Российские нанотехнологии и косметика
Не надувательство ли это?
Два момента оправдывают постановку такого вопроса: большой объем выделяемых на нанотехнологии госбюджетных средств РФ (около 120 млрд. руб.), и отсутствие внятного объяснения – на что будут потрачены эти средства. Чиновники от науки дают настолько туманные объяснения, что к нанотехнологиям стали относить все подряд, вплоть до возделывания свеклы (в Белгородском Агроуниверситете). С этим трудно согласиться, так как, по строгому определению «нанотехнологии – это методы записи и чтения информации, упакованной с плотностью порядка 1 бит на 1 нанометр» (из книги американского научного обозревателя Эрика Дрекслера «Наносистемы» (E. Drexler. Nanosystems: Molecular machinery, manufacturing and computing. Wiley – N.Y., 1992). Подобная плотность записи информации имеет место в биосистемах (на молекулах ДНК). В современных компьютерах максимальная плотность записи информации в 200–300 раз меньше (1 бит на 200–300 нанометров, или 0,3 микрона). Как ее повысить до «биологической» плотности – до сих пор не выяснено. Это значит, что есть предмет поиска, но нанотехнологий, как таковых, пока еще нет.
Данное обстоятельство отчасти оправдывает «расширительное» толкование нанотехнологий как методов целенаправленного получения и использования любых нанообъектов. С этой точки зрения даже обычное курение тоже можно отнести к нанотехнологиям, поскольку дым, по данным лауреата Нобелевской премии Р. Смелли, содержит молекулы фуллеренов и угольных нанотрубок, относящихся к классическим объектам нанотехнологий.
Использование нанотехнологий в косметике
В приведенном расширительном толковании к нанотехнологиям может быть также отнесено использование мыла, поскольку его действующим началом являются типичные нанообьекты – молекулы натриевых или калиевых солей жирных кислот размером 1–3 нанометра. Технология получения и применения мыла была разработана в 1520 г. знаменитым Парацельсом, который не только запатентовал свое изобретение, но и стал первым в истории миллионером от науки. Однако Парацельс отнюдь не был первым в истории «нанотехнологом». История сохранила сведения об античной косметике, применявшейся знаменитой царицей Клеопатрой. Центральное место в ее «лаборатории» занимали оливковое и другие растительные масла и животные жиры, молекулы которых также имеют размер порядка нескольких нанометров. Традиции же использования минеральных косметических средств – глины, охры (красный пигмент), порошка лазурита (голубой пигмент), по данным археологов, относятся к каменному веку. Максимальной ценностью характеризуются самые тонкие порошки с минимальным размером частиц этих средств, достигающим десятков–сотен нанометров. Надо ли добавлять, что в современной косметике минеральные пудры и порошки также находят применение, конечно, с использованием новейших технологий их очистки и переработки и с использованием широкого арсенала новейших изобретений.
Способны ли наночастицы проникать в глубокие слои кожи?
Центральным является вопрос о механизме действия наночастиц, входящих в состав тех или иных косметических средств. Повседневный опыт говорит о том, что кожа является как бы барьером, непроницаемым для наносимых на ее поверхность косметических и других веществ. В конкретном случае применения мыла, проблема механизма его действия достаточно ясна – моющие средства способствуют удалению метаболитов, выделяемых организмом через кожу, что улучшает выделительную функцию кожи, связанную с работой потовых и сальных желез. Аналогичной функцией обладают и синтетические и природные ионообменники типа цеолитов, входящие в состав так называемой «сухой косметики». При этом наночастицы ионообменников характеризуются определенными преимуществами по сравнению с молекулами жирных кислот в составе мыла. Принято считать, что молекулы различных масел и жирных кислот могут как бы «питать» кожу, проникая в дермальный слой. Однако при этом уменьшается способность дермы удерживать воду и поддерживать деятельность клеток эпидермиса - внешнего слоя кожи. Частицы «сухой косметики» не обладают подобным недостатком, они не проникают в дермальный слой, но при этом эффективно очищают поверхность от избыточных ионов кальция и снижают избыточную кислотность.
Однако более тщательный анализ показывает, что подобная картина не совсем корректна и является упрощенной. В действительности внешний слой кожи содержит два типа клеток: основная масса – это клетки эпидермиса с функцией пассивной защиты, и более редкие – это клетки Лангерганса, родственные клеткам вилочковой железы (тимуса) с функцией иммунного отклика на внешние воздействия. Одним из видов отклика является захват минеральных наночастиц и их транспорт в более глубокие слои кожи и во внутреннюю среду организма. Клетки Лангерганса - потомки стволовых клеток костного мозга, это клетки с длинными отростками (дендритами), которые образуют непрерывную сеть вдоль всей поверхности кожи. В эту сеть и попадают чужеродные частицы, сумевшие проникнуть через роговой слой. После захвата (фагоцитоза) чужеродной частицы клетка Лангерганса отправляется в ближайший лимфатический узел, где захваченная частица проходит «экспертизу» на иммуногенность. Именно клетки Лангерганса ответственны за перенос наночастиц с поверхности кожи в ее более глубокие слои и во внутреннюю среду организма, что лежит в основе механизма благоприятного влияния минеральных и грязевых ванн на здоровье. Вместе с тем, указанный механизм переноса наночастиц несет ответственность за появление аллергии на те или иные вещества, то есть за реакцию «узнавания» нежелательных веществ на поверхности кожи.
