Synteettisten nanohiukkasten ja nanoteknologian riskit

Kai Savolainen ja Harri Vainio KATSAUS Synteettisten nanohiukkasten ja nanoteknologian riskit Teollisesti tuotetut synteettiset nanohiukkaset mahdollistavat nopeasti yleistyvän nanoteknologian, aineen hyödyntämisen nanokoossa. Näiden hiukkasten yksi tai useampi halkaisija on 1 100 nm. Jotkin näistä hiukkasista voivat aiheut taa terveyshaittoja, mutta suuri osa lienee kuitenkin ihmisille haitattomia tai vain vähän haitallisia. Nanohiukkasille altistuvien työntekijöiden määrä noussee pian miljooniin ja altistuvien kuluttajien satoihin miljooniin. Terveyshaitat voivat yleistyä näissä ryhmissä, joita ovat esimerkiksi keuhkotulehdus ja keuhkojen arpeutuminen, vaikutukset verenkiertoelimistöön ja aivoihin sekä syöpä. Järjestelmälliset tiedot synteettisten nanohiukkasten myrkyllisyydestä ovat kuitenkin niin niukat, että niiden luotettava arviointi ei ole toistaiseksi mahdollista. Ajankohtainen haaste onkin varmistaa synteettisten nanohiukkasten turvallinen käyttö. Nanoteknologia mahdollistaa uudenlaiset kevyet ja lujat materiaalit, puhtaan veden huokean tuotannon, puhtaan energian, älykkään paperin, paremmat tietokoneet sekä uudenlaiset lääkkeet (Maynard ym. 2006, Savolainen ym. 2010, www.wilsoncenter.org). Esimerkiksi nanoselluloosaa voidaan käyttää paperin valmistuksessa, tekstiiliteollisuudessa, kosmetiikassa tai elintarvikkeiden lisäaineina (Maynard ja Aitken 2007). Kuluttajien ulottuvilla on jo nyt tuhansia nanoteknologiaan perustuvia tuotteita. Niiden määrä on kasvanut erittäin nopeasti, mikä on tuonut ne osaksi arkipäiväämme (www.wilsoncenter.org). Kuvassa 1 on esitetty kuluttajatuotteiden määrän kasvu viime vuosina ja kuvassa 2 nanoteknologiaan perustuvien kuluttajatuotteiden jakaantuminen erilaisiin ryhmiin. Nanoteknologinen tutkimus Nanoteknologinen tutkimus tarkoittaa 1 100 nanometrin kokoisiin synteettisiin hiukkasiin kohdistuvaa tutkimusta. Tavoite on luoda materiaaleja, joilla on nanokokonsa takia uusia ominaisuuksia ja käyttötarkoituksia (Maynard ja Aitken 2007). Nanoteknologisen tutkimuksen on oltava monitieteistä ollakseen tuloksellista. Tarvitaan materiaalitieteitä, teknologiaa, fysiikkaa, elektroniikkaa ja biotieteitä. Esimerkkejä uudenlaisesta yhteistyöstä ovat paperiteollisuuden ja VTT:n Nanoselluloosakeskus Otaniemessä (www.vtt.fi/references/ nanocellulosic_centre.jsp) ja Työterveyslaitoksen nanohiukkasten turvallisuuden tutkimusohjelma (www.ttl.fi). Suomessa nanoteknolo Tuotteiden määrä 1 200 1 000 800 600 400 200 54 356 580 803 1 015 0 2005 2006 2007 2008 2009 Vuosi Vuosi Kuva 1. Nanoteknologiaan perustuvien kuluttajatuotteiden määrät ja niiden lähiajan kehitys ennen muuta Yhdysvaltain mutta myös muiden maiden markkinoilla Woodrow Wilson International Center for Scholarsin (2011) tietokannan mukaan. Määrät kuvaavat varsin hyvin myös tilanteen suhteellista kehitystä Suomessa. 1097 = Artikkeliin liittyy Internet-oheisaineistoa Duodecim 2011;127:1097 104

