Nanosikkerhed. Sarah Søs Poulsen, Cand. Scient, Ph.D. Post Doc, Dansk Center for Nanosikkerhed

Transkript

1 Nanosikkerhed Sarah Søs Poulsen, Cand. Scient, Ph.D. Post Doc, Dansk Center for Nanosikkerhed

2 Det Nationale Forskningscenter for Arbejdsmiljø Hører under Beskæftigelsesministeriet Nanosikkerhed som strategisk forskningsområde siden personer forsker i nanosikkerhed Samarbejde med Arbejdstilsynet, EU, OECD, WHO

3 Nanoteknologi er mange ting! Keld A Jensen

4 Nanomaterialer i nanoteknologiske applikationer Kilde: Steffen Foss Hansen, DTU Environment

5 Nanomaterialer Generelt defineret som materialer med mindst en dimension under 100 nm Partikler (nano i 3 dimensioner) Fibre (nano i 2 dimensioner) Plader (nano i 1 dimension)

6 Nanomaterialer er mange ting! Form/morfologi Kemi Størrelse Nano Atomstruktur Funktionaliseringer

7 Vores nanomaterialer Nano carbon black (nano-cb) Nano titanium dioxid (nano-tio 2 ) Kulstof nanorør (CNT)

8 Vores vision Forskning Forståelse af mekanismerne bag de toksikologiske effekter Gruppering og rangering af materialer Safe-by-design Riskikovurderinger. Prædiktering af toksikologiske effekter på baggrund af nanomaterialernes fysiske og kemiske egenskaber Sikker brug af nanomaterialer

9 Safe-by-design: Lungehindekræft Lungekræft Fibre-paradigmet Mineraluld Malersyndrom Organiske opløsningsmidler Vandbaseret maling

10 Problemet med nano 1 mikropartikel 1 million partikler 1 milliard nanopartikler 60 μm diameter 600 nm diameter 60 nm diameter Mindre partikler: Flere partikler per vægtenhed Større overfladeareal

11 Total generated particles, dn/dlogdp [#/cm 3 ] Nanoparticles has a large exposure potetial Nano-TiO 2 er 300 gange mere støvende end større TiO 2 partikler TiO 2 ultrafine TiO 2 pigment Diameter, D p [nm] Data fra Schneider and Jensen (2008) Ann. Occ. Hyg. 100 nm 100 nm

12 Problemet med nano Flere partikler Større overfladeareal Mere støvende - Bliver i luften i længere tid

13 RISKO = Fare x Eksponering Keld A Jensen

14 Erhvervsmæssig eksponering Laboratorier (akademiske/kommercielle) Produktion Vedligeholdelse og håndtering af produkter Bortskaffelse Genbrug Maria Messing, Lund University

15 Eksponering - Frie nanopartikler På huden Oralt Inhalation Injektion Mave / Hud / Lunger 1 m 2 2 m m 2

16 Luftvejene Øvre luftveje Den tracheobronkiale region Den alveolare region Maria Messing, Lund University

17 Luftvejene Maria Messing, Lund University

18 Alveolerne Luftveje Små partikler Nanopartikler Rekrutering Aktivering Partiklerne deponeres i slimlaget og fjernes Makrofager spiser partiklerne INFLAMMATION Udsender signalstoffer ROS Udsender signalstoffer Translokation Nanomaterialerne forbliver i lungerne Kronisk inflammation Marianne Dybdahl

19 Alveolerne Carbon nanotubes Donaldson et al. P&Ft 2010 Maria Messing, Lund University

20 Helbredsmæssige effekter af nanomateriale eksponering

21 RISKO = Fare x Eksponering Keld A Jensen

22 Fare - Hvordan og hvor måler vi nanotoksikologi? Cellekulturer Laboratorie dyr Mennesker In vitro In vivo

23 Fare - Hvordan og hvor måler vi nanotoksikologi?

24 Inflammation

25 Total number of cells in BAL fluid Total number of cells in BAL fluid Inflammation Eksponering for nano-carbon black, nano-tio 2 og MWCNT gav både akut og langvarig inflammation. - op til 92 dage for nogle typer carbon nanotubes ** *** Control TiO * Macrophages Neutrophils Lymphocytes ** Macrophages Neutrophils Lymphocytes Efter 5 dage Efter 4 uger

26 Inflammation Eksponering for nano-carbon black, nano-tio 2 og MWCNT gav både akut og langvarig inflammation. Donaldson et al., 2002 Overfladearealet prædikterer graden af inflammation -både for runde nanopartikler og fiberlignende nanomaterialer

27 Kræft

28 Kræft Kræft skylders mutationer i DNAet. På hvilke måder kan nanomaterialeeksponering resultere i kræft? Kronisk inflammation. Dannelse af ROS (reaktive oxygenforbindelser). Fiber form.

29 Carbon Black - en ROS danner CB danner både cellulært og acellulært ROS. CB inducerer DNA stengebrud både in vivo and in vitro. CB inducerer mutationer in vivo and in vitro. Undersøgelser af mutationsspektrumet peger mod ROS. CB er klassificeret som et muligt kræftfremkaldende for mennesker af IARC (2B).

