Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Toxicita nanočástic Miloslav Pouzar Ústav environmentálního a chemického inženýrství UNIVERZITA PARDUBICE 2010.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Toxicita nanočástic Miloslav Pouzar Ústav environmentálního a chemického inženýrství UNIVERZITA PARDUBICE 2010."— Transkript prezentace:

1 Toxicita nanočástic Miloslav Pouzar Ústav environmentálního a chemického inženýrství UNIVERZITA PARDUBICE 2010

2

3

4 Nanočástice 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 poly-dispersní systémy •půdní koloidy - částice jílů, oxidy a hydroxidy kovů, huminové kyseliny •ultrajemné podíly polétavého prachu (airborne UFPs) - mořská sůl •nanočástice biologického původu - pyly, mikroorganismy Antropogenního původu - produkované záměrně (Engineered - ENPs) obvykle mono-dispersní systémy •jednostěnné a vícestěnné uhlíkové trubice (SWNTs, MWNTs), fulereny (C-60) •TiO 2, MnO, ZnO, Fe 2 O 3 •polymerní nanočástice

5 Příklady použití ENPs Ag TiO 2, ZnO •UV ochrana - opalovací krémy, nátěry, sluneční brýle, autokosmetika •antimikrobiální účinky - lednice, vysavače, klimatizace, textil,..... Pt, Pd •katalytické vlastnosti - katalyzátory v automobilech CNT •elektronika, aditiva do pneumatik, lubrikanty, adsorpce kontaminantů SiO 2 •ohnivzdorná skla, UV-ochrana, elektronika, farmaceutické produkty Al 2 O 3 •baterie, mletí, protipožární ochrana, absorpce kovů, biosorbent Fe, Fe 2 O 3 •čištění vody, aditivum do betonu

6 "Neptej se MĚ, zeptej se Paracelsa" "Jsou nanočástic e toxické ?" "Jak už jsem řekl dříve - Všechny látky jsou jedy, nic není nejedovaté. Pouze dávka způsobuje, že látka přestává být jedem. Ale dneska se přeci všichni ptají sira Weba of Science...."

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

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

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

10 Dunford et al. (2002), McHugh and Knowland (1997) •TiO 2 / ZnO se podílí na tvorbě volných radikálů v kožních buňkách a na následném poškození DNA těchto buněk Opalovací krémy Long et al. (2006) EPA •nanočástice TiO 2 v opalovacích krémech mohou způsobovat poškození mozku u myší Handy et al. (2008) •genotoxické a cytotoxické účinky - ryby Long et al. (2007) EPA •NPs TiO 2 stimulace vzniku ROS v mozkových mikrogliích a poškození neuronů in-vitro

11 Kreyling et al. (2002) •iv aplikace radioaktivních NPs 191 Ir - distribuce do vnitřních orgánů (potkan) Vstup NPs do organismu Oberdörster et al. (2004) a Elder et al. (2006) •inhalované NPs MnO o velikosti 30 nm (potkan) •přestup přes zakončení čichových nervů v nosní dutině do čichového laloku předního mozku a z něj pak dále do hlubších struktur mozku (kůra, mozeček) •axonální translokace Monteiro-Riviere et al. (2007) •penetrace kůže na in-vitro a ex-vivo modelech, důkaz o přestupu NPs TiO 2 nejednoznačný Kreuter (2004) a Elder et al. (2006) •NPs potažené polysorbátem přestupují hematoencefalickou bariéru (BBB)

12 Hematoencefalická bariéra Kapilára Červená krvinka Endoteliální buňky kapilárních stěn Těsné spojení Astrocyty Základová membrána Polysorbát (Tween 80)