KATSAUS Tuotteiden määrä 700 605 525 8.3.2006 25.8.2009 350 175 0 Terveys ja hyvinvointi 152 Koti ja puutarha Elektroniikka ja tietotekniikka 98 57 Elintarvikkeet Määrittelemättömät 55 68 Autotarvikkeet Laitteet 37 Lasten tarvikkeet 10 Kuva 2. Kuluttajatuotteiden määrät tuoteryhmittäin Woodrow Wilson International Center for Scholarsin (2011) tietokannan mukaan. 1098 giaa hyödyntävien yritysten lukumäärä on kasvanut nopeasti ja on jo lähes 300, ja yritysten liikevaihto on noin 300 400 miljoonaa euroa. Sen on arvioitu kasvavan 1,2 miljardiin vuoteen 2013 mennessä. Globaaliksi nanoteknologian tuotannoksi vuonna 2014 on arvioitu 2 miljardia euroa (Wu 2010, www.wilsoncenter. org). Terveys- ja turvallisuushaasteet Luonnossakin syntyy päivittäin nanokokoisia partikkeleja, kuten viruksia ja vulkaanisia hiukkasia. Nanokokoisia hiukkasia syntyy myös poltossa ja muissa teollisissa prosesseissa. Yksin kivihiilen polton sivutuotteena syntyy vuosittain noin 5 miljoonaa tonnia nanokokoisia hiukkasia, joista osapuilleen 10 % vapautuu ilmakehään ja joista monien tiedetään olevan terveydelle haitallisia (Nur kiewicz ym. 2008). Esimerkiksi hiilinanoputkien vuosituotanto on noin 5 000 tonnia, tuhannesosa ympäristöön joutuneista hiiltä sisältävistä nanohiukkasista. Hiilinanoputket eivät vapaudu ilmakehään toisin kuin esimerkiksi palamisen yhteydessä syntyvät nanohiukkaset vaan työpaikkailmaan. Sen takia synteettisiä nanohiukkasia, kuten hiilinanoputkia koskeva säätely Euroopan Unionissa kuuluu uuden kemikaalilainsäädännön piiriin (REACH 2006). Ympäristön epäpuhtauksia pyritään säätelemään erilaisin normein. Käytettävissä oleva mittaustekniikka ei mahdollista synteettisten nanohiukkasten erottamista vastaavista luonnonhiukkasista (Seipenbusch ym. 2008). Muutenkin tiedot erilaisten hiukkasten ominaisuuksista, käyttäytymisestä, pääsystä elimistöön ja vaikutuksista ovat puutteellisia. Synteettisten nanohiukkasten ominaisuudet voivat olla yllättävän erilaisia verrattuina muuten samanlaisiin kemiallisiin aineisiin. Nanokoossa eivät toimi klassisen fysiikan vaan kvanttifysiikan lait. Eristävät aineet voivat olla sähköä johtavia ja liukenemattomat aineet liukenevia. Myös muut ominaisuudet, kuten kovuus ja kestävyys saattavat muuttua. Monista synteettisistä nanohiukkasista saadaan kestäviä ja keveitä rakenteita. Esimerkiksi hiilinanoputkien vetolujuus on parempi kuin teräksen ja sähkönjohtokyky parempi kuin kuparin. Synteettiset nanohiukkaset ja niille altistuminen Synteettisille nanohiukkasille altistumisen arviointi edellyttää altistumisympäristöjen tuntemista. Schulte ym. (2008) ovat esittäneet, että merkittävää altistumista synteettisille nanohiukkasille voi tulevaisuudessa tapahtua pienis K. Savolainen ja H. Vainio

sä nanoteknologiaa hyödyntävissä yrityksissä, joissa ei ole riittävää tietämystä suojautumisen tarpeesta. Suuri vastuu turvallisuudesta on alan tutkimuslaitoksilla. Altistumista voi tapahtua myös tutkimuslaboratorioissa, synteettisten nanohiukkasten laajassa tuotannossa, materiaalien pakkaamisen ja kuljetuksen yhteydessä sekä valmisteiden muuttuessa raaka-aineeksi kierrätyksen yhteydessä (kuva 3). Aerosolimuotoisilla synteettisillä nanohiukkasilla on taipumus agglomeroitua ja kiinnittyä kaikkialla oleviin tausta-aerosolihiukkasiin. Synteettisten nanohiukkasaerosolien hiukkaskoon muutokset vaikuttavat nopeasti hiukkasten käyttäytymiseen hengitysteissä sekä pääsyyn keuhkojen eri osiin ja edelleen muualle elimistöön systeemisen verenkierron välityksellä (ICRP 1994). Nämä muutokset myös vaikeuttavat synteettisille nanohiukkasille altistumisen arviointia. Synteettisten nanohiukkasten erottaminen luotettavasti muista nanohiukkasista ei ole mahdollista ilman elektronimikroskopiaa (Peters ym. 2009). Kuljetus Tutkimuslaboratoriot Varastointi / huolto Jätteen käsittely Julkiset Kaupalliset Pienyritykset