Р. Ульберг, Т. Г. Грузіна, Л. С. Рєзніченко, С. М. Дибкова). Фармакологічні дослідження – аспірант П. В. Сімонов.

Профіль біобезпечності наночастинок міді Не цитотоксичні; Не генотоксичні в дослідженнях in vitro; Не мутагенні; Біобезпечні за біохімічними маркерами (АТФазна та ЛДГазна активності тестових еукаріотичних клітин) Наночастинки міді розміром 20 нм (дані ТЕМ)

Таблиця впливу колоїдного розчину наночастинок міді на показники кардіо- та системної гемодинаміки кролів ЧСС, уд. /хв P max, САТ, УОК, мм рт. ст. мл ЗПО, РІЛШ, РУІЛШ, дін/(с·см 5) кгм/(м 2·хв) кгм/м 2 Контроль 262, 0 ± 127, 4 ± 5, 3 (n=10) 14, 4 136, 9 ± 10, 6 4, 25 ± 9622 ± 1006 0, 31 7465 ± 826 27, 6 ± 2, 7 НЧМ, 30 хв (n=10) 277, 9 ± 120, 6 ± 8, 7 13, 0 128, 6 ± 10, 6 4, 49 ± 0, 48 7825 ± 911 28, 0 ± 2, 8 НЧМ, 60 хв (n=10) 281, 4 ± 9, 7 * 112, 4 ± 13, 6 * 122, 7 ± 10, 5 * 4, 12 ± 8712 ± 1366 0, 50 7534 ± 695 26, 6 ± 2, 2 НЧМ, 90 хв (n=10) 275, 8 ± 11, 9 110, 5 ± 9, 4 * 116, 7 ± 11, 5 * 4, 15 ± 7694 ± 1092 0, 37 * 6429 ± 739 * 23, 4 ± 2, 0 * НЧМ, 120 267, 6 ± хв (n=10) 16, 0 100, 9 ± 10, 7 * 109, 8 ± 10, 8 * 3, 79 ± 0, 29 * 5762 ± 857 * 21, 5 ± 3, 0 * 7628 ± 777 * 8680 ± 986 Примітка: * – Р ≤ 0, 05 порівняно з контролем.

Вплив НЧМ на показники кардіо- та системної гемодинаміки кролів у гострому експерименті 300 250 281, 4* 277. 9 Частота серцевих скорочень, 267. 6 275. 8 262, 0 уд. /хв 140 Максимальний тиск лівого шлуночка, мм 127. 4 рт. ст. 120. 6 120 112, 4* 110, 5* 100, 9* 100 200 80 150 60 100 40 50 20 0 інтактні 12 мг/кг НЧМ 24 мг/кг НЧМ 48 мг/кг НЧМ 80 мг/кг НЧМ Примітка: * – Р ≤ 0, 05 порівняно з контролем.

Вплив НЧМ на показники кардіо- та системної гемодинаміки кролів у гострому експерименті 160 140 Систолічний артеріальний тиск, мм 136. 9 рт. ст. 128. 6 122, 7* 120 4. 6 Ударний об'єм крові, мл 4. 49 4. 4 116, 7* 4. 25 109, 8* 4. 2 100 80 4. 12 4. 15 4 60 3, 79* 3. 8 40 3. 6 20 0 3. 4 інтактні 12 мг/кг НЧМ 24 мг/кг НЧМ 48 мг/кг НЧМ 80 мг/кг НЧМ інтактні 12 мг/кг НЧМ 24 мг/кг НЧМ Примітка: * – Р ≤ 0, 05 порівняно з контролем. 48 мг/кг НЧМ 80 мг/кг НЧМ

Вплив НЧМ на показники кардіо- та системної гемодинаміки кролів у гострому експерименті 9000 8000 30 Робочий індекс лівого шлуночка, 7825 кгм/(м 2·хв) 7534 7465 Робочий ударний індекс лівого шлуночка, 28, 0 27. 6 26, 6 кгм/м 2 25 7000 23, 4* 6429* 21, 5* 5762* 6000 20 5000 15 4000 3000 10 2000 5 1000 0 інтактні 12 мг/кг НЧМ 24 мг/кг НЧМ 48 мг/кг НЧМ 80 мг/кг НЧМ Примітка: * – Р ≤ 0, 05 порівняно з контролем.