13 Oberdörster G. et al., Environmental Health Perspectives 113 (7) (2005)

14 Donaldson et al. (2002, 2006); Lam et al. (2004, 2006) •intra-tracheální instilace či aspirace suspenzí NPs TiO 2 či uhlíkových nanotrubic způsobuje v plicích u myší silnou zánětlivou odpověď i při nízkých koncentracích Pulmotoxické účinky NPs Shvedova et al. (2007) •akutní inhalační expozice uhlíkovým nanotrubicím (SWNTs, MWNTs) - zvýšený počet zánětlivých buněk v broncho-alveolární tekutině potkanů, plicní granulom a fibróza Ma-Hock et al. (2009) •tříměsíční inhalační studie na potkanech - uhlíkové MWNTs - vznik granulomů, při všech testovaných koncentracích (0; 0,1; 0,5 a 2,5 mg/m 3 ) Alenius et al. (2010) •zesílení zánětlivé reakce v plicích potkanů po úpravě povrchu TiO 2 zvyšující hydrofilitu

15 Pulmotoxické účinky NPs •při stejné dávce mají NSPs vyšší schopnost vyvolat zánětlivou reakci než částice větších rozměrů – vliv povrchu – TiO 2 (anatas) 20 a 250 nm – intratracheální aplikace – 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 Oberdörster G. et al., Environmental Health Perspectives 113 (7) (2005)

16 Celkově nízký počet prací, velký počet možných mechanismů, značná časová náročnost Genotoxické účinky NPs SCCP (2007) •nevhodnost in-vitro testů (Amesův) gentoxicity používaných pro roztoky •genotoxické účinky NPs souvisí se zánětlivým procesem Savolainen et al., Toxicology 269 (2010), •několik publikací popisujících in-vivo testy genotoxicity uhlíkových nanotrubic (SWCNT, MWNCT) - obvykle nesmyslně vysoké dávkování •vliv krystalické formy TiO 2 (rutil vs. anatas) na výsledky různých typů in-vitro testů genotoxicity (kometový test, mikrojaderný test)

17 Muller et al. (2009) •MWCNT ip, potkan kmen Wistar - žádná indukce mesotheliomu •trubice kratší než 5  m - úspěšná fagocytóza makrofágy Karcinogenní účinky NPs Takagi et al. (2008) •perzistentní částice (Azbest) obvykle vyvolávají lokální tvorbu reaktivních forem kyslíku (ROS), vzniká dlouhodobý zánět  zvýšené riziko rakoviny Savolainen et al., Toxicology 269 (2010), •celá řada prací popisující schopnost SWCNT a MWNCT indukovat tvorbu ROS při testech in vivo Takagi et al. (2008) •schopnost MWCNT vyvolávat mesotheliom u p53 +/+ myší převyšovala účinek azbestu (crocidolit) - obvykle se jednalo o AGLOMERÁTY, intraperitoneální apl.

18 Karcinogenní účinky NPs Singh N. et al., Biomaterials 30, 3891–3914 (2009)

19 Indukce oxidativního stresu vyvolaná NPs Singh N. et al., Biomaterials 30, 3891–3914 (2009)

20 Scaper et al. (1999) •vysoký obsah snadno peroxidovatelných nenasycených mastných kyselin, vysoká spotřeba kyslíku a relativně nízké % antioxidačních enzymů v mozkové tkáni - vysoká citlivost mozku na zvýšenou tvorbu ROS Neurotoxické účinky NPs Nel et al. (2006) •oxidativní stres a následná zánětlivá odpověď organismu jsou hlavními mechanismy jak NPs poškozují neurony Mates et al. (1999) •zvýšená produkce ROS  zvýšené riziko Alzheimerovy, Parkinsonovy a Huntingtnovy choroby Campbel et al. (2005) •zvýšená koncentrace NPs v mozkové kůře a hippocampu u nemocných Alzh.

