СПОСОБ ТЕСТИРОВАНИЯ ВЕЩЕСТВ НА КАНЦЕРОГЕННОСТЬ Российский патент 2007 года по МПК G01N23/00 

Изобретение относится к области безопасности жизни, в частности к области охраны человека и животных от канцерогенов.

Изобретение имеет целью ускорить процедуру определения канцерогенности веществ, удешевить ее по сравнению с биохимическими методами и методом, основанным на определении реакционной способности канцерогенов по отношению к избыточным электронам при сохранении точности и степени надежности.

Классический эпидемиологический метод определения канцерогенности веществ связан с длительными (многие годы) наблюдениями за многочисленными человеческими популяциями. Другой метод, основанный на многолетних наблюдениях по влиянию каждого конкретного вещества на жизнеспособность популяций грызунов (крыс и мышей), также мало пригоден для предсказания канцерогенной опасности появляющихся в большом количестве (около 3000 в год) новых химических веществ. Отметим также, что корреляция между канцерогенной опасностью для животных и человека не является абсолютной. Не имея под собой научной основы, она является лишь эмпирической. К тому же в экспериментах на грызунах невозможно выявить слабые канцерогены. Наконец, этот метод весьма дорог. По подсчетам специалистов стоимость испытания одного соединения составляет свыше 1 млн долларов и занимает около трех лет.

Создавшаяся ситуация стимулировала разработку так называемых краткосрочных тестов на канцерогенность, позволяющих с определенной степенью вероятности предсказывать канцерогенный риск для человека тех или иных соединений. Краткосрочные тесты основаны на измерении биологической активности, прямо или косвенно связанной с канцерогенностью исследуемых веществ. Эти тесты проводятся на бактериях, клетках тканей или насекомых. Один из наиболее известных - тест Эймса (Ames) - основан на индукции обратных мутаций у Salmonella typhimurium. Краткосрочные тесты занимают от нескольких дней до нескольких недель и стоят от 1000 до 20000 долларов на одно вещество.

Существенно упростить и удешевить процедуру определения канцерогенности веществ могут небиологические, физико-химические методы, к которым относится и предлагаемый метод. Он позволяет сократить время тестирования одного вещества (с учетом приготовления образцов, проведения измерений и последующей обработки данных) до одного дня.

Прототип. Наиболее близким по исполнению и по физическому смыслу к предлагаемому является метод [3, 4] определения канцерогенной опасности веществ, основанный на свойстве канцерогенов быть сильными электрофилами [1, 2], на их способности при проникновении в клетки отбирать электроны от биологически важных молекул (в частности, от управляющих наследственностью нуклеиновых кислот). Отсюда следует, что наличие канцерогенов в жидкости, моделирующей внутриклеточную среду, может быть выявлено по скорости убывания в ней концентрации квазисвободных электронов, образующихся под воздействием кратковременного импульса ионизирующего излучения.

В этом методе свободные электроны создаются кратковременным облучением среды пучком заряженных частиц высокой энергии, полученных на ускорителе [3, 4], или с помощью лазерной подсветки в ионизационных камерах. К сожалению, непосредственное измерение концентрации квазисвободных электронов представляет собой весьма сложную задачу.

Радикальное упрощение этой процедуры, предлагаемое в настоящем способе, связано с использованием методики позитронной аннигиляционной спектроскопии. Метод основан на развитом нами механизме образования атома позитрония (Ps) в молекулярных конденсированных средах [5, 6]. Согласно этому механизму атом Ps образуется на конечном участке трека быстрого позитрона посредством рекомбинации потерявшего свою энергию позитрона с одним из внутритрековых электронов: e⁺+е^-→Ps. Растворенное вещество S, если оно достаточно эффективно реагирует с трековыми электронами, e^-+S→S^-, подавляет реакцию образования позитрония. Присутствующие в растворе канцерогены, будучи сильными электрофилами и перехватывая электроны, естественно должны препятствовать образованию атомов Ps. Идея нашего метода состоит в определении зависимости выхода Ps от концентрации испытуемого соединения S и сопоставлении его ингибирующего действия на выход Ps с ингибирующим действием CCl₄. При этом не требуется ни ускоритель, ни лазер, создающие квазисвободные электроны в среде. Использование позитронов из доступных радиоактивных источников (²²Na, и др.) привлекательно тем, что открывает возможность проводить исследования в самых разнообразных жидкостях, включая водные растворы, моделирующие внутриклеточную среду. Попадая в жидкость, быстрые позитроны в результате радиолиза среды порождают большое количество свободных электронов. Часть из них, соединяясь с позитронами, образует атомы орто-позитрония (o-Ps). Будучи сильными электрофилами присутствующие в растворе канцерогены перехватывают электроны, тем самым препятствуя образованию o-Ps. Измеряя уменьшение вероятности образования o-Ps в присутствии исследуемого вещества, можно судить о его канцерогенной опасности.

