1 / 33

Toxicita nanočástic

Toxicita nanočástic. Miloslav Pouzar. Amosite (hnědý azbest). Crocidolite (modrý azbest). Chrysotile (bílý azbest). Azbest. Azbest. Počátky průmyslového využití první komerční důl na azbest – 1879 Quebeck izolace teplovodního potrubí, boilerů, pecí

kennan-fowler
Download Presentation

Toxicita nanočástic

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Toxicita nanočástic Miloslav Pouzar

  2. Amosite (hnědý azbest) Crocidolite (modrý azbest) Chrysotile (bílý azbest) Azbest

  3. Azbest Počátky průmyslového využití • první komerční důl na azbest – 1879 Quebeck • izolace teplovodního potrubí, boilerů, pecí • stavební materiály, zahradní nábytek, brzdové obložení, cigaretové filtry • zvuková izolace, protipožární zábrany • za 2. sv. války masivní využití azbestu při stavbě lodí

  4. Azbest – nebezpečná vlákna • za toxické jsou považovány vláknité formy příslušných minerálů • zdravotní rizika spojena s dlouhodobou chronickou expozicí • dlouhá doba latence (desítky let) Délka vlákna > 5 m Průměr vlákna < 3 m(<0,1 m!!!) Délka/Průměr vlákna > 3 • rovná vlákna amfibolu mají větší schopnost penetrace plicní tkání než zahnutá vlákna chrysotilu • na povrchu chrysotilu Mg2+ (cytotoxický efekt), na povrchu amfibolů Fe2+ (Fentonova reakce, oxidativní stres)

  5. Azbest – zdravotní rizika • azbestóza - doba latence 10 - 40 let (chrysotil) • broncho-alveolární karcinom - doba latence 15 - 30 let (amfiboly) • pleurální plak • mesotheliom - doba latence 35 - 40 let (i 65 let) (amfiboly) John Darabant

  6. Asbestosis: Number of Deaths, Crude and Age-Adjusted Mortality Rates (1968-1996)

  7. Nanočástice poly-dispersní systémy • půdní koloidy - částice jílů, oxidy a hydroxidy kovů, huminové kyseliny • ultrajemné podíly polétavého prachu (airborne UFPs) - zvětrávání hornin mořská sůl • nanočástice biologického původu - pyly, mikroorganismy • uhlíkové nanotrubice (CNTs) a fulereny v 10 000 let staré vrstvě ledu - Grónsko (požáry, sopečná činnost) Přírodního původu Antropogenního původu - produkované nezáměrně obvykle též poly-dispersní systémy • dehet, fulereny a uhlíkové nanotrubice v dýmech • znečištění při svařování a plazmovém obrábění kovů • letecká a automobilová doprava • vaření

  8. Nanočástice Antropogenního původu - produkované záměrně (Engineered - ENPs) obvykle mono-dispersní systémy (homogenita ve velikosti částic, tvaru, složení, krystalové struktuře,...) • jednostěnné a vícestěnné uhlíkové trubice (SWNTs, MWNTs), fulereny (C-60) • kovové nanočástice - Ag, Au, Fe, Cu • oxidy kovů - TiO2, MnO, ZnO, Fe2O3 • dendrimery, polymerní nanočástice

  9. A. Kahru et al. / Toxicology 269 (2010) 105–119 Počet odkazů týkajících se toxicity nanočástic na Web of Science

  10. Nové nanomateriály (NNm) Data o toxicitě/nebezpečnosti NNm Objem výzkumu Data o toxicitě/nebezpečnosti NNm vyhodnocená regulačními orgány Čas Současnáúroveň poznání o toxicitě nanomateriálů K. Savolainen et al. / Toxicology 269 (2010) 92–104

  11. Opalovací krémy • Dunford et al. (2002), McHugh and Knowland (1997) - TiO2 / ZnO se podílí na tvorbě volných radikálů v kožních buňkách a na následném poškození DNA těchto buněk • Long et al. (2006) - EPA nanočástice TiO2 v opalovacích krémech mohou způsobovat poškození mozku u myší • Hund-Rinke and Simon 2006 – toxický účinek fotoaktivních NPs TiO2 na Daphnia magnaindukován předběžným osvícením UV světlem – fotokatalytická aktivita poté přetrvává i za nepřítomnosti světla • Oberdörster et al. 2007, Hirano et al. 2005 – toxický účinek fotoaktivních NPs TiO2 zvýšen v přítomnosti světla – mechanismus spojen s produkcí ROS

  12. Experiment I Hui Yang, Chao Liu, Danfeng Yang, Huashan Zhanga, Zhuge XiaComparative study of cytotoxicity, oxidativestress and genotoxicity induced by fourtypical nanomaterials: the role of particle size,shape and compositionJournal of Applied Toxicology 29, 69-78, (2009) Velikost, tvar a chemické složení

  13. Hui Yang et al., J. Appl. Toxicol. 2009, 29, 69-78 • srovnávací in vitro studie toxicity čtyř druhů nanočástic a odhad možných mechanismů jejich toxického účinku

  14. pro pokus použity PMEF buňky (primary mouse embrio fibroblast) • viability test (test přežívání) - živné médium mění zabarvení vlivem enzymatické aktivity buněk (WST-1 assay) Absorpce při 440 nm

  15. Průměrné hodnoty LDH byly zvýšeny o 70,4; 88,0; 76,6 a 106,4 % oproti kontrole • LDH (laktát dehydrogenáza) - enzym, jehož extracelulární přítomnost signalizuje porušení integrity buněčné membrány příslušných buněk (PMEF buňky) – test citlivý na mechanické poškození buněk

  16. DCFH-DA (2,7-dichlorfluorescein diacetat) – látka difunduje do buňky, reaguje s ROS a mění se na vysoce fluoreskující DCFH – intenzita fluorescence odpovídá koncentraci ROS v buňce ZnO CNTS SiO2 CB

  17. Kometový test - test poškození DNA, úroveň parametru „Tail DNA“ koreluje s mírou poškození DNA • pro test použity dvě koncentrace NPs – 5 g.L-1 a 10 g.L-1 • pro ZnO nepozorována závislost míry poškození DNA na koncentraci !!!

