Dolgotrajna izpostavljenost nanodelcem povzroča kronična vnetja

Zaradi težje obvladljivosti in nadzorovanja onesnaževanja z nanodelci so posledice pogosto vidne šele, ko že vplivajo na zdravje ljudi in okolja.

Nanotehnologija in razvoj nanomaterialov doživljata v 21. stoletju izjemen razmah. Posledica je večje onesnaženje okolja z nanodelci, kar nekateri imenujejo “nevidno onesnaževanje”. Prav zaradi težje obvladljivosti in nadzorovanja tovrstnega onesnaževanja so posledice pogosto vidne šele, ko že vplivajo na zdravje ljudi in okolja.

Nanomaterial je opredeljen kot naravni, naključni ali umetno proizveden material, ki vsebuje delce z vsaj eno dimenzijo med ena in sto nanometri. Nanodelec je tako do milijonkrat manjši od delca dimenzije en milimeter. Kot nam pojasnita biofizika doc. dr. Iztok Urbančič in prof. dr. Janez Štrancar z Instituta Jožef Stefan (IJS), so nanomateriali za uporabo zanimivi prav zaradi svoje majhnosti. “Vgradijo se lahko v druge materiale, recimo plastične ali kovinske kompozite, in jim dajo nove lastnosti, denimo izboljšajo trdnost. Poleg tega imajo zaradi majhnosti pri isti masi snovi mnogo večjo površino, zaradi česar so lahko odlični katalizatorji kemijskih reakcij ali emulgatorji,” razloži Urbančič.

Nanodelci so mnogo manjši od posameznih celic, zato lahko potujejo med celicami, skoznje ali z njimi po telesu ter tako dosežejo vse organe in tkiva.

Protimikrobna zaščita, dostava zdravil, elektronska vezja

Delci nanometrske velikosti lahko nastajajo pri gorenju, kjer saje vsebujejo nanodelce ogljika, pomemben vir nanodelcev v zraku je promet, v telo pa jih lahko vnesemo tudi s hrano ali z uporabo kozmetičnih izdelkov. V okolju so naravno prisotni denimo nanodelci celuloze, vedno več pa je okoli nas delcev nanoplastike in delcev kovin in njenih oksidov, ki se proizvajajo in uporabljajo v industriji. “Za industrijo so zanimivi z več vidikov. Ogromno se jih uporablja za barvanje izdelkov - denimo kot črnilo za gume ali belilo v barvah, kozmetiki in hrani,” razloži Urbančič. “Spremenjena geometrija ali močno ukrivljena površina lahko prineseta čisto nove kemijske, električne in optične lastnosti, uporabne denimo za protimikrobno zaščito, dostavo zdravil, nove generacije baterij in prevodnih materialov, miniaturizacijo elektronskih vezij,” doda Štrancar. Nanodelci srebra se na primer uporabljajo v pralnih strojih kot antibakterijska sredstva, železo v nanometrski obliki med drugim pri odstranjevanju onesnaževal iz odpadne vode, nanodelce cinkovega oksida pa lahko najdemo v embalaži živil.

Dosežejo vse organe in tkiva

Ob porastu nanoindustrije narašča tudi število znanstvenih študij, v katerih raziskujejo vplive majhnih delcev na okolje in zdravje ljudi. Številne tako navajajo različne škodljive vplive nanodelcev na telo. Po navedbah nekaterih raziskovalcev naj bi na primer nanodelci železa povzročali Alzheimerjevo bolezen, delci titanovega dioksida pa kronično črevesno bolezen ali pljučnega raka. “Res postaja v zadnjem času jasno, da je izpostavljenost nanodelcem, predvsem iz onesnaženega zraka, lahko povezana z mnogimi zdravstvenimi zapleti, a ne le dihal in prebavil, ki prvi pridejo v direkten stik z delci, temveč tudi s srčno-žilnimi, nevrodegenerativnimi in rakavimi obolenji,” razloži Urbančič. Raziskovalca pojasnjujeta, da so ti delci mnogo manjši od posameznih celic in lahko tako potujejo med celicami, skoznje ali z njimi po telesu ter tako dosežejo vse organe in tkiva. Celice jih ne morejo razgraditi ali odstraniti iz telesa, kar lahko prerase v kronično vnetje. “Kaj točno se zgodi na celotni poti od prvega stika materiala z organizmom do razvoja bolezni, ostaja velikokrat nejasno, zato je predmet mnogih znanstvenih raziskav,” dodajata.

Doc. dr. Iztok Urbančič

Institut Jožef Stefan

“Res postaja v zadnjem času jasno, da je izpostavljenost nanodelcem, predvsem iz onesnaženega zraka, lahko povezana z mnogimi zdravstvenimi zapleti, a ne le dihal in prebavil, ki prvi pridejo v direkten stik z delci, temveč tudi s srčno-žilnimi, nevrodegenerativnimi in rakavimi obolenji.”

