Miljø- og sundhedsrisici ved nanoteknologi. Professor Steffen Loft, Københavns Universitet

Transkript

1 Miljø- og sundhedsrisici ved nanoteknologi Professor Steffen Loft, Københavns Universitet

2 Miljø- og sundhedsrisici ved nanoteknologi Hvad ved vi om risici for miljø og sundhed, når det gælder nanoteknologi? Hvor er der grund til at være på vagt? Hvad skal undersøges? Ved professor Steffen Loft Institut for Folkesundhedsvidenskab Københavns Universitet

3 Nanoteknologi er ikke én (farlig) ting Det er i princippet en værktøjskasse med en masse forskelligt indhold Kun noget af det er farligt og måske kun ved uheldig brug (eksponering) A.P. Møller 1946: Rettidig omhu

4 Nanomaterialer er en del af nanoteknologi Kun en del af nanomaterialer vurderes at frembyde risiko Nanoteknologi Nanomaterialer Nanopartikler Hansen et al., in press

5 En nanopartikel er ikke bare en nanopartikel! metalliske/ nanofibre keramiske fullerener nanorør nanokabsler dendrimerer Q-dots og atom clusters Billede fra Keld Alstrup Jensen, Det Nationale Forskningscenter for Arbejdsmiljø

6 Hvor er der nanopartikler i produkter Woodrow Wilson Centret & NIOSH i USA (Dec. 2005) Ca. 80 forbrugerproduktet er på markedet og mere end 600 råmaterialer, intermediære komponenter og tilbehør til industrielt udstyr anvendes og produceres eller håndteres af arbejdere. I 2015 ca. 6.5 trillioner Kr i global handel (se Sølvpartikler med antibakteriel virkning i sokker C60 Fullerener i hudcreme antioxidant virkning bruges som salgsargument Nanokrystaller giver mulighed for intens chokoladesmag I tyggegúmmi MST, DHI og DTU i Danmark 2007 (Maj 2007) Titaniumdioxid nanokrystalller i luftenser nedbryder luftforureningskomp onenter når de aktiveres af UV lys Titaniumdioxid nanopartikler i solcreme Ca. 243 forbrugerproduktet er på markedet og en på nuværende tidspunkt ukendt mængde råmaterialer, intermediære komponenter og tilbehør til industrielt udstyr anvendes og produceres eller håndteres af arbejdere. (se

7 Hvor er nanoteknologien henne? - forbrugerprodukter

8 Hvor er nanoteknologien henne? - forbrugerprodukter Stuer-Laursen et al., MST rapport Nr. 81 (2007)

9 Potentiale for frigørelse og eksponering for nanopartikler Inhalation Hudkontakt Kosmetik Fødevarer Nanomedicin Forbrugerprodukter Slid på produkter Biopersistens/bioakkumulation?

10 Risikovurdering er indrettet på kemiske stoffer i mg per kg kropsvægt Fare identifikation Mg/kg duer ikke til nanopartikler Strukturel (funktionel) luftveje, hjertesygdom, fosterpåvirkning Cancer: tumorer (mutagenicitet) Kulstof, sølv, guld, titaniumdioxid, kompleks blanding m.v. Dosis-respons sammenhæng: Størrelse Overflade Reaktivitet Ladning m.m.m. Eksponerings vurdering NOEL mg/kg Tolerabel risiko mg/kg

11 Generering af frie radikaler fra nanopartikler gold Reaktive iltforbindelser (ROS) frie iltradikaler OH, O 2 -, 1 O 2, H 2 O 2 materiale radikaler overgangsmetaller - stoekiometri: Ti 1.01 O nm SiO, SiO 2 ; kvarts Kulstofcentrerede radikaler Nm dimensionen: fx guld semiquinon radikaler

12

13 Betydning af partikelstørrelse og overflade Luftveje Grove partikler Fine < 2.5 µm og nanopartikler < 0.1 µm rekrutterer aktiverer betændelses celler lveole Partikler afsættes og fjernes med slim og fimrehår Partikler optages af celler (makrofager) nedsat optagelse Reaktion i vævet Frigørelse af signalstoffer ROS Chemo/cytokiner TNF, MIP, ILs etc. signalstoffer inos, MPO: ROS ROS er frie iltradikaler nanopartikler trænger over i kredsløbet

14 Betændelsesreaktion i lunge efter partikler Stoeger T, Schmid O, Takenaka S, Schulz H. Inflammatory response to TiO2 and carbonaceous particles scales best with BET surface area. Environ Health Perspect Jun;115(6):A290-1 Overfladeareal er måske den vigtigste faktor Samme forhold ved lungetumorer