30 En specifik MWCNT er klassificeret som et muligt kræftfremkaldende for mennesker af IARC (2B) Mitsui-7 Intraperitoneal injektion. Mitsui-7 MWCNT var kræftfremkaldende i et 2 års rotte Kulstofnanorør er genotoxiske og inhalationsstudie: muligvis kræftfremkaldende. 2, 0.2, 0.02 mg/m 3 Afhænger af deres form og længde! 6 timer/dag, 5 dage/uge Lungekræft ved 2 og 0.2 mg/m 3 Mitsui-7 Tagaki et al. 2012

31 Hjertekar-sygdomme

32 Inhalation af partikler påvirker helbredet: Sod og dødsfald per 1000 personer årene før og efter kul blev forbudt in Dublin Forbud Sod: -70% Forbud Lungerelaterede dødsfald: -15% Alle dødsfald: -6% Hjerterelaterede dødsfald: - 10% Clancy et al. Lancet 360: , 2002

33 Mekanisme? Partikler Hjertekarsygdom

34 Global genekspression i mus efter nanomateriale eksponering Nanomaterialer Alle gener Plasma

35 Akutfaserespons Akutfaseresponset er det systematiske respons på akutte og kroniske inflammatoriske tilstande forårsaget af bakterielle infektioner, traumer og infarkt Gabay and Kushner, 1999

36 Hvorfor kan dette være farligt?

37 Akutfaseproteinerne CRP & SAA i blod er associeret med risiko for hjertekarsygdom i prospektive epidemiologiske studier Nurses Health Study Ridker et al, NEJM, 2000

38 Mekanisme: Overekspression af akutfasereponsproteinet SAA accelererer plaque progression

39 Mekanisme: Overudtryk af akutfasereponsproteinet SAA accelererer plak progression APOE -/- mus blev inficeret med en virus der overudtrykte Saa1 SAA inducer foam cell dannelse i makrofager Dong et al, Mol. Med 2011 Ha Young Lee et al, 2013, BBRC

40 Relative Saa3 ekspression Stærk korrelation mellem lunge Saa3 udtryk og inflammation TiO2 and CB instillations TiO2 and CB inhalation Biofuel dust instillation Controls instillation Instillation Mitsui Instillation Thomas Swan Instillation Sigma long Antal inflammationsceller i lungeskyllevæsken Saber AT et al, Plos One, 2013

41 Hypotese: Partikel-induceret akutfaserespons i lungerne fører til åreforkalkning Partikler Inflammation og akutfaserespons i lungerne Systemisk cirkulation af akutfaseproteiner Åreforkalkning Hjertekarsygdom

42 Hypotese: Partikel-induceret akutfaserespons i lungerne fører til åreforkalkning Partikler Systemisk cirkulation af akutfaseproteiner Åreforkalkning Pulmonary NANOPARTIKLER? Inflammatory & acute phase response Hjertekarsygdom

43 Sammenhæng mellem deponeret overfladeareal og risikoen for hjertekarsygdom Deponeret overfladeareal prædikterer mængden af inflammatoriske celler Mængden af inflammatoriske celler korrelerer med akutfaseresponset i lungerne Akutfaseresponset prædikterer risikoen for hjertekarsygdom Nanopartikler: Større overflade Mere inflammation Større akutfaserespons Højere risiko for hjertekarsygdom.

44 Opsumering

45 Opsummering Problemet med nano: - Flere partikler - Større overfladeareal - Mere støvende. Inhalation er den hyppigste eksponeringsrute. Bliver deponeret dybere i lungen. bliver længere tid i lungen. Nanomaterialeeksponering resulterer i: - Inflammation. - Øget risiko for at udvikle kræft. - Øget risiko for at udvikle hjertekarsygdomme.

46 Grænseværdier

47 Erhvervsmæssige grænseværdier for nanomaterialer Danmark og EU skelner endnu ikke mellem nano og de større partikler ift. grænseværdier. Grænseværdierne for TiO 2 er lige nu 10 mg/m 3. NIOSH har foreslået nye grænseværdier for nano-tio 2 på 0.3 mg/m 3. Grænseværdierne for carbon black er 3.5 mg/m 3. Forslået grænseværdier for CNT: mg/m 3 (NIOSH). Arbejdstilsynet har bedt NFA om at foreslå nye erhvervsmæssige grænseværdier for nano-tio 2, nano-carbon black and CNTs.

48 Hvad kan I gøre?

49 Hvad kan I gøre? Arbejder i med nanomaterialer? Er der udslip af nanomaterialer på jeres arbejdsplads? Er der mulighed for eksponering? Hvis i kan svare ja til en af disse spørgsmål bør i overveje hvordan medarbejderne beskyttes.

50 Hvad kan I gøre? NanoSafer: NanoSafer kan bruges til at identificere, om et stof skal betragtes som et nanomateriale, samt til at vurdere risikoen ved at anvende et specifikt nanomateriale i en given arbejdssituation og det anbefalede beskyttelsesniveau, som medarbejdere bør arbejde under. Generelt: Udluftning, åndedrætsværn og friskluftforsyning.

51 Tak til: NFA: Ulla Vogel Håkan Wallin Anne T. Saber Nicklas R. Jacobsen Petra Jackson Keld A. Jensen Karin S. Hougaard Asger W. Nørgaard Jitka Stilund Hansen Jorid B. Sørli Yishi Huang Gunnar D. Nielsen Peder Wolkoff Per Axel Clausen Funding: The Danish NanoSafety Center, grant# The European Community's Seventh Framework Programme (FP7/ ) under grant agreement # (Nanosustain). Health Canada's Chemical Management Plan-2 Nano research funds and Genomics Research and Development Initiative. Danish Working Environment Research Fund. Danish Environmental Protection Agency. The Danish 3R-Center (continuation of project). Health Canada: Sabina Halappanavar Carole Yauk Mainul Husain Sarah Labib

52 Tak for jeres opmærksomhed!! Spørgsmål:

53 Hvordan overførte vi CNT fra en tønde til laboratorieflasker? Photo: Per Axel Clausen

54 Meget forsigtigt! Photos: Per Axel Clausen