Kuljetus Varastointi / huolto Nanomateriaalien laaja tuotanto Varastointi / huolto Kuljetus Jätteen käsittely Nanoteknologisten tuotteiden valmistus Huolto Käsittely Sovellukset lääketiede Jäte Kierrätys Kuva 3. Esimerkkejä työpaikoista, joissa on vaarana altistua synteettisille nanomateriaaleille. Mukailtu Schulten ym. (2008) artikkelista. Toistaiseksi vain muutamantyyppisiä synteettisiä nanohiukkasia tuotetaan globaalisti suuria määriä, mutta tuotanto ja samalla myös altistuminen lisääntyvät nopeasti. Tärkeimpiä tuotannossa olevia synteettisten nanohiukkasten tyyppejä ovat hiilinanoputket ja metallioksidit, erityisesti kosmetiikka- ja maaliteollisuuden käyttämä titaanidioksidi. Hiilinanoputkien käyttö lisääntyy erityisesti auto-, sähkö-, puolijohde-, muovi- ja elektroniikkateollisuudessa. Vaikka monille synteettisille nanohiukkasille altistuminen lisääntyy nopeasti, luotettavia tutkimuksia työpaikoilla altistumisesta on julkaistu niukasti (Brouwer 2010). Näin ollen tietomme tästä aihepiiristä ovat erittäin vähäiset. Nanoteknologian ja synteettisten nanohiukkasten terveyshaitat Mitä pienempi hiukkanen on, sitä suurempi on sen pinta-alan ja tilavuuden suhde ja sitä suurempi osa sen molekyyleistä tai atomeista on hiukkasen pinnassa (Maynard ym. 2006, Nel ym. 2006). Suuri pinta-ala lisää reaktiivisuutta, ja tämän seurauksena aine reagoi tavallista herkemmin biomolekyylien kuten valkuaisaineiden, lipidien tai nukleiinihappojen kanssa (Nel ym. 2006). Titaanidioksidi aiheuttaa keuhkotulehdusta koe-eläimille. Nanokokoinen titaanidioksidi on haitallista keuhkoille ja aiheuttaa keuhkotulehdusta ja keuhkojen arpeutumista. Kun titaanidioksidi on pinnoitettu silikonidioksidilla, sen haitallisuus keuhkoille lisääntyy merkittävästi (Rossi ym. 2010). Pienuutensa takia nanohiukkaset pääsevät helposti soluihin. Kuvassa 4 näkyy hiiren alveolaaristen makrofa gien syömiä erilaisia titaanidioksidinanohiukkasia. Keuhkoihin päätyneet titaanidioksidihiukkaset aiheuttavat keuhkotulehdusta (Moon ym. 2010). Verenkiertoon päästessään ne kertyvät hiussuonten seinämiin ja ahtauttavat suonia tulehdussolujen kertyessä verisuonen seinämään (Nurkiewicz ym. 2008). Titaanidioksidihiukkasia käytetään aurinkovoiteissa, ja niiden valmistuksessa työntekijät saattavat altistua nanohiukkasille hengitystei 1099 Synteettisten nanohiukkasten ja nanoteknologian riskit

KATSAUS 3 µm 3 µm Kuva 4. A) Elektronimikroskooppikuva hiiren keuhkojen alveolaarisesta makrofagista sen jälkeen, kun eläin on altistettu tuoreelle, pelkkää titaanidioksia sisältävälle nanohiukkasaerosolille (10 mg/m 3 ), jota on tuotettu aerosoligeneraattorilla. Nanopartikkelit ovat kerääntyneet makrofagin solulimassa solukalvon ympäröimiin lysosomeihin. Solut ovat peräisin keuhkohuuhtelunesteestä. B) Hiiren keuhkojen alveolaarinen makrofagi. Hiiri on hengittänyt piioksidi-nanopartikkeleilla päällystettyä titaanidioksidia sisältävää aerosolia. Solukalvojen ympäröimät lysosomit ovat osittain hajonneet ja niissä olevat nanopartikkelit ovat vapautuneet makrofagin solulimaan. Kuvat Harri Alenius ja Lea Pylkkänen. Kuvat osoittavat nanohiukkasen pinnan koostumuksen tärkeyden vaikutusten kannalta. Päällystetty hiukkanen aiheutti kyseisissä kokeissa paljon voimakkaamman tulehdusreaktion kuin päällystämätön (Rossi ym. 2010). 