Вплив НЧМ на показники кардіо- та системної гемодинаміки кролів у гострому експерименті 12000 10000 Загальний периферичний опір, дін/(с·см 5) 9622 8712 7628* 8000 8680 7694* 6000 4000 2000 0 інтактні 12 мг/кг НЧМ 24 мг/кг НЧМ 48 мг/кг НЧМ 80 мг/кг НЧМ Примітка: * – Р ≤ 0, 05 порівняно з контролем.

Вплив НЧМ на показники кардіо- та системної гемодинаміки кролів у гострому експерименті У нормі артеріальний тиск кролів становить 80– 130 мм рт. ст. , а частота серцевих скорочень може варіювати у значній мірі – від 150 до 360 уд. /хв. Під час досліду показники САТ та ЧСС не виходили за границі фізіологічної норми для даних лабораторних тварин. Наночастинки міді не виявляють кардіотоксичної дії у терапевтичних дозах.

Вплив НЧМ на осмотичну резистентність еритроцитів щурів in vitro Найменування зразку Контроль (n=10) НЧМ 1 (n=10), ρ(Cu)=1, 88 мкг/мл Гемоліз еритроцитів (%) у розчинах Na. Cl різної концентрації 0, 5% 0, 4% 0, 35% 0, 1% Na. Cl 0, 55 ± 0, 44 ± 10, 84 ± 65, 15 ± 100 ± 0 0, 07 0, 06 1, 25 6, 88 0, 39 ± 1, 42 ± 13, 71 ± 71, 67 ± 100 ± 0 0, 06 0, 19 1, 62 7, 88 НЧМ 2 (n=10), ρ(Cu)=3, 75 мкг/мл 1, 39 ± 0, 19 4, 33 ± 0, 16 * 30, 81 ± 3, 45 * 68, 24 ± 5, 53 100 ± 0 НЧМ 3 (n=10), ρ(Cu)=7, 50 мкг/мл 12, 02 ± 0, 95 * 16, 94 ± 1, 85 * 29, 62 ± 3, 22 * 69, 19 ± 7, 23 100 ± 0 НЧМ 4 (n=10), ρ(Cu)=12, 32 мкг/мл 11, 19 ± 1, 55 * 19, 78 ± 1, 43 * 48, 77 ± 5, 05 * 89, 18 ± 7, 85 * 100 ± 0 Примітка: * – Р ≤ 0, 05 порівняно з контролем.

Дослідження гострої токсичності наночастинок срібла (асп. А. О. Прискока) Самці LD 50 34, 53± 3, 87 мг/кг Самки Комбінована 22, 17± 2, 36 мг/кг 28, 35 мг/кг Таблиця 3. LD 50 самок, самців та комбінована Досліджувана речовина може бути віднесена до III-го класу токсичності при даному способі введення згідно сучасної класифікації, і характеризуватися її як «помірно токсична»

Вплив внутрішньовенного введення наночастинок срібла на біохімічні показники крові білих мишей

Вплив внутрішньовеного введення наночастинок срібла на біохімічні показники крові щурів лінії Wistar

Вплив внутрішньовеного введення наночастинок срібла на біохімічні показники крові щурів лінії Wistar

ЛІПОСОМИ Інститут фармакології та токсикології АМН України (Стефанов О. В. , Бухтіярова Т. А. , Григор’єва Г. С. , Соловйов А. І. , Мохорт М. А. , Серединська Н. М. ) В дослідах in vivo та in vitro на різних патологічних моделях (гіпоксія, ішемія міокарда, геморагічний шок, вплив радіації) встановлена профілактична та лікувальна дія фосфатидилхолінових ліпосом на стан тканинного метаболізму, функцію судин, діяльність серця та стан гемодинаміки. Такі дослідження проведені вперше в світі. 56