Характеристика новизны

Позитронная диагностика является принципиально новым подходом к оценке канцерогенной и мутагенной опасности для жизни человека.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

1. Выбирается стандартный растворитель (например, циклогексан, вода, спирт и т.д.).

2. В выбранном растворителе снимается кривая ингибирования вероятности образования o-Ps четыреххлористым углеродом. В дальнейшем эта кривая используется каждый раз для сравнения с исследуемым веществом.

3. Снимается кривая ингибирования вероятности образования o-Ps исследуемым веществом в выбранном растворителе.

4. Из сравнения кривых ингибирования делается вывод об отсутствии или наличии канцерогенных свойств исследуемого вещества. Если исследуемое вещество более сильный или такой же ингибитор, как четыреххлористый углерод, то оно является канцерогеном.

Пример: Выявление канцерогенных свойств метилиодида (СН₃I)

В качестве стандартного растворителя был выбран циклогексан. Приготовлены растворы CCl₄ и СН₃I при концентрациях 0,05 моль/литр и 0,1 моль/литр. Определены относительные вероятности образования o-Ps в указанных растворах. В растворах CCl₄ они равны 0,6 и 0,29 соответственно. В растворах СН₃I ингибирование более сильное: 0,37 и 0,18. Следовательно, СН₃I должен быть канцерогеном. Этот вывод находится в полном согласии с данными биохимических исследований и заключением, полученным методом-прототипом.

Литература

1. Miller J.A., Miller E.C. J. Nat. Cancer Inst. 47, v-xiv, 1971.

2. Miller B.C., Cancer Res. V. 38, p.1479, 1978.

3. Bakale G.E., McCreary R.D., Gregg B.C. Cancer Biochem, Biophys. Vol.5. pp.103-109, 1981.

4. Bakale G.E. A Carcinogen-Screening Test Based on Electrons, in "Linking the Gaseous and Condensed Phases of Matter, the Behaviour of Slow Electrons," L.G. Christophorou, E.Illenberger and W.Schmidt, eds. Plenum Press, New York (1994).

5. Бяков В.М., Ничипоров Ф.Г. Внутритрековые химические процессы. М.: Энерго-атомиздат, 1985. 152 с.

6. Stepanov S.V. and Byakov V.M. Physical and Radiation Chemistry of the Positron and Positronium in "Principles and Applications of Positron and Positronium Chemistry," Y.C.Jean, P.E.Mallon and D.M.Schrader, eds. World Scientific, 2003.

Использование: для определения канцерогенности веществ. Сущность заключается в том, что выбирается стандартный растворитель (например, циклогексан), в этом растворителе снимается кривая ингибирования вероятности образования орто-позитрония четыреххлористым углеродом, снимается кривая ингибирования вероятности образования орто-позитрония испытуемым веществом, из сравнения кривых ингибирования делается вывод об отсутствии или наличии канцерогенных свойств у испытуемого вещества, при этом, если исследуемое вещество более сильный или такой же ингибитор, как четыреххлористый углерод, то оно является канцерогеном. Технический результат: ускорение процедуры выявления канцерогенных свойств веществ, удешевление данной процедуры по сравнению с биохимическими методами и физико-химическим методом, использующим установку импульсного радиолиза, при сохранении точности и степени надежности.

Способ определения канцерогенности вещества по его способности захватывать квазисвободные электроны, образующиеся под воздействием ионизирующего излучения, отличающийся тем, что выбирается стандартный растворитель (например, циклогексан), в этом растворителе снимается кривая ингибирования вероятности образования орто-позитрония четыреххлористым углеродом, снимается кривая ингибирования вероятности образования орто-позитрония испытуемым веществом, из сравнения кривых ингибирования делается вывод об отсутствии или наличии канцерогенных свойств у испытуемого вещества, при этом если исследуемое вещество более сильный или такой же ингибитор, как четыреххлористый углерод, то оно является канцерогеном.