Углеродные нанотрубки длиной более 15 микрон, которые используются при производстве композитных материалов, обладают такой же канцерогенностью, как асбест, выяснили ученые из Великобритании. При попадании в дыхательные пути нанотрубки, как и волокна асбеста, вызывают хроническое воспаление и со временем могут способствовать развитию злокачественной опухоли соединительнотканной оболочки легких по схожему молекулярному механизму, включающему подавление функции опухолевых супрессоров. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.
Асбест — природный волокнистый минерал на основе кремния, который ранее широко использовался в промышленности, в том числе как строительный материал. В последние годы в развитых странах от него стали отказываться из-за высокой токсичности. Хроническое вдыхание асбестовой пыли оказалось причиной злокачественного разрастания соединительнотканной оболочки легких (плевры) — мезотелиомы. Исследования показывают, что у работников асбестовых рудников частота возникновения мезотелиомы достигает 15 процентов, причем инкубационный период заболевания может составлять десятки лет.
Ученые из токсикологического отделения Совета по медицинским исследованиям Великобритании показали, что к развитию мезотелиомы по аналогичному с асбестом механизму приводит попадание в легкие длинных углеродных нанотрубок. Углеродные нанотрубки с различными параметрами в настоящее время используются в промышленности при производстве композитных материалов, а также в микроэлектронике и даже в медицине.
Исследователи сравнили воздействие длинных (длиной более 15 микрон) и коротких асбестовых волокон, а также длинных и коротких углеродных нанотрубок, на соединительнотканные оболочки у мышей. Частицы вводили мышам в дыхательные пути в разных концентрациях, соответствующих острому воздействию или слабому, но длительному. Срок введения составлял от недели до 20 месяцев. В течение эксперимента, а также 20 месяцев после него авторы работы оценивали изменения в легочной оболочке, куда из легких перемещаются неразлагаемые в организме частицы.
Ученые показали, что присутствие длинных асбестовых волокон и длинных нанотрубок приводило со временем к развитию хронического воспаления, окислительного повреждения ДНК, и активации про-онкогенных сигнальных путей в клетках оболочки. К концу наблюдения в разных группах от 10 до 25 процентов мышей страдали от мезотелиомы, что соответствует уровню заболеваемости среди людей.
Оказалось, что на молекулярном уровне к развитию мезотелиомы приводит подавление экспрессии гена CDKN2A в результате гиперметилирования его регуляторного участка. В некоторых случаях наблюдались даже делеции в области этого генетического локуса, приводящие к утрате функции гена. Ген CDKN2A кодирует белок p16, который регулирует клеточный цикл и является важным опухолевым супрессором, то есть белком, функции которого предотвращают неконтролируемое клеточное деление. Потеря клетками плевры белка p16 наблюдалась как при разрушении оболочки частицами асбеста, так и длинными углеродными нанотрубками. При этом короткие нанотрубки не вызывали изменений плевры, видимо благодаря своевременной утилизации малых частиц клетками иммунитета.
Открытие молекулярного механизма, лежащего в основе развития мезотелиомы, позволит оценивать состояние легких и плевры по соответствующим биомаркерам у людей из группы риска — главным образом, работников вредных производств.
Ученые подчеркивают, что их выводы относятся не ко всем типам углеродных нанотрубок, и их главная задача - привлечь внимание производителей и регуляторов, чтобы они могли выбирать более безопасные варианты наноматериалов. Вместе с тем, на заводах, производящих наноматериалы, уже принимаются соответствующие меры безопасности.
Ранее мы рассказывали, что жидкий пластик для 3D-печати оказался ядовитым для рыб.
Дарья Спасская