15 Asbestkatastrofen Biopersistente fibre (som nanotubes) Stadig 300 nye ofre årligt i Danmark - Trods mangeårigt forbud

16 Elektronmikroskopibilledet viser kulstof i en rottelunge Normale muselunger 90 dage efter instillation af nanotubes (SWCNT) 7 dage efter aspiration af SWCNT Lynch et al. Nanotoxicol 2007 Pulmonary toxicity of single-wall carbon nanotubes in mice 7 and 90 days after intratracheal instillation.lam et al. Toxicol Sci. 77:126-34, The results show that, for the described test conditions and on an equal-weight basis, if carbon nanotubes reach the lungs, they are much more toxic (epitehloid granuloma) than carbon black and can be more toxic than quartz, which is considered a serious occupational health hazard in chronic inhalation exposures. Comparative Pulmonary Toxicity Assessment of Single-wall Carbon Nanotubes in Rats. Warheit et al.: Toxicol Sci. 77:117-25, 2004.

17 normalt 7 dage 2 mdr.

18

19 Nanopartikler og hjertekarsygdom Hjertekarsygdom den vigtigste dødsårsag i den vestlige verden Luftforureningspartikler i store byer øger dødelighed med 50% Sukkersyge, overvægt og alder forværrer risiko ved luftforurening Nanopartikler fra andre kilder kan meget vel have samme effekter - De følsomme grupper er kandidater til nanomedicin

20 Hjertekar/åreforkalknings model: ApoE knockout mus Hansen et al. Toxicol Appl Pharmacol 2007 Diesel particles 0, 0.5 and 5 mg/kg i.p. at 13 weeks of age 1 hour Giver C60 fullerener, nanorør m.v. samme effekt? (Vesterdal 2007) ApoE-/- 13 uger Plaque <1% af areal Dårlig karafslapning i ApoE-/- pulsårer, vildtype 13 uger

21 Nanorør i lunger øger åreforkalkning i apoe knockout mus

22 Dyreeksperimentelle undersøgelser viser øget oxidativt stress, DNA skade og genudtryk i tyktarm, lever og lunger efter udsættelse for lave doser af dieselpartikler i kost eller i mavesækken. C 60 fullerener og single wall carbonnanotubes gør det samme (Folkmann 2007)

23 Er nanoteknologi farligt for miljøet Se foredrag i 3F oktober 2007 af Anders Baun DTU power point på Nanoparticles in the environment how small is the risk? Anders Baun Nanna Hartmann Khara Grieger Michael Andersen Steffen Foss Hansen Nanopartikler som toksiske for fauna og som bærer af andre giftstoffer Institute of Environment & Resources Technical University of Denmark

24 Bliver der forsket i nanopartiklers farlighed? Søgeord 24/5 16/11 Nanotoxicology 49 Nanoparticle* tox* in vitro: Nanoparticle* tox* in vivo: Carbon nanotube* tox* in vitro: Carbon nanotube* tox* in vitro: Fullerene tox* in vitro: Fullerene tox* in vitro: Quantum dot* tox* in vitro: Quantum dot* tox* in vivo: Antal trykte artikler fundet ved søgning på ISI web of knowledge d. 24/5 og 16/ (opdatering af søgning af 24/5 af Keld Alstrup Jensen NFA) Nyt tidskrift

25 Institut for Folkesundhedsvidenskab Igangværende forskning i effekter af nanopartikler, især: C60, SWCNT, carbon black, dieselpartikler og fra nanomaling (NANOKEM) Udsættelse via luftveje Effekt på lunger, karsystem og lever Udsættelse via tarmen Effekt på tyktarm, lever, lunger og karsystem Janne Folkmann Pernille Danielsen Lykke Forchhammer Udsættelse via indsprøjtning Effekt på karsystem, lever og lunger Risikogrupper (dyremodeller) Sukkersyge Overvægt Forhøjet fedt i blodet Kræftdisponerede Lise Vesterdal Peter Møller Lone Mikkelsen Håkan Wallin og Ulla Vogel

26 Nanotoxikologi Paradigme og Risikovurdering Nanoteknologi kan beskrives som en stor værktøjskasse, hvor foreløbigt kun nanopartikler ser ud til at frembyde større risiko Men nanopartikler er centrale i mange mulige produkter indenfor bl.a. materialer, kosmetik, fødevarer og ikke mindst nanomedicin Nanopartikles kan i princippet transporteres overalt i kroppen og miljøet. Reaktivitet og biologiske effekter ændres fundamentalt når stoffer og materialer er i nm størrelse Skæbne og biologiske effekter kan ikke forudsiges ud fra mg/kg og kemisk sammensætnings betragtninger Der er stærkt brug for rettidig omhu til kortlægning af risiko ved nanopartikler med (grund)forskning i virkemåder til generalisering Alternativet er potentielle katastrofer og/eller en GMO-lignende negativ folkestemning