Нанонаука, наноэтика и этическая экспертиза нанотехнологий в изучении человека

В XXI в. резко возрастает интерес к нанонауке и нанотехнологиям, направленным на решение самых разнообразных проблем в промышленной, военной, медицинской и других сферах, определяющих футурологические проекты развития современного человечества. Вместе с тем происходящая нанотехнологическая революция возвещает собой не только радикальное изменение наших представлений о мире, открытие находящихся между квантовой механикой и макромиром новых явлений, но и требует социально-гуманитарной и этической оценки последствий и рисков от внедрения и использования нанотехнологий, вмешательства в тончайшие природные наноструктуры, подобные нейронным процессам головного мозга, проникновения наночастиц в клеточные мембраны, легкие, бронхи, попадания их в человеческий организм как людей, работающих на таких производствах, так и через продукты питания, осадки, воздух.

Нанонаука, нанотехнологии, внося новое измерение и понимание современного мира, обусловливают необходимость разработки особой междисциплинарной области исследования — наноэтики, направленной на осмысление дискуссионных проблем, порождаемых новейшими достижениями нанонауки и нанотехнологиями, поиском и обоснованием морально-этических принципов и регулятивов наноисследований, оценкой социальных последствий практического внедрения и использования нанотехнологий. Обратим внимание на этические аспекты становления и развития нанонауки, нанотехнологий, наномедицины, нанофармакологии, нанофармации, наноэлектроники, агропромышленного комплекса и биотехнологий.

Нанонаука (от греч. nanos — карлик, гном + англ, science — наука, система знаний) — новая отрасль науки и производства, изучающая физические, физико-химические, биологические, фармакологические, токсикологические свойства наночастиц размером до 100 нанометров (нм), возможность их синтеза с помощью современных нанотехнологий и применения в различных отраслях народного хозяйства, медицины, фармации. Наноразмерами считаются величины от 0,1 до 100 нанометров; от 100 до 1000 нанометров — микроразмеры; величины более 1000 нанометров определяются как макроразмеры.

Нанонаука занимается изучением свойств наноматериалов и явлений в нанометровом масштабе; нанотехнология — созданием наноструктур, наноинженерия — поиском эффективных методов использования наноструктур; наноэтика — разработкой этических регулятивов и политики в сфере нравственно-гуманитарной оценки потенциальных преимуществ и опасностей использования нанотехнологий. Наноэтика, на наш взгляд, должна предварять научные наноисследования и завершать их для проведения нравственно-гуманитарной экспертизы, преимуществ и последствий использования различных наноматериалов и наноструктур. Нанонауки включают и такие различные направления как наноэлектроника, нанофотоника, нанофизика, наномедицина, нанохимия, нанобиотехнологии, нанофармакология, нанофармация и др.

Наноэлектроника — область науки и техники, занимающаяся созданием, исследованием и применением электронных приборов с наноме;

тровыми размерами элементов, в основе функционирования которых лежат квантовые эффекты. Традиционной тенденцией в развитии электроники и ее основной современной составляющей — микрои наноэлектроники — является постоянное уменьшение размеров элементов интегральных микросхем (ИМС), что позволяет усиливать их информационную мощность и повышать быстродействие. Реальным же является использование различных наноматериалов и нанотехнологий для существенного увеличения функциональных возможностей кремниевых ИМС при необязательной их миниатюризации до предельных размеров. Нанофотоника изучает распространение, преобразование, испускание и поглощение электромагнитного излучения в наноструктурах, а также ставит своей целью использовать особенности распространения и взаимодействия электромагнитного излучения оптического и инфракрасного диапазонов с веществом в наноструктурах в технике. В настоящее время нанофотоника как область науки уже достигла такого уровня развития, что обусловила появление и развитие самостоятельных областей исследований (наноплазмоника, наносенсорика, метаматериалы, молекулярная оптоэлектроника). Современными учеными систематически исследованы оптические свойства полупроводниковых нанокристаллов, что позволило перейти от фундаментальных исследований к прикладным, направленным на получение новых оптических материалов, компонентов лазерной техники, биомаркеров и биочипов. Построена теория испускания света квантовыми объектами вблизи металлических наночастиц.

Серьезным барьером, сдерживающим применение нанотехнологий в Агропромышленном комплексе (АПК), является токсикологическая опасность ряда наноматериалов и соответственно связанных с их применением производственных процессов и готовой продукции, прежде всего в сфере продовольствия. Доказана возможность использования сельскохозяйственных животных в качестве «биореактора» ценнейших фармакологических субстанций человека, получены трансгенные животные с человеческим белком, что явилось поистине долгожданным прорывным достижением биотехнологической науки. В настоящее время предусмотрено создание лекарственных препаратов с использованием лактоферрина человека, получаемого из молока трансгенных животных. В связи с этим особенно остро встает вопрос об этической и гуманитарной экспертизе полученных результатов и последствий их использования.

Наномедицина изучает возможность применения нанотехнологических разработок (наноприборов, нанопрепаратов) в медицинской практике для профилактики, диагностики и лечения различных заболеваний с контролем биологической активности, фармакологического и токсикологического действия полученных продуктов или медикаментов. Нанофармакология исследует физико-химические, фармакодинамические, фармакокинетические свойства разработанных на основе нанотехнологий нанопрепаратов, показания, противопоказания к их применению, возможные побочные эффекты. Нанофармация рассматривает технологии разработки лекарственных форм нанопрепаратов для эффективного применения в медицинской практике.

