Исследователи «Сколтеха» определили основные факторы токсичности нанотрубок
Учёные «Сколтеха» провели систематический обзор публикаций о биомедицинском применении углеродных нанотрубок на моделях in vitro и предположили, какие параметры производства делают их безопасными для живых организмов. Об этом Хабру рассказали в пресс-службе «Сколтеха». Исследователи выделили около двухсот публикаций за последние двадцать лет и провели статистический анализ результатов. В результате наименее токсичными для живых клеток оказались углеродные нанотрубки, использованные в виде подложки, что позволяет применить их как основу для носимой, текстильной и имплантируемой электроники.
Углеродные нанотрубки (УНТ) — очень перспективный материал для биомедицинских применений в областях тканевой инженерии и регенерации, целевой доставки лекарств, селективного уничтожения раковых клеток, биовизуализации и не только. Это возможно благодаря уникальному сочетанию наноразмеров и механических, оптических и электрических характеристик. Более 20 лет назад нанотрубки впервые удалось успешно соединить с одной из самых чувствительных биологических систем — нервными клетками. Это исследование послужило отправной точкой для последующих поисков. Однако дальнейшие результаты были противоречивыми: одни работы показывали только положительные эффекты, другие указывали на токсичность материала.
«В результате сложилась парадоксальная ситуация: проведено множество экспериментов по изучению токсичности УНТ, но конкретные дозы, вызывающие токсические эффекты, до сих пор неясны, данные о биологических эффектах сильно различаются. Поэтому мы решили собрать результаты из большого количества работ и систематизировать основные параметры, влияющие на токсичность», — рассказывает аспирантка Сколтеха Маргарита Четыркина.
В своём обзоре учёные сосредоточились на статьях, посвящённых анализу токсичности УНТ для клеток млекопитающих, в том числе человека. Всего по теме было отобрано 194 публикации. Для систематизации было введено несколько категорий: тип клеток, использованный тест на токсичность, время инкубации, способ контакта нанотрубок с живой системой, геометрия. На основе этих данных учёные провели статистический анализ, позволивший сделать ряд нескольких важных выводов.
Оказалось, что нанесённые на подложку УНТ безопасны для клеток. Выращенные на УНТ клетки млекопитающих в 90% исследований выживали и чувствовали себя не хуже, чем в контрольной группе. Этот факт позволяет смело заключить, что УНТ можно безопасно использовать при создании носимой и текстильной электроники, а также имплантов для мышечной и нервной ткани.
При тестировании нанотрубок в виде суспензии результаты менее однозначные, и больший вклад вносят доза, время инкубации, различные протоколы приготовления суспензии. Однако ряд работ показал, что при соблюдении определённых условий УНТ в растворенном виде подходят для использования в целевой доставке лекарств, химиотерапии, биосенсорных исследований и тканевой инженерии. При этом, чтобы точно понять механизм взаимодействия материала с живыми системами, требуются дополнительные исследования.
«Мы надеемся, что наш обзор позволит другим учёным разобраться в области исследований токсичности и биологического применения нанотрубок и поможет в планировании экспериментов. Например, при выборе подходящего для эксперимента типа нанотрубок, типа клеток или соответствующего теста на цитотоксичность», — заключают авторы.
Один из многообещающих проектов лаборатории наноматериалов Альберта Насибулина в Центре фотоники и инженерной физики «Сколтеха» — разработка микроматериала на основе углеродных нанотрубок или так называемых файберов. Эти гибкие токопроводящие микроволокна исследователи уже опробовали для отслеживания биения сердца, расположив специальное устройство на запястье, а в будущем планируют создать биосовместимые электроды и регистрировать электрическую активность нейронов и мышечных клеток. Но для этого нужно было разобраться с токсичностью нанотрубок, что учёные из лаборатории наноматериалов «Сколтеха» и попытались осветить в своём недавнем обзоре.
Материалы обзора опубликованы в свободном доступе в статье в журнале RSC Advances — In vitro toxicity of carbon nanotubes: a systematic review, DOI:10.1039/D2RA02519A.
