Mitä tiedetään nanomateriaalien terveysvaikutuksista. Harri Alenius, Tutkimusprofessori Nanoturvallisuuskeskuksen varajohtaja

Transkriptio

1 Mitä tiedetään nanomateriaalien terveysvaikutuksista Harri Alenius, Tutkimusprofessori Nanoturvallisuuskeskuksen varajohtaja

2 Nanomateriaalien ominaisuudet ovat yllättäviä nano bulkki Bulkki kulta: keltainen inertti C 1 nm kulta NP: sininen alhainen reaktiivisuus 200 C 3 nm kulta NP: punertava katalyyttinen 200 C Catalytic activity Cluster diameter (nm)

3 Nanomateriaalit mahdollistavat hyviä asioita From Andrew Maynard, Chief scientist of The Project on Emerging Nanotechnologies

4 Tuotteistaminen etenee hurjaa vauhtia turvallisuustutkimukseen ja viranomaissäätelyyn verrattuna Schematic representation of emergence of nanotechnology products in comparison to generated EHS data (Linkov and Satterstrom: Nanomaterial Risk Assessment and Risk Management, 2008).

5 Metallioksidinanopartikkelialtistumisen aiheuttama keuhkotulehdus Rossi EM, et al. Toxicol Sci (2):

6 Taustaa TiO2 nanopartikkeleita hyödynnetään laajasti teollisuudessa: kosmetiikka, lääketeollisuus, tekstiiliteollisuus, bioteknologia. TiO2 nanopartikkeleiden ominaisuuksia voidaan muunnella mm. päällystämällä niitä toisilla nanomateriaaleilla. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää erilaisten TiO2 nanopartikkelilaatujen tulehdusvaikutuksia hiiri- sekä solumalleissa.

7 Tutkimukseen käytettyjen partikkelien ominaisuudet 6 different particle types were tested - 3 different commercially available TiO 2 nanoparticles - 1 on-site generated TiO 2 nanoparticle - 1 commercial coarse TiO 2-1 SiO 2 nanoparticles (coating material) Characteristics identified: - Particle size, agglomeration size, surface area, phase structure, radical formation capacity, Z-potential Name Coated nanosized rutile TiO 2 Nanosized anatase TiO 2 Coarse rutile TiO 2 Nanosized SiO 2 Nanosized rutile TiO 2 Nanosized anatase/brookite TiO 2 Vendor Sigma-Aldrich Sigma-Aldrich Sigma-Aldrich NanoAmor NanoAmor Reactor-generated/FIOH Product number MR 5485HT N/A Particle size 10x40nm <25nm <5µm 10nm 30-40nm ~21nm Specific surface area 132 m 2 /g ( m 2 /g by S-A) 222 m 2 /g ( m 2 /g by S-A) 2 m 2 /g 515 m 2 /g (640 m 2 /g by NanoAmor) 23 m 2 /g (~30 m 2 /g by NanoAmor) 61 m 2 /g Phase structure rutile anatase rutile amorphous rutile anatase + brookite (3:1) Composition Ti, O, SiO 2 coating (<5% by S-A) Ti, O Ti, O Si, O Ti, O Ti, O Morphology of nanoparticles.

8 Pii-päällystetty nanotio2 aiheuttaa neutrofiilisen keuhkotulehduksen hiirissä Ainoastaan Pii-päällystetty nanotio2 aiheutti keuhkotulehduksen!!! 12 9 Neutrofiilit Päällystämiseen käytetty nano-pii (SiO2) ei aiheuttanut keuhkotulehdusta!!! % of BAL cells 6 3 Altistusaika 0-2h 1vk 2h 1vk 1kk 2h 1vk 2h 1vk 2h 1vk 1kk 2h 1vk 1kk nanosio2 amorphous nanotio2 +SiO2 rutile nanotio2 rutile nanotio2 anatase nanotio2 anatase (generated) coarsetio2 rutile

9 Johtopäätökset Partikkeleiden koko, pinta-ala ja muoto eivät näyttäneet olevan yhteydessä tulehdustapahtumaan. Pinnoitteet saattavat vaikuttaa merkittävästi nanopartikkelien toksisuuteen. Pinnoiteaineet sinällään eivät välttämättä ole toksisia. Nanomateriaalien turvallisuutta arvioidessa ei voida luottaa ainoastaan lähtömateriaalien toksisuustesteihin. Testaus pitää ulottaa niihin nanomateriaaleihin, joita varsinaisesti käytetään.