Благодаря маленькому размеру, наночастицы могут проникать непосредственно через кожу, органы дыхания, пищеварения, отверстия клеточных мембран или через клеточные транспортные механизмы и распределяться по всему организму. Поэтому, прежде всего, необходимо установить молекулярные механизмы воздействия наночастиц на организм, возможные механизмы развития токсических эффектов, а также пути устранения или ослабления их нежелательного влияния.

Естественно возникает вопрос: почему эволюция привела к возникновению таких необычных свойств в наноразмерных материалах? Учеными установлены некоторые физические, химические, физикохимические, биологические свойства наноматериалов. Наноматериалы занимают промежуточное положение между отдельными атомами (молекулами) и макроструктурами и имеют уникальные физические, химические, физико-химические, биологические, фармакологические свойства, благодаря малому размеру, химическому составу, структуре, большой площади поверхности и форме.

Исследователи многих стран начинают внедрять разработки в сфере нанотехнологий в различные отрасли хозяйства, в том числе и в медицину — с целью синтеза новых лекарственных средств и применения их для рациональной фармакотерапии различных заболеваний. В частности, в таких областях медицины, как онкология, генетика, радиология, кардиология, неврология, офтальмология, ортопедия и травматология, дерматология и токсикология; разработка методов создания новых медикаментов, вакцин на основе нанотехнологий.

Одним из направлений практической реализации нанонауки и нанотехнологий является применение солнечной энергии для нужд человека — использование наноструктур для поглощения солнечного света. Применяемые в данных целях наноматериалы имеют некоторые преимущества по сравнению с полупроводниками, в частности, небольшой вес, невысокую цену, меньшее влияние на окружающую среду и др. Но до практической реализации этих проектов необходимо решить множество технологических вопросов, ответы на которые может подсказать живая природа. Ведется изучение люминесцентных бактерий и светлячков, продуцентами света у которых являются наноразмерные молекулярные структуры. Достижением последних лет стало применение оптоволокна (опт [ика] + волокно) в различных областях деятельности человека. С помощью волоконной оптики возможно передавать сигналы значительной плотности, десятки тысяч потоков данных и разговоров одновременно. Нанотехнологии позволяют создавать более эффективные оптоволоконные наноматериалы, информация в которых преобразовывается из оптических сигналов в электрические. Перспективным направлением развития нанотехнологий является создание оптических устройств, обеспечивающих передачу, усиление и модуляцию оптических сигналов — оптических компьютеров, хранящих информацию на оптических кристаллах. Подобные приборы будут работать с использованием света, а не электронов. Препятствием является невозможность построения небольших, наноскопических оптических устройств, работающих исключительно на световых сигналах.

Наночастицы начинают применять в научных разработках в области биохимии, молекулярной биологии, протеомики, генетики, в частности, для создания биомаркеров. Магнитные наночастицы с нанесенными антителами и фрагментами ДНК, РНК способны усиливать сигнал от многочисленных малых биомолекул. Это позволяет диагностировать болезнь на ранних стадиях и добиваться более эффективного лечения различных заболеваний. Наночастицы могут образовывать комплексы с продуктами обмена веществ, лекарственными средствами, улучшая растворимость последних, стабилизируя их, в результате чего медикаменты лучше усваиваются клетками организма.

Физиологически активные вещества, мембраны клеток, стенка капилляров, ионные каналы имеют наноразмеры. Ученых мира также интересует вопрос: существуют ли наномеханизмы в физиологических, биохимических, иммунологических, генетических процессах в организме? Изучение уникальных характеристик наночастиц позволит разработать новые технологии для применения в технике, биологии, медицине, физиологии, лекарствоведении, нутрициологии, сельском хозяйстве и в других отраслях деятельности человека.

Все более актуальной проблемой становится организация гуманитарной экспертизы в области разработки инновационных проектов, оценки последствий использования нанотехнологий. Здесь важен принцип опережающего реагирования или принцип предосторожности, предусматривающий при гуманитарной экспертизе стремиться вырабатывать взвешенную оценку воздействия разного рода инноваций (промышленных, сельскохозяйственных, социальных, нанотехнологий) на окружающую среду, человека, его физиологическую, эмоциональную, психологическую и духовно-нравственную конституцию. Задача гуманитарной экспертизы — выявление и оценка, как позитивных эффектов новых технологий, так и возможных негативных последствий их применения.

Широкое признание нанотехнологии обосновывается во многом на пропагандируемых средствами массовой информации будущих проектов, способов дать феноменальные практические результаты в сфере биомедицинских исследований, медицинской техники, автомобилестроении и т. п. Задача социалънй коммуникации заключается в том, чтобы в тесном союзе с учеными давать взвешенную информацию о возможностях и последствиях использования научных достижений и технологий.

Таким образом, усилия ученых в области нанонауки должны быть обращены не только на разработку новых технологий получения наноматериалов, углубленное изучение физических, физико-химических, квантово-химических, физиологических, биохимических, фармакотоксических, молекулярных свойств и механизмов действия новых нанопрепаратов, но и на изучение их возможного побочного влияния на организм и окружающую среду, необходимость этической экспертизы npoeoduMbLX междисциплинарных исследований и использования нанотехнологий, чтобы не потерять контроль над последствиями своей деятельности.