1100 den kautta. Kuluttaja voi altistua näille hiukkasille aurinkovoiteita tai kosmetiikkaa käyttäessään. Nanokokoisiin titaanidioksidihiukkasiin liittyvien riskien arviointi on hankalaa, koska tiedot altistumisesta ja vaikutuksista puuttuvat. Mahdolliset riskit liittyvät työntekijöiden altistumiseen hengitysteiden kautta. Nanohiukkaset pääsevät huonosti ihon läpi (Monteiro-Riviere ym. 2007). Metallioksidihiukkaset pääsevät aivoihin. Nanokokoisten synteettisten mangaanioksidihiukkasten pääsy etuaivojen alaosassa olevaan hajukäämiin nenän hajuhermosäikeiden kautta on osoitettu useaan kertaan (Elder ym. 2006). Suurten hiukkasannosten on havaittu aiheuttavan hiiren aivoissa hermosolujen oksidatiivisia vaurioita ja välittäjäainepitoisuuksien muutoksia (Wang ym. 2008). Näissä tutkimuksissa synteettisten nanohiukkasten pitoisuudet ovat olleet kuitenkin niin suuria, että tulosten käytännön merkitys ihmisen terveyden kannalta on kyseenalainen. Toistaiseksi ei ole osoitettu, että synteettiset nanohiukkaset pystyisivät läpäisemään veri-aivoesteen ja siten pääsemään verenkierron välityksellä hermosoluihin (Savolainen ym. 2010). Sen sijaan metallioksidihiukkaset, kuten nanokokoiset rauta- ja titaanioksidihiukkaset, voivat päästä hermosoluihin nenän hajuepiteeliltä aksonaalisen kuljetuksen välityksellä (Elder ym. 2006). Ihmisellä tämän altistumisreitin merkitys lienee vähäinen hajuepiteelin pienen pinta-alan takia. Synteettisten nanohiukkasten reitti nenäontelon hajuepiteeliltä hajukäämiin on esitetty kuvassa 5. Hiilinanoputket aiheuttavat samankaltaisia vaikutuksia eläimissä kuin asbesti. Hiilinanoputket aiheuttavat keuhkojen arpeutumista ja kollageenin kertymistä keuhkokudokseen, kun niitä ruiskutetaan suoraan hengitysteihin. Ne ovat aiheuttaneet koe-eläinten keuhkoissa hengitystiealtistuksen jälkeen solunvälifibroosia (Shvedova ym. 2007). Viime aikoina ovat saaneet paljon huomiota moniseinäisten jäykkien hiilinanoputkien mahdollisesti aiheuttamat vaikutukset, jotka ovat samankaltaisia kuin asbestin vaikutukset. Kun hiirten vatsaonteloon annettiin yksi pieni (50 µg) kerta-annos moniseinäisiä hiilinanoputkia (Poland ym. 2008), ne aiheuttivat K. Savolainen ja H. Vainio

Hajukäämiin Hajukäämi Aksoni Tyvisolut Hajuepiteeli Hajuneuroni Tukisolut Dendriitti Limakalvo Värekarvat Kuva 5. Synteettisten nanohiukkasten reitti nenäontelon hajuepiteeliltä etuaivojen alla olevaan hajukäämiin on vain muutamien millimetrien pituinen. Uusissa tutkimuksissa on havaittu, että nanokokoiset metallioksidihiukkaset, kuten mangaanioksidi, titaanidioksidi tai rautaoksidi, voivat kulkeutua ns. aksonaalisen kuljetuksen välityksellä aivojen eri osiin (Wang 2008). Hermosoluihin jouduttuaan nanohiukkaset saattavat päätyä moniin aivojen osiin, vaikka ne eivät kykene läpäisemään veri-aivoestettä ja siten pääsemään hermosoluihin verenkierron välityksellä. yhden seurantaviikon aikana vatsaontelon mesoteelikalvoon asbestille tyypillisiä muutoksia. Muutoksia aiheutui vain pitkille (yli 15 μm) hiilinanoputkille altistumisesta. Vertailualtiste oli krokidoliittiasbesti, joka aiheutti samanlaisia muutoksia kuin pitkät hiilinanoputket. Vatsaonteloaltistusta on käytetty mallina arvioitaessa erilaisten kuitujen kykyä aiheuttaa myös muita asbestille tyypillisiä muutoksia, esimerkiksi mesotelioomaa (Kane ja Hurt 2008). Vaikutuksen arvioidaan johtuvan hiilinanoputkien aiheuttamasta fagosytoosin häiriöstä eli tulehdussolujen kyvyttömyydestä tuhota pitkiä ja kestäviä nanoputkia ja tähän liittyvästä lisääntyneestä