Нанопрепарати Мазь, що містить наносрібло 0, 25%. Таблетки, що містять нанозалізо по 0, 1 г. Силікс – нанодисперсний кремнезем. Ліпін, що містить ліпосоми. 57

Наночастинки заліза На базі Інституту експериментальної патології, онкології і радіології ім. Р. Є. Кавецкого НАН України (директор академік В. Ф. Чехун) проведені доклінічні дослідження ліпосомального препарату, який містить доксорубіцин ( «Ліподокс» ). Встановлено, що наночастинки Fe 3 O 4 з доксорубіцином проявляють більш виражену протипухлинну активність, у порівнянні зі звичайним доксорубіцином. 58

ТОКСИКОЛОГІЯ В Інституті медицини праці АМН України (директор – академік Ю. І. Кундієв, акад. І. М. Трахтенберг, пров. наук. співробітник – Т. К. Кучерук, В. А. Стежка) проведені дослідження по вивченню токсикологічних властивостей нанокремнезему при інгаляційному поступленні. Встановлено, що при інгаляції наночастинки кремнезему проявляють негативний вплив не тільки на легені, а також на інші органи (печінку, міокард, нирки). Токсикологічна активність залежить від розміру наночастинок. Частинки 6 -7 нм зумовлюють більш виражені токсикологічні зміни, ніж наночастинки розміром 54 -55 нм. Такі дослідження з інгаляційної токсикології нанодисперсного кремнезему проведені вперше в світі. 59

ДОСЛІДЖЕННЯ З НАНОТОКСИКОЛОГІЇ В НМУ На кафедрі гігієни праці та професійних захворювань (зав. кафедри член-кор. НАМН, проф. О. П. Яворовський) проводяться дослідження з токсикології наносрібла при різних його шляхах введення. 60

Галузь застосування “Методичні вказівки” розроблені з метою забезпечення єдиного науковообгрунтованого підходу до оцінки потенційних ризиків використання нанопрепаратів. Положення, що викладені у “Методичних вказівках” застосовуються для визначення біобезпечності (відсутності потенційних ризиків використання) нанопрепаратів на етапі їх створення та нанотоксикологічної експертизи в Україні. 61

Галузь застосування Методичні вказівки використовуються для оцінки потенційного ризику застосування нанопрепаратів із залученням модельних біологічних тест-систем: культур пробіотичних та умовно патогенних мікроорганізмів, компонентів еукаріотичних клітин, культур клітин людини та тварин, організмів лабораторних тварин. “Методичні вказівки” рекомендовані для спеціалістів науково-дослідних організацій гігієнічного та токсикологічного профілю, медичних навчальних закладів і організацій, які займаються питаннями біобезпечності нанопрепаратів. 62

РІЗНОМАНІТНІСТЬ НАНОСТРУКТУР Фулерени Наночастинки металів (срібло, золото, залізо …) Наночастинки окислів Si. O 2, Ti. O 2, Zn. O… Квантові точки Cd-Te, Cd-Se Ga-As… Вуглецеві нанотрубки Нанокомпозити Сконструйовані органічні наночастинки 63

РОЗПОДІЛ КОМПАНІЙ-ВИРОБНИКІВ НАНОМАТЕРІАЛІВ У СВІТІ Канада 2% Ізраїль 2% Франція 2% Швейцарія 2% ІНШІ 8% Китай 2% Великобританія 6% США 52% Німеччина 11% Японія 13% 64

130 нанотехнологічних ліків та систем доставки; 125 пристроїв та діагностичних тестів ввійшли в доклінічні , клінічні та комерційні розробки з 2005 року (дані Nano. Biotech News (http: //www. nanobiotechnews. com/) 65

