Nanočástice – jejich vliv na lidský organismus

1. Nanočástice – jejich vliv na lidský organismus Ing. Karla Barabaszová, Ph.D. Mgr. Jana Kukutschová, Ph.D.

2. Centrum nanotechnologií na VŠB-TUO Založeno v r. 2007 jako vysokoškolský ústav na VŠB-TU Ostrava  Centrum nanotechnologií jako první v ČR začalo spolu s fakultami HGF, FMMI, FS vyučovat nový studijní program „Nanotechnologií“ Komplexní vývoj nanotechnologií a nano-materiálů od počítačového modelování přes technologii přípravy až po testování vlastností Vývoj analytických a diagnostických metod pro studium vlastností nanomateriálů Jako jediné pracoviště v ČR se zabýváme vlivem nanočástic na zdraví (nanopatologie)

3. Nanomateriály materiály, jejichž nové vlastnosti jsou určeny charakteristickými znaky o rozměrech mezi 1 - 100 nm, přinejmenším v jednom směru. uměle vytvořené nanostruktury májící zásadní význam pro funkci a vlastnosti materiálu. Ve škále nanorozměrů se hmota chová jinak než ve škále makrorozměrů a má odlišné vlastnosti. Využití těchto vlastností v materiálech, prvcích nebo systémech skýtá nové aplikační výstupy.

4. Struktury nanomateriálů: 3D nanotečky, nanočástice (všechny rozměry nano) 2D nanodestičky, vrstvy, filmy (dva rozměry nano) 1D nanodráty, trubičky, vlákna (jeden rozměr nano)

5. Jaderná energie, biotechnologie, toxické látky – všechny tyto technologická rizika mají svůj univerzálně platný znak. Tak proč ne také (potenciálně nebezpečné) nanotechnologie? Hazard !!!

6. Znak nanohazardu ETC Group (Action Group on Erosion, Technology and Concentration) - kanadská společnost, která se orientuje na podporu udržitelného rozvoje v oblasti kultury, ekologie a lidských práv. www.etcgroup.org Vyhlášena soutěž – navržení znaku nanohazardu. Vybrány 3 vítězné návrhy:

7. Hodnocení rizik nanomateriálů

8. Zdroje (<100 nm) • Přírodní – požáry, vulkanická činnost • Vedlejší produkty – dieslové emise, svařování, pyrometalurgie, smažení, aj. • Syntetické– oxidy kovů (TiO2, ZnO, ...), fullereny, aj.

9. Nanočástice v pracovním prostředí

10. Osud nanomateriálu v prostředí

11. Cesty expozice, distribuce a degradace nanočástic v přírodě UV degradace Příroda a lidé Příroda a lidé Dekontaminace Ukládání Vzduch Sorpce na organických materiálech Prášení Potravinový řetězec Potravinový řetězec Půda, flóra a fauna Biodegradace? Filtrace Voda Sediment Bentické organismy Biodegradace? Chemická degradace? Loužení Spodní voda

12. Saze z dieselových motorů Znečištění ovzduší prachovými částicemi: 42% doprava, 22% průmysl, 11% elektrárny, 9% domácnosti. U.S.-EPA: Emise prachových částic z dopravy – cca 210 000 t/rok (1999). - hlavní složky: organické sloučeniny, elementární uhlík - zdroje: diesel. motory (72%) a benzínové motory (28%). Většina prachových částic emitovaných spalováním nafty v dieselových motorech spadá do frakce pod 1 µm.

13. Toxikologicky významné parametry • Rizikové vlastnosti: • hmotnost→ absence gravitačního působení • povrch→ reaktivita (ROS) • velikost→ schopnost difundovat přes biomembrány Particle content 10 µg cm-3

14. Problémy nanotoxikologie Dozimetrie – jak vyjadřovat dávku (např. hmotnost, velikost, povrch, počet částic) ? Jak zjistit zda je daný materiál vpraven do detekčního organismu v požadované formě? Je problematické detekovat a kvantifikovat nanomateriály v buňkách a tkáních. Potřeba charakterizovat nanomateriály ve všech fázích toxikologického hodnocení. Jaké jsou nejvhodnější sledované parametry v testech toxicity (biochemické, genetické nebo morfologické změny) ? Je možná extrapolace výsledků testů na zvířatech z hlediska vlivu na zdraví člověka ?

15. Inhalační expozice Nanočástice – snadno suspendovatelné Inhalace - nejčastější druh expozice. Rozdělení velikostí částic • Inhalovatelná frakce(< 100 μm)částice schopné vstoupit do dých. traktu (vdechnuty nosem, ústy) • Thorakální frakce(< 10 μm)→do plic • Respirabilní frakce(< 5 μm) transport až do plic. sklípků Účinnost odchytu částic řasinkovým epitelem Částice (<100 nm) – po inhalaci: - do 60 s → alveoly - do 60 min → jaterní tkáň

16. Chronická inhalace nanočástic (< 100 nm) – testy toxicity Testovací organismus –potkan (extrémně citlivý na vznik zánětlivých procesů po expozici částicím) Materiál –kovy a jejich oxidy (Ni, Cd) nanočástice TiO2 SEM snímek plíce potkana demonstrující zúžení v oblasti přechodu průdušek v alveolární část plic. SEM snímek depozice inhalovaných částic v alveolární části.

17. Dermální expozice

18. Opalovací krémy Nanočástice TiO2 a ZnO - součást opalovacích krémů díky své schopnosti odrážet UVA a UVB záření. Účinnost těchto ochranných filmů závisí na velikosti a množství částic dispergovaných v emulzi. Častěji se používají anorganické sloučeniny v důsledku nižší toxicity a chemické stability během expozice UV záření.

19. Nano Ag • Dermální aplikace - antibakteriální účinky, (součást mastí, náplastí aj.) – léčebné použití • Dermální a orální expozice – netoxická pro člověka, toxická pro zvířata • Inhalace – akutní zdravotní dopady na člověka i zvířata • Nanostrukturované Ag – vykazuje vyšší toxicitu v In.vitro testech inhalační toxicity. Soto K. F., et a.l.: Comparative in vitro cytotoxicity assessment of some manufacturednanoparticulate materials characterized by transmissionelectron microscopy. J. Nanopart. Res. 7(145-169), 2005. Porovnání účinků Ag-částic na člověka a zvířata (In Tox. Profile for Silver, ATSDR U.S.)

20. Nanočástice a ultrajemné nanočástice v lidském organismu BLOOD Oberdörster G., et. al: Environ. Health Persp. 113(7):823-839. 2005.

21. Hlavní nedostatky informací • Není standardizována nomenklatura nanočástic. • Nejsou vhodné metody pro měření expozic na pracovních místech. • Pro posuzování expozic kůží nebo perorálně nejsou vhodné metody. • Chybí zhodnocení efektivity řízení expozic při výrobě a zpracování.

22. Závěry ? • Panika není na místě !!! • Nebezpečí vzniku psychologického odmítání nanomateriálů • Průmysl je odpovědný za posuzování možných rizik z výroby a používání nanomateriálů • Předpokládá se samostatná legislativa Nanotechnologie: → nové příležitosti pro zlepšování kvality života, → potenciál pro dosud nepoznané ekologické důsledky.