happiradikaalien tuotannosta (Nel ym. 2006, Poland ym. 2008, Donaldson ym. 2010). Kun asbestin vaikutuksille herkille p53- poistogeenisille hiirille (p53+/-) annettiin vatsaonteloon suuri kerta-annos samoja hiilinanoputkia, joita Poland ym. (2008) käyttivät, niille kehittyi kuuden kuukauden seuranta-aikana enemmän mesotelioomia kuin saman annoksen krokidoliittia saaneille verrokkihiirille (Takagi ym. 2008) (kuva 6). Hiilinanoputket ovat aiheuttaneet mesotelioomia myös rotan vatsaontelossa (Sakamoto ym. 2009). Nämä havainnot (Poland ym. 2008, Takagi ym. 2008, Sakamoto ym. 2009) osoittavat, että jäykät moniseinäiset hiilinanoputket voivat aiheuttaa koe-eläimissä asbestille tyypillisiä vaikutuksia (Kane ja Hurt 2008). Hiilinanoputkien myrkyllisyyttä koskevaa tietoa on kuitenkin mahdotonta yleistää, koska erilaisia hiilinanoputkia on paljon ja niiden vaikutukset saattavat poiketa toisistaan. Ryman-Rasmussenin ym. (2009) hiirikokeissa hiilinanoputkia löytyi keuhkoaltistuksen jälkeen keuhkoontelon pleuranalaisesta tilasta ja putkia ympäröi tulehdusreaktio. Hengitystiealtistuksen seurauksena hiilinanoputket voivat siis päästä kosketuksiin keuhko-ontelon mesoteelikalvon kanssa. Uudenlainen ajattelu on tarpeen turvallisuuden arvioimiseksi EU:n kemikaalilainsäädännön mukaan (REACH 2006) aineet, joita tuotetaan yli 1101 Synteettisten nanohiukkasten ja nanoteknologian riskit

KATSAUS Kumulatiivinen kuolleisuus mesotelioomaan (%) 100 90 MWCNT Krokidoliitti 80 Fullereeni / verrokit 70 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 Päivää Vrk Kuva 6. Yksi annos moniseinäisiä hiilinanoputkia (MWCNT) herkän hiirilajin vatsaonteloon aiheuttaa kuuden kuukauden seurannassa suuremman kumulatiivisen kuolleisuuden mesotelioomaan kuin vastaava annos krokidoliittiasbestia (Takagi ym. 2008). 1102 tonni vuodessa, pitää rekisteröidä Euroopan kemikaalivirastossa. Jos vuosituotanto ylittää kymmenen tonnia, aineesta täytyy toimittaa myös terveys- ja turvallisuustiedot EU-viranomaisille. REACH-lainsäädäntö edellyttää riittävien fysikaalis-kemiallisten tietojen antamista Euroopan kemikaalivirastolle kaikista teollisuuskemikaaleista, joihin synteettiset nanohiukkasetkin kuuluvat. Koska useimpien synteettisten nanohiukkasten osalta turvallisuustestausta edellyttävä tonniraja ei ylity, terveys- ja turvallisuustietoja ei tarvitse toimittaa viranomaisille. Ongelma on myös se, että REACH ei huomioi hiukkaskoon merkitystä (REACH 2006, Donaldson ym. 2010). Toksikologian ja kemiallisten aineiden turvallisuuden arvioinnin tuominen uudelle vuosituhannelle edellyttää Hartungin (2009) mukaan uusien tutkimusmenetelmien käyttöönottoa. Tällaisiksi hän arvioi omiikat (genomiikka, proteomiikka, metabolomiikka) sekä tehokkaiden kuvantamismenetelmien ja tutkimusrobottien käytön, jotka mahdollistavat suurten tietomassojen hyödyntämisen bioinformatiikan avulla. Uudenlaiset mahdollisuudet vaativat nykyisten tutkimusmenetel mien jatkuvaa arviointia ja uusien menetel mien ja uudenlaisen hallinnollisen toksikologian kehittämistä. Uusien toksisuuden tutkimusmenetel mien kehittäminen ja käyttöönotto on välttämätöntä myös siksi, että synteettisten nanohiukkasten ja muiden kemiallisten aineiden lukumäärä kasvaa nopeasti. Hartung (2009) arvioi, että vuosiliikevaihdoltaan 1 700 miljardin euron arvoisten kemiallisten aineiden toksikologinen tutkimus maksaa nykylainsäädännön perusteella noin 600 miljoonaa euroa