Исследователи НИЛ Бионанотехнологии Института фундаментальной медицины и биологии Казанского федерального университета совместно с учеными Челябинского государственного университета и Технического университета Луизианы (США) выяснили, как воздействуют твердые зольные частицы, образуемые при сжигании угля в России и США, на клетки млекопитающих. Они определили полулетальные концентрации частиц, а также оценили их проникновение в клетки.

Работу представители КФУ проводили в рамках поддержанного грантом Президента РФ для молодых российских ученых-докторов наук проекта «Разработка комплексного метода детекции и оценки токсических свойств зольной пыли в биологических объектах», руководителем которого является главный научный сотрудник НИЛ Бионанотехнологии (ИФМиБ) Равиль Фахруллин.

«С воздушными потоками переносится множество твердых пылевых частиц, в том числе выбросы с промышленных объектов, продукты сжигания угля, зола. Они оседают на коже человека, вызывая аллергию, попадают в легкие, провоцируя появление различных заболеваний. Комплексное изучение их состава и морфологии, а также влияния на клетки человека помогает выяснить предельно допустимые концентрации, безвредные для человека, подобрать размеры пор в фильтрах и оптимальный материал для их сорбции», – рассказал Р. Фахруллин.

Для оценки влияния мелкодисперсной зольной пыли на модельные культуры иммунных и раковых клеток ученые использовали широкий набор цитохимических методов.

«Нами впервые было проведено широкомасштабное исследование с использованием образцов зольной пыли пяти предприятий, четыре из которых – электростанции, находящиеся в США, и одно предприятие российское, Челябинский металлургический комбинат. Удалось выяснить, что все исследуемые образцы при сверхвысоких концентрациях оказывают негативное воздействие как на жизнеспособность клеток, так и на их генетический материал. При этом среди ключевых факторов, определяющих токсичность зольной пыли, были не только размер и морфология частиц, но и их химический состав, зависящий от происхождения сжигаемого угля. Так, наиболее явное пагубное воздействие оказали частицы с угольной электростанции Рокдейла (США), имеющие наибольший диаметр и образующиеся при сгорании битуминозного угля. В то же время аналогичным уровнем генотоксичности обладала зольная пыль из Челябинска с субмикронным диаметром частиц и высоким содержанием кремния», – пояснил ученый.

Он отметил, что впервые зольные частицы были охарактеризованы с использованием гиперспектральной и темнопольной микроскопии, а также визуализировано проникновение некоторых видов частиц в клетки млекопитающих.

В ходе проведенных экспериментов исследователями КФУ удалось доказать, что токсичность наночастиц летучей золы обратно пропорциональна их размеру. Наименьший размер, при получении суспензии частиц в воде, наблюдался у частиц летучей золы из России (Челябинск), которые оказались наиболее токсичными для исследуемых клеток. Также установлено, что даже при отсутствии поглощения клетками летучей золы взаимодействия с клеточной мембраной было достаточно, чтобы вызвать токсический эффект.

По результатам исследования международной группой ученых опубликована статья в журнале Molecules .