Toxicita nanočástic Miloslav Pouzar Ústav environmentálního a chemického inženýrství UNIVERZITA PARDUBICE 2011
Co mají tyto věci společné?
Co mají tyto věci společné? Protects sensitive skin with natural minerals zinc and titanium (no nano-particles). For cosmetics companies these days, nanotechnology can be a selling point or a radioactive taboo http://newhavenindependent.org/index.php/archives/entry/nanocosmetics_opportunity_or_risk/
Výrobky s obsahem nanomateriálů N. Singh et al. / Biomaterials 30 (2009) 3891–3914
"Neptej se MĚ, zeptej se Paracelsa" "Jsou nanočástice 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...."
Počet odkazů týkajících se toxicity nanočástic na Web of Science A. Kahru et al. / Toxicology 269 (2010) 105–119
Počet odkazů týkajících se toxicity nanočástic na Science Direct A. Kahru et al. / Toxicology 269 (2010) 105–119
Antimikrobiální účinky Ag NPs (možné mechanismy, časová souslednost) Ag+ uvolněné z Ag NPs vyvolá tvorbu ROS Ag NPs interagují s membránovými proteiny a mění jejich funkci AgNPs se akumulují na povrchu buněčné membrány a mění její propustnost Ag NPs přestupují do buňky, kde generují ROS, uvolňují Ag+ a poškozují DNA vzniklé ROS mohou též poškodit DNA, integritu buněčné membrány a membránové proteiny uvolněné Ag+ - poškození DNA a membránových proteinů (Damm et al. 2008; Neal 2008) Marambio-Jones C., Hoek E.M., Journal of Nanoparticle Research 12, 1531-1554 (2010)
Rezistence mikroorganismů proti účinkům těžkých kovů- produkce NPs Intracelulární mechanismy „efflux“ – aktivní transport s využitím proteinových přenašečů změna rozpustnosti – srážení iontů za vzniku nerozpustných sloučenin, redukce iontů za vzniku nanočástic kovu vznik quasi-monodisperzních systémů uvolnění NPs z buňky – ultrazvuk, detergenty Ag NPs – Pseudomonas stutzery Ag259 Ag-Au slitiny – Lactobacillus (podmáslí) Vliv Cl- - AgCl res, AgCl2- a AgCl32- res Topologie nanokrystalů Ag – Pseudomonas stutzeri AG259 Extracelulární mechanismy biomineralizace, biosorpce, komplexace, srážení (Klebsiella pnemonia, E. coli) vznik silně polydispersních systémů Narayanan K.B., Sakthivel N., Advances in Colloid and Interface Science 156, 1-13 (2010)
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 magna indukován 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 Burnett and Wang 2010 – stratum corneum je efektivní bariéra zabraňující přestupu TiO2 a ZnO NPs do systémového oběhu, vliv poranění kůže?
Nanočástice AD(ME) Penetrace kůží Gulson et al. (2010) - NPs ZnO v opalovacích krémech, velikost 19 a 100 nm, zdravá lidská kůže, zvýšená koncentrace Zn v krvi – forma? Rouse et al. 2007 – fullereny, prasečí kůže – vliv ohybu na míru penetrace Zhang et al. 2008 – kvantové tečky, neporušená kůže – 100% záchyt ve stratum corneum, porušená kůže – přestup do systémového oběhu Otberg et al. 2004 – záchyt TiO2 NPs ve vlasovém folikulu po aplikaci opalovacího krému, doba setrvání 10 dní (ve stratum corneum pouze 1 den) J. Lademann et al. / European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 77 (2011) 465–468
Nanočástice AD(ME) Axonální translokace Elder et al. (2006) – inhalace MnO (30 nm, 500 g.m-3) – potkan, oběma nosními dírkami (12 dní) - nárůst Mn v plicích 2-krát, v čichovém laloku 3,5-krát, jen levou nosní dírkou – nárůst Mn pouze v levé části čichového laloku
----------------------- Nanočástice AD(ME) Axonální translokace +/- ENPs inhalace nos plíce krev Sekundární orgány ----------------------- Redistribuce do krve Mozek/CNS Axonální transport Translokace penetrace BBB Akutní expozice Chronická expozice Yu et al. (2007) – Au 20 nm (2106 částic.cm-3), 5 dní – akumulace v čichovém laloku (8 ng.g-1), 15 dní – entorhinální kůra Oberdorster et al. (2005) – prostupnost čichového laloku pro 20 nm NPs je u člověka asi 2-10 vyšší než u potkana – průnik do hlubších struktur mozku Garzotto and De Marchis (2010) – kvantové tečky, myš – vstup do čichového laloku extracelulární cestou nikoli axonální translokací http://www.particleandfibretoxicology.com/content/pdf/1743-8977-7-42.pdf
Nanočástice AD(ME) GI-absorpce Transcytóza přes M-buňky v Peyerových plátech (20-500 nm) Endocytóza přes enterocyty (<50-100 nm) Paracellulární transcytóza (velmi malé NPs - jen při nemoci) Persorpce otvory v záhybech klků (nezáleží na velikosti) J.J. Powell et al. / Journal of Autoimmunity 34 (2010) J226-J233
Singh N. et al., Biomaterials 30, 3891–3914 (2009) Genotoxické účinky NPs spíše epigenetický nežli genotoxický účinek !!!! Singh N. et al., Biomaterials 30, 3891–3914 (2009)
Genotoxické účinky NPs Amesův test nízká schopnost využívaných bakterií absorbovat NPs pomocí endocytózy - vysoká míra falešně negativních výsledků Konfliktní výsledky různých typů testů Warheit et al. (2007) - TiO2 - negativní Amesův test a test chromozómových aberací (hamster ovary cells) Kang et al. (2008) - TiO2 - pozitivní kometový a mikrojaderný test (periferal blood lymphocytes) Vliv buněčné linie zvolené pro in-vitro testy Pacurary al. (2008) - SWCNT - buňky mesothelu více citlivé na poškození DNA než buňky mesotheliomu Vliv doby expozice a doby setrvání částice v buňce (koroze) Singh N. et al., Biomaterials 30, 3891–3914 (2009)
Karcinogenní účinky NPs Takagi et al. (2008) schopnost MWCNT vyvolávat mesotheliom u p53 +/+ myší převyšovala účinek azbestu (crocidolit) - obvykle se jednalo o AGLOMERÁTY, intraperitoneální apl. crocidolite MWCNTs fullerenes
Reprodukční toxicita NPs 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
Reprodukční toxicita NPs Ag NPs (15 nm) a CdO (1 000 nm) Mitochondriální funkce Integrita buněčné membrány Spermatogoniální kmenové buňky Jaterní buňky Braydich-Stolle L. et al./ Toxicological Sciences 88 (2), 412-419 (2005)
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. 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 Hu et al., International Journal of Pharmaceutics 394 (2010) 115 - 121
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 (20-300 nm) - indukce apoptózy neurálních kmenových buněk - vliv Zn2+ 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 Ma et al. (2009) při ip aplikaci 150 mg/kg TiO2 během 14 dnů akumulace NPs v mozku myši - oxidativní stres a poškození mozku anatas se akumuluje lépe (500 ng/g) než "bulk" TiO2 (350 ng/g)
Koloidní stříbro - Argyrie Paul Karason – následky léčby škrábanců od kočky Stan Jones – strach z jevu Y2K Rosemary Jacobs – nosní kapky Podrobnosti: M. Pouzar, Modří mužové, www.osel.cz http://www.osel.cz/index.php?obsah=6&clanek=5505
Děkuji za pozornost