vuodessa. Hänen arvionsa mukaan REACHlainsäädännön vaatimusten täyttäminen nykymenetelmillä maksaisi noin 8,8 miljardia euroa. Mitään viisasten kiveä ei kuitenkaan ole, vaan uudenlaisten hallinnollisten käytäntöjen luominen tai nykyisten riittävä muuttaminen vaatii paljon työtä, pääomaa ja aikaa. Yhdysvalloissa arvioitiin äskettäin, että markkinoilla olevien synteettisten nanohiukkasten myrkyllisyyden tutkiminen REACHin edellyttämällä tavalla maksaisi noin 1,3 miljardia dollaria. Nykyresurssein tehtävään arvioitiin kuluvan 34 56 vuotta (Choi ym. 2009). K. Savolainen ja H. Vainio

Nanoteknologian terveysriskien arviointi Vaikka synteettisten nanohiukkasten ja niitä hyödyntävän nanoteknologian käyttö kasvaa nopeasti, niiden terveyshaitat kyetään mahdollisesti ehkäisemään. Asbestin haittojen havaitsemisesta laajaan käyttökieltoon kului kymmeniä vuosia (Health Council of the Netherlands 2010). Nanohiukkasten ja muiden kemiallisten aineiden riskinarviointimenettely edellyttää haittoja paremmin ennustavien tutkimusmenetelmien, asteittaisen tutkimustavan ja uuden tekniikan käyttöönottoa. Erityisesti synteettisten nanohiukkasten ja nanoteknologian osalta se edellyttää myös mahdollisten haittojen nykyistä parempaa huomioimista jo materiaaleja ja teknologisia menetelmiä suunniteltaessa (Godwin ym. 2009) sekä entistä tarkemmin haittoja ennustavien solubiologisten robottimenetelmien ja bioinformatiikan kehittämistä, validointia ja käyttöönottoa (Hartung 2009, Savolainen ym. 2010). Turvallisuusnäkökulma tulee saada mukaan myös kaikkeen nanohiukkasia koskevaan tutkimukseen. Se voi olla osa kokonaan uutta tapaa toteuttaa kemiallisten aineiden hallinnollista riskinarviointia ja haittojen ehkäisyä, kun terveys ja turvallisuus otetaan huomioon materiaalien suunnittelussa ja tuotannossa (internet-oheisaineiston kuva, www. duodecimlehti.fi) (Savolainen ym. 2010). Synteettisten nanohiukkasten aiheuttaman riskin arvioinnissa keskeinen tehtävä on selvittää, millaisille hiukkasille ja pitoisuuksille työpaikoilla ja muualla altistutaan. Synteettisten nanohiukkasten suuren määrän takia kaikkien riskien ja turvallisuuden tutkimukseen ei ole voimavaroja. Siksi uusien portaittaisten tutkimusprosessien kehittäminen on välttämätöntä. Prosessien eri vaiheissa saatu näyttö synteettisten nanohiukkasten tai muiden kemiallisten aineiden haitallisuudesta antaa aiheen vaativampien tutkimusten suorittamiseen tai tuotekehityksen keskeyttämiseen. Tällainen tapa toimia voi nopeuttaa riskin arviointia ja tuotekehittelyä mm. vähentämällä koe-eläinten käyttöä (Hartung 2009). Niin kauan kuin tietomme synteettisistä nanohiukkasista ja YDINASIAT 88Synteettiset nanohiukkaset (halkaisija 1 100 nm) ovat nanoteknologian mullistavien sovellusten tärkeimpiä rakennuspalikoita. 88Kaupallisesti merkittäviä on muutama sata, joista todennäköisesti vain pieni osa aiheuttaa ihmiselle vakavia terveyshaittoja. 88Tärkeimpiä tunnettuja terveyshaittoja ovat keuhkotulehdus ja keuhkojen arpeutuminen, vaikutukset verenkiertoon ja aivoihin, myrkyllinen vaikutus perimään ja mahdollisesti lisääntynyt riski sairastua syöpään. 