  18. Závěry studie Cytotoxicita a oxidativní stres • ZnO (oxid kovu) má výrazně větší cytotoxický efekt, než oxid křemičitý a obě formy uhlíku • tvarová podobnost a shodná velikost částic mezi ZnO a SiO2 ukazuje, že vliv na rozdíl v toxicitě má v daném případě chemické složení • menší částice CB mají menší cytotoxický a oxidativní efekt než větší částice ZnO • rozdílné chemické složení částic vede k jejich rozdílné schopnosti katalyzovat reakce vedoucí k produkci ROS a tím k oxidativnímu stresu, tvar částic má menší vliv než jejich chemické složení Genotoxicita • CNTs vykazují větší schopnost poškozovat DNA než ZnO, které je nejefektivnější z hlediska schopnosti vyvolat oxidativní stres • mechanismem genotoxického účinku CNTs může být mechanické poškození DNA • výrazný vliv tvaru na genotoxické účinky

  19. Experiment II Oberdörster G., Ferin J., Finkelstein J., Wade P., Corson N., Increased pulmonary toxicity of ultrafine particles II. Lung lavage studiesJournal of Aerosol Science 21:384–387 (1990) Povrch

  20. TiO2 (anatas) 20 a 250 nm • intratracheální instilace – potkan • po 24 h měřena plicní zánětlivá neutrofilní reakce • pro částice stejného složení a různého povrchu je lepší mírou dávky celkový povrch částic, než jejich hmotnost či počet

  21. Experiment III Shiqian Zhu, Eva Oberdörster, Mary L. Haasch,Toxicity of an engineered nanoparticle(fullerene, C60) in two aquatic species, Daphniaand fathead minnowMarine Environmental Research 62, S5–S9 (2006) Agregace

  22. Fullereny (C60) – test na Daphnia magna • ve vodném prostředí tvoří agregáty (povrchový film) • techniky zajišťující kontakt mezi pokusným organismem a zkoumanou látkou • povrchově aktivní látky – THF (tetrahydrofuran) • míchání • ultrazvuk

  23. Takagi et al. (2008) schopnost MWCNT vyvolávat mesotheliom u p53 +/+ myší převyšovala účinek azbestu (crocidolit) - obvykle se jednalo o AGLOMERÁTY, intraperitoneální apl. crocidolite fullerenes MWCNTs

  24. Experiment IV Elder A., Gelein R., Silva V., Feikert T., Opanashuk T., Carter J. Potter R., Maynard A., Ito Y., Finkelstein J., Oberdörster G.Translocation of Inhaled Ultrafine Manganese Oxide Particles to the CentralNervous SystemEnvironmental Health Perspectives114 (8),1172-1178 (2006) Interakce s organismem - toxikokinetika

  25. Inhalační expozice MnO (30 nm, 500 g.m-3) - potkan • Analýza MnO v plicích, játrech, čichovém laloku (olfactory bulb) • Inhalace oběma nosními dírkami – 12 dní • koncentrace Mn v plicích vzrostla 2-krát, v čichovém laloku 3,5-krát • mírný nárůst koncentrace Mn pozorován i v dalších částech mozku (striatum, frontal cortex, and cerebellum) • v plicích nepozorovány projevy zánětlivé reakce • v čichovém laloku pozorovány četné známky zánětlivé reakce (tumor necrosis faktor- mRNA – nárůst 8-krát) • Inhalace pouze levou nosní dírkou – 2 dny • výrazný nárůst koncentrace Mn pouze v levém čichovém laloku

  26. Takeda et al. (2009) – březí myši podkožně aplikována suspenze NPs • TiO2 - anatas, 25-70 nm, 100 L, 1 mg.mL-1 - aplikace 3, 7, 10 a 14 dní po oplodnění • porodní váha potomků exponovaných samic byla nižší (88% vs. kontrola) • u narozených samečků TiO2 detekováno v genitáliích - výrazně nižší spermatogeneze • u narozených samečků TiO2 v čichovém laloku mozku – výrazně vyšší biomarkery zánětlivé reakce

  27. Mechanismy toxického účinku NPs • povrch částice vyvolá oxidativní stres který vyústí v nárůst koncentrace Ca2+ v buňce a v následnou aktivaci příslušných genů • přechodné kovy uvolněné z povrchu částice vyvolají oxidativní stres…. • receptory na povrchu buněčné membrány jsou aktivovány přechodnými kovy – následuje aktivace genů • buňkou pohlcené nanočástice poškodí mitochondrie a vyvolají oxidativní stres

  28. Nanotoxikologie je komplexní obor – úspěch v této oblasti je zásadně podmíněn efektivní mezioborovou kooperací. Odborníci, kteří chtějí v nanotoxikologii uspět musí hledat nový obecněji srozumitelný jazyk, který umožní spolupráci v dosud sobě velmi vzdálených vědních disciplínách Oberdörster 2005 Existuje dnes vůbec nějaká vědní disciplína, pro kterou by výše uvedený výrok neplatil? Pouzar 2010

  29. Děkuji za Váš čas

More Related