toxicita nanočástic
DESCRIPTION
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 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/1.jpg)
Toxicita nanočástic
Miloslav Pouzar
![Page 2: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/2.jpg)
Azbest
Chrysotile (bílý azbest)
Amosite (hnědý azbest)
Crocidolite (modrý azbest)
![Page 3: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/3.jpg)
AzbestPočátky 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
![Page 4: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/4.jpg)
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)
![Page 5: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/5.jpg)
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
![Page 6: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/6.jpg)
Asbestosis: Number of Deaths, Crude and Age-Adjusted Mortality Rates (1968-1996)
![Page 7: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/7.jpg)
![Page 8: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/8.jpg)
NanočásticePřírodního původu
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)
Antropogenního původu - produkované nezáměrněobvykle též poly-dispersní systémy
• dehet, fulereny a uhlíkové nanotrubice v dýmech • znečištění při svařování a plazmovém obrábění kovů• letecká a automobilová doprava• vaření
![Page 9: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/10.jpg)
![Page 11: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/11.jpg)
Počet odkazů týkajících se toxicity nanočástic na Web of Science
A. Kahru et al. / Toxicology 269 (2010) 105–119
![Page 12: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/12.jpg)
Nové nanomateriály (NNm)
Data o toxicitě/nebezpečnosti NNm
Data o toxicitě/nebezpečnostiNNm vyhodnocená regulačními orgány
Čas
Ob
jem
výz
kum
uSoučasná úroveň poznání o toxicitě nanomateriálů
K. Savolainen et al. / Toxicology 269 (2010) 92–104
![Page 13: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/13.jpg)
• 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
Opalovací krémy
• Long et al. (2006) - EPA nanočástice TiO2 v opalovacích krémech mohou způsobovat poškození mozku u myší
• Oberdörster et al. 2007, Hirano et al. 2005 – toxický účinek fotoaktivních NPs TiO2 zvýšen v přítomnosti světla – mechanismus spojen s produkcí ROS
• 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
![Page 14: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/14.jpg)
Experiment IHui Yang, Chao Liu, Danfeng Yang, Huashan Zhanga, Zhuge Xia
Comparative study of cytotoxicity, oxidative stress and genotoxicity induced by four typical nanomaterials: the role of particle size,shape and composition
Journal of Applied Toxicology 29, 69-78, (2009)
Velikost, tvar a chemické složení
![Page 15: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/15.jpg)
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
![Page 16: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/16.jpg)
• 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
![Page 17: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/17.jpg)
• LDH (laktát dehydrogenáza) - enzym, jehož extracelulární přítomnost signalizuje porušení integrity buněčné membrány příslušných buněk (PMEF buňky) – test citlivý na mechanické poškození buněk
Průměrné hodnoty LDH byly zvýšeny o 70,4; 88,0; 76,6 a 106,4 % oproti kontrole
![Page 18: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/18.jpg)
• 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
![Page 19: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/19.jpg)
• 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 !!!
![Page 20: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/20.jpg)
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
![Page 21: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/21.jpg)
Experiment II
Oberdörster G., Ferin J., Finkelstein J., Wade P., Corson N.,
Increased pulmonary toxicity of ultrafine particles II. Lung lavage studies
Journal of Aerosol Science 21:384–387 (1990)
Povrch
![Page 22: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/22.jpg)
– 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
![Page 23: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/23.jpg)
Experiment IIIShiqian Zhu, Eva Oberdörster, Mary L. Haasch,
Toxicity of an engineered nanoparticle (fullerene, C60) in two aquatic species, Daphnia and fathead minnow
Marine Environmental Research 62, S5–S9 (2006)
Agregace
![Page 24: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/24.jpg)
– 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
![Page 25: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/25.jpg)
• Takagi et al. (2008) schopnost MWCNT vyvolávat mesotheliom u p53 +/+ myší převyšovala účinek azbestu (crocidolit) - obvykle se jednalo o AGLOMERÁTY, intraperitoneální apl.
MWCNTs
crocidolite
fullerenes
![Page 26: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/26.jpg)
![Page 27: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/27.jpg)
Experiment IVElder 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 Central
Nervous System
Environmental Health Perspectives 114 (8), 1172-1178 (2006)
Interakce s organismem - toxikokinetika
![Page 28: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/28.jpg)
![Page 29: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/29.jpg)
– 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
![Page 30: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/30.jpg)
• 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
![Page 31: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/31.jpg)
Mechanismy toxického účinku NPs
1. povrch částice vyvolá oxidativní stres který vyústí v nárůst koncentrace Ca2+ v buňce a v následnou aktivaci příslušných genů
2. přechodné kovy uvolněné z povrchu částice vyvolají oxidativní stres….
3. receptory na povrchu buněčné membrány jsou aktivovány přechodnými kovy – následuje aktivace genů
4. buňkou pohlcené nanočástice poškodí mitochondrie a vyvolají oxidativní stres
![Page 32: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/32.jpg)
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
![Page 33: Toxicita nanočástic](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022110210/56812ba1550346895d8fcbac/html5/thumbnails/33.jpg)
Děkuji za Váš čas