Nanodelci v onesnaženem zraku mogoč vzrok za kronična obolenja dihal

“Različni nanodelci, torej delci, ki so vsaj v eni smeri manjši od nekaj desetink mikrometra, kar je sto- do tisočkrat manj od debeline lasu, so v okolju prisotni tudi naravno - nastajajo pri razpadanju materialov, gorenju, vulkanskih izbruhih,” pojasni Urbančič, in dodaja, da smo poleg povečane proizvodnje nanomaterialov njihovo količino v okolju povečali tudi s kurjenjem fosilnih goriv. Zaradi svoje zelo majhne velikosti se lahko dolgo zadržujejo v ozračju, lahko prepotujejo večje razdalje in po izpostavljenosti povzročijo več zdravstvenih težav. Kot enega od vzrokov za večjo pojavnost kroničnih obolenj dihal znanstvena stroka navaja prav nanodelce v onesnaženem zraku. Po podatkih svetovne zdravstvene organizacije za astmo trpi okoli 300 milijonov ljudi, do leta 2025 pa naj bi se število obolelih zvišalo še za sto milijonov. V skladu s poročilom Medvladnega panela za podnebne spremembe (IPCC) iz leta 2007 naj bi nanodelci v zraku zaradi svoje posebne kemične sestave in reaktivnosti prispevali tudi h globalnemu segrevanju.

Nanodelci so tudi v hrani

Po količini je največji predstavnik umetno prisotnega nanomateriala v okolju titanov dioksid. Po nekaterih podatkih naj bi do leta 2025 njegova svetovna letna proizvodnja znašala 2,5 milijona ton. Tako velik obseg proizvodnje je posledica lastnosti in uporabnosti v številnih panogah gospodarstva. Najdemo ga v barvah, lakih in drugih neživilskih proizvodih, se pa kot aditiv dodaja tudi v prehrambene in kozmetične izdelke zaradi estetskih koristi, saj deluje kot belo barvilo. Tako ga lahko najdemo v sončnih kremah, zobnih pastah, sladki smetani, bonbonih in žvečilnih gumijih.

Prof. dr. Janez Štrancar

Institut Jožef Stefan

“Z dostopnejšimi laboratorijskimi testi, ki bodo množično izvedljivi, želimo preprečiti pandemijo 'nanonevarnosti' in hkrati pospešiti razvoj varnih in do okolja prijaznih tehnologij, ki jih nanomateriali omogočajo.”

Francoska raziskovalna skupina je v lanskoletni študiji preučila vpliv aditiva na črevesje in višji vnos hrane s tem aditivom povezala z večjo pojavnostjo kronične črevesne bolezni pri ljudeh. Tudi izsledki drugih študij, izvedenih na modelnih organizmih, nakazujejo na višjo pojavnost vnetij in poškodb DNK. Kot navajajo na spletni strani Zveze potrošnikov Slovenije, je bila v začetku letošnjega leta sprejeta uredba o prepovedi titanovega dioksida v živilih, saj je Evropska agencija za varnost hrane ocenila možno genotoksičnost aditiva. Skladno z uredbo proizvajalci od 8. avgusta 2022 na evropski trg ne smejo več dajati živil, ki vsebujejo ta aditiv.

Že leta 2006 pa je Mednarodna agencija za raziskovanje raka ocenila, da lahko aditiv povzroča raka pri ljudeh. Na vprašanje, čemu tako počasen odziv regulatorjev, Urbančič odgovarja: “Glede (ne)varnosti nanomaterialov vlada velikanska zmeda. Isti material ima lahko v različnih geometrijskih oblikah in pri različnih načinih priprave zelo različen vpliv na telo. Na primer nanokocke titanovega dioksida sprožijo mnogo manjši vnetni odziv od nanocevk s praktično enako kemijsko sestavo. Ker odzivov še ne znamo predvideti, bi bilo potrebno varnost čisto vsakega materiala posebej preveriti, za kar pa še nimamo dovolj uporabnih metod.”

Da prepovedi pridejo z dolgim časovnim zamikom, biofizika pripisujeta dolgotrajnosti študij s pogosto nasprotujočimi si zaključki, zato se šele po množici raziskav lahko nedvoumno določijo vplivi na zdravje. “Za zdaj je edini uveljavljen način testiranja izpostavitev poskusnih živali, najpogosteje malih glodalcev. Da se pokažejo tudi zakasnjeni učinki, vsak tak test traja vsaj nekaj mesecev in stane nekaj sto tisoč evrov, kar je mnogo prepočasi in predrago tako za industrijo kot regulativo,” še dodaja Urbančič. Prav tako naj bi bilo za regulacijo še dodatno problematično, da testi na živalih ne kažejo vedno enakih učinkov, kot bi jih opazili na ljudeh.

Uporaba nanodelcev v prihodnosti je neizogibna

Globalna družbeno-ekonomska vrednost nanotehnologij se nenehno povečuje in trenutno imajo nanodelci pomemben vpliv na skoraj vse industrije in vsa področja človeštva. Štrancar in Urbančič menita, da je uporaba nanodelcev v prihodnosti neizogibna, saj prinaša ključna orodja za prehod v do okolja prijazno visokotehnološko družbo. Strinjata se, da ker se s povečano uporabo veča tudi naša izpostavljenost, je nujno vnaprej zagotoviti, da na zdravje nimajo neželenih učinkov. Prav s to motivacijo v Laboratoriju za biofiziko na IJS raziskujejo, kako nanodelci vplivajo na naše zdravje. “Pred kratkim nam je uspelo odkriti zgodnje celične dogodke, ki po vdihu nekaterih nanomaterialov sprožijo dolgotrajno vnetje v pljučih. Na srečo kaže, da je takih nanomaterialov razmeroma malo,” pojasni Štrancar. “Z dostopnejšimi laboratorijskimi testi, ki bodo množično izvedljivi, želimo preprečiti pandemijo 'nanonevarnosti' in hkrati pospešiti razvoj varnih in do okolja prijaznih tehnologij, ki jih nanomateriali omogočajo,” še doda.

---