21 Neurotoxické účinky NPs Hu et al., International Journal of Pharmaceutics 394 (2010)

22 Ma et al. (2009) •při ip aplikaci 150 mg/kg TiO 2 během 14 dnů akumulace NPs v mozku myši - oxidativní stres a poškození mozku •anatas se akumuluje lépe (500 ng/g) než "bulk" TiO 2 (350 ng/g) Neurotoxické účinky NPs Wang et al. (2009) •negativní vliv Cu-90 a Mn-40 NPs na sekreci dopaminu při in-vitro testech (PC12) Deng et al. (2009) •NPs ZnO ( nm) - indukce apoptózy neurálních kmenových buněk - vliv Zn 2+ iontu uvolněného uvnitř buněk Lockman et al. (2004) •vliv náboje NPs na destrukci BBB - neutrální NPs a nízké koncentrace záporně nabitých NPs bez efektu, destrukce BBB kladně nabitými NPs

23 Radomski et al. (2005) •inhalace SWCNT a MWCNT - agregace krevních destiček, trombóza Vliv NPs na oběhový systém Nurkiewitz et al. (2008) •znečištění ovzduší polétavým prachem má prokázanou spojitost se zvýšeným rizikem úmrtí na srdeční choroby •prachové částice větších poloměrů (0,1 - 2,5  m) způsobují při intratracheální expozici u potkanů zánětlivou reakci cévních stěn •inhalace nízkých koncentrací NPs TiO 2 - microvaskulární disfunkce, trombóza Ericson et al. (2008) •nanočástice fumagillinu naplněné statinem použity k léčbě aterosklerózy

24 Hui Yang et al., J. Appl. Toxicol. 2009, 29, •srovnávací in vitro studie toxicity čtyř druhů nanočástic a odhad možných mechanismů jejich toxického účinku Faktory ovlivňující toxicitu NPs

25 Hui Yang et al., J. Appl. Toxicol. 2009, 29, •pro pokus použity PMEF buňky (primary mouse embrio fibroblast) •viability test (test přežívání) - živné médium mění zabarvení vlivem enzymatické aktivity buněk Faktory ovlivňující toxicitu NPs

26 Hui Yang et al., J. Appl. Toxicol. 2009, 29, •LDH (laktát dehydrogenáza) - enzym, jehož extracelulární přítomnost signalizuje mechanické poškození příslušných buněk

27 Hui Yang et al., J. Appl. Toxicol. 2009, 29, •SOD (superoxid dismutáza) - enzym redukující oxidativní stres •MDA (malondialdehyd) - produkt reakce ROS a polynenasycených lipidů

28 •Tail DNA - test poškození DNA prováděný pomocí SGCE (single cell gel electrophoresis) Hui Yang et al., J. Appl. Toxicol. 2009, 29, 69-78

29 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 SiO 2 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

30 Savolainen K. et al., Toxicology 269 (2010) Strategie testování toxicity NPs Fyzikálně chemická charakterizace •specifický povrch •chemická reaktivita •úroveň znečištění - těžké a přechodové kovy, organická rozpouštědla apod •chování v aerosolech a suspenzích - agregace Stupeň I Testování na acelulárních systémech •produkce ROS, RNS apod vyřazení z dalšího testování, pokud je dostupný test s dostatečnou predikční schopností, klasifikace Ne Ano

31 Savolainen K. et al., Toxicology 269 (2010) Strategie testování toxicity NPs In-vitro testy •genotoxicita, imunotoxicita, dermální toxicita, oční toxicita, neurotoxicita, hepatotoxicita Stupeň II In vivo testy •imunotoxicita, orgánová toxicita, genotoxiicita, reprodukční toxicita, ADME Ne Ano vyřazení z dalšího testování, klasifikace Ne Ano Stupeň III vyřazení z dalšího testování, klasifikace

32 Savolainen K. et al., Toxicology 269 (2010) Strategie testování toxicity NPs Pozitivní testy genotoxicity a mutagenity vedou k dlouhodobým in vivo testům karcinogenity a reprodukční toxicity Stupeň IV Daphnia magna přecpaná nanočásticemi TiO 2, SWCNT a Daphnia držící dietu


Stáhnout ppt "Toxicita nanočástic Miloslav Pouzar Ústav environmentálního a chemického inženýrství UNIVERZITA PARDUBICE 2010."

Podobné prezentace


Reklamy Google