Прямое проникновение наночастиц в глубокие слои кожи
Наиболее радикальный механизм проникновения наночастиц в глубокие слои кожи связан с игольчатыми их формами, как в случае угольных нанотрубок в составе дымов. Общеизвестно, что курильщики как бы «пропитываются» табачным запахом, и этот запах нельзя устранить моющими средствами. Механизм жесткой адгезии (сцепления) частиц дыма с поверхностью кожи связан не только с «прилипанием» молекул смолистых веществ, но и с «пробивной» способностью своеобразных «наноиголок», представленных угольными нанотрубками. Легко проникая сквозь мембраны клеток эпидермиса, эти частицы могут не только «застревать» в дермальном слое, но и проникать в более глубокие ткани. Таким же свойством обладают и игольчатые формы мельчайших частиц асбеста, минеральной стекловаты, минералов морденита, эрионита и других компонентов пылевого загрязнения окружающей среды, с чем связываются такие заболевания, как силикоз и рак, что привело к значительному ограничению использования асбесто-подобных материалов.
Из всего сказанного может сложиться впечатление, что молекулярные механизмы биоактивности игольчатых форм нанообъектов сводятся, прежде всего, к их повышенной проникающей способности. Однако не так давно обнаружилась и другая сторона их активности – своеобразное сродство игольчатых форм многих веществ к нуклеиновым кислотам. Проникая сквозь ядерную мембрану, наноигольчатые частицы вступают в прямое взаимодействие с клеточным ядром, нарушая его нормальное функционирование. В предельном случае подобное взаимодействия может приводить к разрушению плотно упакованного комплекса молекулы ДНК с гистонами, то есть с белками, предотвращающими самопроизвольное расплетание двойной спирали. Вытеснение гистоновых белков из ядерного комплекса может приводить к активизации процесса расплетания двойной спирали и, в конечном итоге, к неконтролируемому делению клетки. Для организма данный процесс может быть крайне опасным как очаг опухолевого перерождения ткани.
Всегда ли наноигольчатые формы веществ несут с собой опасность для здоровья кожи и организма в целом? В большинстве случаев, к сожалению, это так, и мы всегда будем стремиться избегать контактов с пылью и дымами. Вместе с тем, анализ эффектов прямого взаимодействия наноигольчатых форм веществ с ДНК может принести новую информацию о механизмах, лежащих в основе процессов повреждения, приводящих к старению организма, увяданию кожи, и других возрастных проблем. В данном плане может представлять большой интерес обнаружение веществ (в частности, из группы фосфатов), наноигольчатые формы которых оказываются более «дружелюбными» по отношению к различным тканям живого организма. Опыт более чем 15-летних исследований и практики использования этих наноматериалов во многих научных центрах, как в РФ, так и в зарубежных лабораториях показал, что ни в одном случае не наблюдалось перерождение тканей и возникновение процесса неконтролируемого деления клеток. Вместе с тем установлено, что при воздействии наночастиц фосфатов на поврежденные ткани устойчиво наблюдается включение процесса регенерации, контролируемого генетическим аппаратом. На данном принципе разработана, опатентована и внедрена методика восстановления зубной ткани при кариесе, а также проведены испытания методики нехирургического удаления келоидных рубцов на коже. На том же принципе, по-видимому, может быть основана также методика нехирургического «омоложения» кожной ткани с помощью включения процесса ее регенерации под воздействием наночастиц. Это значит, что популярные ныне операции по «подтяжке» кожи лица и других частей тела могут в недалеком будущем оказаться избыточными.
Вместо заключения
Мечта о «вечной молодости» присутствует в большинстве мифов и легенд, причем в качестве средств достижения желанного результата фигурируют «молодильные яблоки» и косметические процедуры – ванны, грязи. Но целебные свойства грязей - это отнюдь не миф, это часть древнейшей медицинской практики. Механизм действия грязевых ванн прежде оставался тайной, но сейчас уже с большой долей уверенности мы можем связывать его с влиянием минеральных и органических частиц с размером порядка нанометров. Дальнейший анализ свойств и методов получения наночастиц различной природы, несомненно, позволит существенно расширить диапазон косметических применений подобных объектов и открыть новые перспективы для решения насущных проблем красоты и здоровья.
С.П. Габуда. Профессор. Лауреат Государственной премии РФ.