10 Moniseinämäisten kuitumaisten hiilinanoputkien (tankojen) aiheuttama tulehdus Palomäki J, Välimäki E, Vippola M, Savolainen K, Matikainen S and Alenius H: ACS nano (9):

11 Granuloomamuodostus erityyppisille partikkeleille /kuiduille 7 päivää peritoneaalialtistuksen jälkeen Granuloomamuodostus 7 päivää altistumisesta Lyhyt MWCNT näyte 1 Lyhyt MWCNT näyte 2 Pitkä amosiitti (brown asbestos) Pitkä MWCNT näyte 1 Pitkä MWCNT näyte 2 Lyhyt kuitu Pitkä kuitu

12 Altistuminen taipuisille hiilinanoputkille ei aiheuta keuhkotulehdusta eosinophils lymphocytes cells/hpf cells/hpf control exp 4h exp 4*4h 0 control exp 4h exp 4*4h 5000 IL13 mrna 2500 IFN-gamma mrna RQ RU control exp 4h exp 4*4h 0 control exp 4h exp 4*4h

13 Kuitumainen MWCNT ja asbestikuitu aiheuttavat samankaltaisen tulehdusreaktion makrofaageissa MWCNT Asbestos fibers Control LPS CB 100 CNTb 10 CNTb 100 CNTc 10 CNTc 100 CNTa 10 CNTa 100 Asbestos 10 Asbestos 100 IL-1 (pg/ml) Monocyte derived macrophages

14 Johtopäätökset Kuitumaisten pitkien hiilinanoputkien ja asbestikuitujen aiheuttama tulehdusreaktio on samankaltainen Lyhyet hiilinanoputket ja taipuisat pitkät hiilinanoputket eivät aiheuta tulehdusreaktiota Pitkille jäykille kuitumaisille hiilinanoputkille altistuminen saattaa olla terveydelle vaarallaista.

15 Johtopäätökset Pitkien kuitumaisten hiilinanoputkien hengittäminen aiheuttaa hiirimallissa voimakkaan allergisen keuhkotulehduksen ja astman oireet. Taipuisien hiilinanoputkien hengittäminen ei aiheuta keuhkotulehdusta. Pitkille kuitumaisille hiilinanoputkille altistuminen saattaa aiheuttaa astmaa

16 Nanosinkkioksidin (ZnO) vaikutukset atooppisen ihottuman hiirimallissa Ilves unpublished

17 Ihonkautta altistuminen nanosinkkioksidille vaimentaa atooppista ihotulehdusta PBS OVA/SEB OVA/SEB + ZnO

18 Johtopäätökset Ihonkautta altistuminen nanosinkkioksidille vähentää atooppista ihotulehdusta hiirimallissa Nanosinkkioksidia sisältävä aurinkovoide ei välttämättä ole haitallinen atooppista ihotulehdusta sairastaville ihmisille

19 Yleiset johtopäätökset Nanomateriaalien turvallisuutta arvioidessa ei voida luottaa ainoastaan lähtömateriaalien toksisuustesteihin. Testaus pitää ulottaa niihin nanomateriaaleihin, joita varsinaisesti käytetään. Hiilinanomateriaalien koko ja muoto saattaa vaikuttaa merkittävästi niiden haitallisuuteen. Pitkät jäykät kuitumaiset hiilinanoputket saattavat olla haitallisia terveydelle. Erilaiset nanomateriaalit aiheuttavat erityyppisiä terveysvaikutuksia. Osa vaikutuksista saattaa olla haitallisia, mutta osa vaikutuksista saattaa olla myös terveydelle hyödyllisiä. Valtaosa tutkituista nanomateriaaleista ei kuitenkaan näytä aiheuttavan haittaa terveydelle.