Факторы, определяющие потенциальную токсичность наноматериалов

Говоря o применении нанотехнологий в пищевой промышленности, необходимо упомянуть о потенциальной опасности наноматериалов. Это обусловлено, в первую очередь, их небольшими размерами, что позволяет им легко проходить через барьеры организма и накапливаться во внутренних органах. Наночастицы способны проникать в клетки через клеточные мембраны, прилипать к различным органеллам и деформировать структуры ДНК или белков, тем самым изменяя их функции. Было показано, что наночастицы очень опасны для мембран клеток. Так, например, клетки печени человека были разрушены наполовину через 48 часов при выдерживании их в сильно разбавленном (2×10^-8 %) растворе фуллеренов. Однако установлен и потенциальный путь предотвращения потенциального токсического действия фуллеренов: чем больше гидроксильных групп связано с их молекулами, тем менее токсичными они становятся.

Даже если наночастицы, попавшие в организм, сами по себе безвредны, некоторые из них могут выступать в роли катализаторов образования токсичных веществ. Так ведут себя, например, входящие в состав кремов для загара наночастицы TiO₂ и ZnO, которые инициируют фотоокисление, или наночастицы оксидов железа, вызывающие металлическую лихорадку. Возможно также, что наноматериалы будут адсорбировать отдельные контаминанты и транспортировать их внутрь клетки, что резко увеличит токсичность последних. Т.е. наноматериалы могут выступать в роли своеобразных проводников.

Вторая опасность – это большая удельная поверхность наноматериалов. Эффект повышения химического потенциала веществ в ультрадисперсной форме приводит к аномальному увеличению растворимости и реакционной способности веществ в составе наноматериалов и, тем самым, приводит к увеличению их токсичности. Высокая реакционная способность наноматериалов может приводить к увеличению образования свободных радикалов, повреждающих ДНК.

Многие наночастицы с трудом распознаются и элиминируются клетками иммунной системы. Макрофаги «не видят» наночастицы размером менее 70 нм.

Возможно, что наноматериалы не метаболизируются микроорганизмами и не подвергаются процессам детоксикации, что приведет к их накоплению в растительных, животных или микробных организмах и, тем самым, увеличится их поступление по пищевой цепи в организм человека.