Prezentace aplikace PowerPoint - Mpouzar.net

Document Sample
Prezentace aplikace PowerPoint - Mpouzar.net Powered By Docstoc
					Toxicita nanočástic




    Miloslav Pouzar
                Azbest




 Chrysotile        Amosite         Crocidolite
(bílý azbest)   (hnědý azbest)   (modrý azbest)
                                 Azbest
Počátky 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
            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)
            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
Asbestosis: Number of Deaths, Crude and Age-Adjusted
             Mortality Rates (1968-1996)
                           Nanočástice
Přírodního 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 nezáměrně
obvykle též poly-dispersní systémy
•   dehet, fulereny a uhlíkové nanotrubice v dýmech
•   znečištění při svařování a plazmovém obrábění kovů
•   letecká a automobilová doprava
•   vaření
                                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
A. Kahru et al. / Toxicology 269 (2010) 105–119

      Počet odkazů týkajících se toxicity nanočástic na Web of Science
                Současná úroveň poznání o toxicitě nanomateriálů


                       Nové nanomateriály (NNm)

                                         Data o toxicitě/nebezpečnosti NNm
Objem výzkumu




                                                                Data o
                                                                toxicitě/nebezpečnosti
                                                                NNm vyhodnocená
                                                                regulačními orgány


                                                       Čas

                    K. Savolainen et al. / Toxicology 269 (2010) 92–104
                        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
                          Experiment I
      Hui 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
•   srovnávací in vitro studie toxicity čtyř druhů nanočástic a odhad
    možných mechanismů jejich toxického účinku




              Hui Yang et al., J. Appl. Toxicol. 2009, 29, 69-78
•   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
•   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
•   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
•   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 !!!
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
                 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
–   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
                  Experiment III
               Shiqian 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
– 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
•   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
                      Experiment IV
Elder 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
– 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
•   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
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
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
Děkuji za Váš čas

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:10
posted:2/27/2012
language:
pages:33