88Suurin synteettisiä nanohiukkasia koskeva haaste on varmistaa niiden turvallinen käyttö, koska näille hiukkasille altistu8vien työntekijöiden ja kuluttajien määrä kasvaa nopeasti. suuresta osasta muita kemiallisia aineita ovat vähäiset, on turvauduttava varovaisuusperiaatteeseen. Myrkyllisyystietojen täsmentyessä kemiallisten aineiden tarkempi arviointi ja käytön säätely mahdollistuvat. * * * Tämän artikkelin laatimista ovat tukeneet Suomen Akatemian FinNano-ohjelman NANOHEALTH-kärkihanke, Euroopan unionin kuudennen puiteohjelman rahoittama NANOSH STREP hanke (NMP-2006 2330777) ja seitsemännen puiteohjeman NANODEVI- CE-hanke (NMP4-LA-2009-211464). Leila Ahlström on viimeistellyt käsikirjoituksen ja hankkinut artikkelin kuvat. KAI SAVOLAINEN, FT, LKT, tutkimusprofessori, johtaja Työterveyslaitos, Nanoturvallisuuskeskus HARRI VAINIO, LKT, professori, pääjohtaja Työterveyslaitos Topeliuksenkatu 41 a A, 00250 Helsinki SIDONNAISUUDET Ei sidonnaisuuksia 1103 Synteettisten nanohiukkasten ja nanoteknologian riskit

KATSAUS KIRJALLISUUTTA Brouwer D. Exposure to manufactured nanoparticles in different workplaces. Toxicology 2010;269:120 7. Choi JY, Ramachandran G, Kandlikar M. The impact of toxicity testing costs on nanomaterial regulation. Environ Sci Technol 2009;43:3030 4. Donaldson K, Murphy FA, Duffin R, Poland CA. Asbestos, carbon nanotubes and the pleural mesothelium: a review of the hypothesis regarding the role of long fibre retention in the parietal pleura, inflammation and mesothelioma. Part Fibre Toxicol 2010:22;7:5. Elder A, Gelein R, Silva V, ym. Translocation of inhaled ultrafine manganese oxide particles to the central nervous system. Environ Health Perspect 2006;114:1172 8. Godwin HA, Chopra K, Bradley KA, ym. The University of California Center for the Environmental Implications of Nanotechnology. Environ Sci Technol 2009;43:6453 7. Hartung T. Toxicology for the twentyfirst century. Nature 2009;460:208 12. Health Council of the Netherlands. Asbestos: risks of environmental and occupational exposure. Publication no. 2010/E. The Hague: Health Council of the Netherlands 2010. ICRP. International Commission on Radiological Protection. Human respiratory tract model for radiological protection. Publication 66. Ann ICRP 1994;24(1 3). Kane AB, Hurt RH. Nanotoxicology: the asbestos analogy revisited. Nat Nanotechnol 2008;3:378 9. Maynard AD, Aitken RJ, Butz T, ym. Safe handling of nanotechnology. Nature 2006;444:267 9. Maynard AD, Aitken RJ. Assessing exposure to airborne nanomaterials: current abilities and future requirements. Nanotoxicology 2007;1:26 41. Monteiro-Riviere NA, Inman AO, Ryman- Rasmussen JP. Dermal effects of nanomaterials. Kirjassa: Monteiro-Riviere NA, Tran CL, toim. Nanotoxicology - characterization, dosing and health effects. New York: Informa Healthcare 2007, s. 317 37. Moon C, Park HJ, Choi YH, Park EM, Castranova V, Kang JL. Pulmonary inflammation after intraperitoneal administration of ultrafine titanium dioxide (TiO2) at rest or in lungs primed with lipopolysaccharide. J Toxicol Environ Health A 2010;3:396 409. Nel A, Xia T, Mädler L, Li N. Toxic potential of materials at the nanolevel. Science 2006;311:622 7. Nurkiewicz TR, Porter DW, Hubbs AF, ym. Nanoparticle inhalation augments particle-dependent systemic microvascular dysfunction. Part Fibre Toxicol 2008;5:1. Peters TM, Elzey S, Johnson R, ym. Airborne monitoring to distinguish engineered nanomaterials from incidental particles for environmental health and safety. J Occup Environ Hyg 2009;6:73 81. Poland CA, Duffin R, Kinloch I, ym. Carbon nanotubes introduced into the abdominal cavity of mice show asbestoslike pathogenicity in a pilot study. Nat Nanotechnol 2008;3:423 