Дія наноматеріалів на організм та можливі побічні реакції Дія наноматеріалів на організм Утворення активних форм кисню Можливі побічні реакції Пошкодження білків, ДНК, мембран, окисний стрес, запалення, фіброз, експресія белків гострої фази (С-реактивного белка) Мітохондріальні порушення Пошкодження мембран, посилення мембранної проникності, апоптоз, некроз, цитотоксичність Нуклеарне поглинання Пошкодження ДНК, агрегація нуклепротеїдів, мутагенез, метаплазія, канцерогенез 66

Дія наноматеріалів на організм та можливі побічні реакції Дія наноматеріалів на організм Поглинання нервовою тканиною Можливі побічні реакції Порушення в центральній та периферичній нервовій системах Утворення неоантигенів, Аутоіммунність, ад’ювантна дія падіння іммунної толерантності Поглинання Накопичення в печінці, селезінці, ретикулоендотеліальною лімфовузлах, можливе збільшення системою органів та їх дисфункція, інсульт, інфаркт Денатурація, деградація Втрата ферментативної активності, белків аутоантигенність 67

Проблеми оцінки потенційного ризику нанопрепаратів та шляхи їх вирішення Особливості нанопрепаратів : -невеликі розміри(це дозволяє їм проникати через клітинні мембрани, бар’єри організму та взаємодіяти з біомакромолекулами) -велика питома поверхня наноматеріалів (збільшення реакційної здатності) -активний метаболізм наноматеріалів у живих об’єктах Відсутність стандартизованих індикаторів токсичності Відсутність даних щодо органів-мішеней дії наноматеріалів Розробка методів оцінки біобезпечності нанопрепаратів з використанням найбільш чутливих до небезпечної дії характеристик живого організму – системних біомаркерів 68

Алгоритм визначення потенційної небезпеки використання нанопрепаратів • Контрольоване введення нанопрепарату в культуру клітин чи організм лабораторних тварин (лікарські та профілактичні засоби, БАДи, харчові добавки) • Ідентифікація нанопрепарату в клітинах (in vitro) та органах (in vivo) • Оцінка потенційної небезпеки за допомогою системних біомаркерів: генотоксичність, мутагенність, цитотоксичність, гематологічні показники, стан шлунковокишкової мікрофлори, біохімічні системні біомаркери, імунотоксичність • Нормативно-регламентовані токсикологічні дослідження 69

Біобезпечні наночастинки металів медико-біологічного призначення (результати досліджень авторів) Тип Нано частинки срібла Нано частинки золота Нано частинки заліза Нано частинки вісмуту Форм а сфери чна Розмір, нм 30, 50 нм 30, 45 нм Характеристика за показниками біобезпечності Не генотоксичні, не цитотоксичні в концентрації менше 1, 3 мкг/мл за металом, не мутагенні, не токсичні за біохімічними тестами, не впливаютьнегативно на нормофлору кишечника в концентрації менше 6, 45 мкг/мл за металом Не генотоксичні, не цитотоксичні в концентрації менше 3, 8 мкг/мл за металом, не мутагенні, не токсичні за біохімічними тестами, не впливають негативно на нормофлору кишечника в концентрації менше 3, 5 мкг/мл за металом 40 нм Не генотоксичні, не цитотоксичні в концентрації менше 50 мкг/мл за металом, не мутагенні, не впливають негативно на нормофлору кишечника в дозі 12 мг/кг ; не токсичні за біохімічними тестами 40 нм Не генотоксичні, не цитотоксичні в концентрації менше 3, 8 мкг/мл за металом, не мутагенні, не впливають негативно на нормофлору кишечника, не токсичні за біохімічними тестами 70

Методичні вказівки розроблені на основі наукових досліджень, що проводяться в: 1. Інститутах НАН України. 2. Інститутах НАМН України. 3. Вищих навчальних медичних закладах. 4. Результат аналізу зарубіжних досліджень.

Там, де домінує дух науки, там твориться значне і малими засобами М. І. Пирогов (1810 – 1881) 72

Доповідач переконаний, що у учасників семінару не тільки існує, але процвітає дух науки. 73

Монографії 74

Монографії 75

Учасникам семінару 76

Організаторам семінару 77

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ! 78