8. REACH. Regulation (EC) No 1907/2006 of the European Parliament and of the Council of 18 december 2006 concerning the Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals (REACH), establishing a European Chemicals Agency, amending directive 1999/45/EC and repealing council regulation (EEC) No 793/93 and commission regulation (EC) No 1488/94 as well as council directive 76/769/ EEC and commission directives 91/155/ EEC, 93/67/EEC, 93/105/EC and 2000/21/ EC. 32006R1907. http://eur-lex.europa.eu/ RECH_menu.do. Rossi EM, Pylkkänen L, Koivisto AJ, ym. Airway exposure to silica coated TiO2 nanoparticles induces pulmonary neutrophilia in mice. Toxicol Sci 2010;113:422 33. Ryman-Rasmussen JP, Cesta MF, Brody AR, ym. Inhaled carbon nanotubes reach the subpleural tissue in mice. Nat Nanotechnol 2009;4:747 51. Sakamoto Y, Nakae D, Fukumori N, ym. Induction of mesothelioma by a single intrascrotal administration of multi-wall carbon nanotube in intact male Fischer 344 rats. J Toxicol Sci 2009;34:65 76. Savolainen K, Alenius H, Norppa H, Pylkkänen L, Tuomi T, Kasper G. Risk assessment of engineered nanomaterials and nanotechnologies - a review. Toxicology 2010;269:92 104. Schulte P, Geraci C, Zumwalde R, ym. Sharpening the focus on occupational safety and health in nanotechnology. Scand J Work Environ Health 2008;34:471 8. Seipenbusch M, Binder A, Kasper G. Temporal evolution of nanoparticle aerosols in workplace exposure. Ann Occup Hyg 2008;52:707 16. Shvedova AA, Sager T, Murray AR, ym. Critical issues in the evaluation of possible adverse pulmonary effects resulting from airborne nanoparticles. Kirjassa: Monteiro- Riviere NA, Tran CL, toim. Nanotoxicology - characterization, dosing and health effects. New York: Informa Healthcare 2007, s.. Takagi A, Hirose A, Nishimura T, ym. Induction of mesothelioma in p53+/- mouse by intraperitoneal application of multi-wall carbon nanotube. J Toxicol Sci 2008;33:105 16. Wang J, Liu Y, Jiao F, ym. Timedependent translocation and potential impairment on central nervous system by intranasally instilled TiO(2) nanoparticles. Toxicology 2008;254:82 90. Woodrow Wilson International Center for Scholars. Project on Emerging Nanotechnologies. Consumer Products. An inventory of nanotechnology-based consumer products currently on the market. www. nanotechproject.org/inventories/consumer. Wu C. Small science yields big growth. Nature 2010;486:589 90. Summary Health risks of engineered nanomaterials and nanotechnologies Manufactured nanomaterials enable the promotion of nanotechnologies, i.e. the use of matter at nanoscale, and several revolutionary industrial and consumer applications. Nanomaterials have at least one dimension between 1 and 100 nm. Some of them may induce toxic effects in humans, even though most of the particles are most likely harmless, but the identification of harmful materials is challenging. The number of workers exposed to nanomaterials is reaching millions, and those of consumers hundreds of millions. Toxic effects of some of these materials include pulmonary inflammation, cardiovascular and cerebral toxicity as well as genotoxicity and cancer. Limited knowledge, and associated remarkable uncertainty, on the toxicity of, and exposure to nano materials renders their reliable risk assessment problematic. A major challenge today is to assure safe use of these nanomaterials. 1104 K. Savolainen ja H. Vainio