Nanopartiklers toksikologi er det farligt at indånde nanopartikler?

Transkript

1 Nanopartiklers toksikologi er det farligt at indånde nanopartikler? Ulla Vogel Dansk Center for Nanosikkerhed

2 Udsættelse for nanopartikler I arbejdsmiljøet Som forbruger Ydre miljø

3 Eksponeringsveje Indånding Indtag Medicinsk behandling Gennem huden

4 Nano dækker forskellige ting

5 Seniorforsker Keld Alstrup Jensen Mangfoldige nanopartikler form / morfologi partikelkemi nano størrelse (overfladeareal) atomstruktur funktionalisering

6 Det Nationale Forskningscenter for Arbejdsmiljø Nanosikkerhedsforskning som strategisk forskningsområde siden årsværk investeret årligt i nanosikkerhedsforskning

7 Gruppen for Nanotoksikologi & Arbejdshygiejne Netværksdannelse og formidling Eksponering og fysiskkemisk karakterisering Toksikologi IKK PJA AVI AWN Risikoadministration SPO ZKY JSH 2 dyrepassere 7 laboranter

8 Hovedspørgsmål siden 2005 Er nanopartikler farligere end større partikler med samme kemiske sammensætning? Ja!

9 Vision Enkeltobservationer Generaliserbar viden Evidensbaseret risikovurdering. Forudsigelse af toksikologiske effekter på basis af viden om størrelse, form og overfladeegenskaber Sikker anvendelse af nanoteknologi herunder specielt højvolumen materialer

10 Toksicitet er et spørgsmål om dosis Vi omgås mange farlige kemikalier i arbejdsmiljøet og i vores hverdag Vi skal omgås dem sikkert

11 Indånding af partikler: Forbud mod fyring med brunkul i Irland i 1991 Forbud Forbud Sod: -70% Lungedød: -15% Total død: -6% Hjertedød: - 10% Clancy et al. Lancet 360: , 2002

12 Nanostørrelse: flere partikler og større overfladeareal pr vægtenhed Pr vægtmængde 1 um til 100 nm 1 um til 10 nm Størrelse 10 x 100 x Antal partikler 1000 x x Overflade areal 10 x 100 x

13 Keld A Jensen Risiko = Fare x Exponering

14 Total generated particles, dn/dlogdp [#/cm 3 ] Dustiness Index [mg/kg] Flere og mindre partikler i luften Støvningsforsøg med pigment TiO 2 og nanotio Aloxite F800 Aloxite F1200 Zirconia TiO2-pigment TiO2-ultrafine Målt i masse Målt i antal partikler TiO 2 ultrafine TiO 2 pigment Diameter, D p [nm]

15 Eksponering: Risiko for mere støv i luften TiO2-ultrafine UV titan L181 Bentonite Talc Nanofill 8 Nanofill 5 Goethite Fumed silica Nanofil 9 Nanofil SE3000 Aloxite F1200 Flammrüss 101 Y-ZrO2 Aloxite F800 ASP-G90 RDI-S TiO2-pigment Meget Lavt Lavt Moderat Højt Dustiness Index Inhalable Støvningsindeks Dustiness Index [mg dust/kg powder]

16 Måling af kulstof nanorør i luften Photo: Per Axel Clausen

17 Håndtering af kulstofnanorør Photos: Per Axel Clausen

18 Total generated particles, dn/dlogdp [#/cm 3 ] % Deposited Deponering af nanopartikler i lungen 100 Biological relevant size fractions (CEN, 1992) Liver DF Dia p DH Dia p DT Dia p DA Dia p Total deposition Alveolar Head Deposition (larynx) Thoracic deposition Particle Dia Size p [um] 33% deponeres i lungen TiO 2 ultrafine % deponeres i lungen 1000 TiO 2 pigment Carbon black Printex Diameter, D p [nm]

19 Indånding af nanopartikler Larger particles Nanoparticle Diam. < 0.1 m Airways Recruit & activate Marianne Dybdahl Particle deposition and removal by mucociliar clearance Particle phagocytosis by macrophage reduced phagocytosis INFLAMMATION release of mediators ROS more interaction larger surface area more radical formation Chemo/cytokines TNF, MIP, ILs etc.: ROS/RNS Particles translocates to circulation CVD

20 Indåndede TiO 2 nanopartikler i lungen fjernes igen meget langsomt Mus indåndede 40 mg/m 3 1 time dagligt i 11 dage. TiO 2 indhold i lungen blev målt med ICP-MS. Eksponering Dage efter N TiO 2 i lunge/ mg/kg eksponering (mean ± sd) TiO ± 10 (25%) Luft 5 3 < 8 TiO ± 30 (21%) Luft 25 3 < 1 Ca. 21 % af det deponerede TiO 2 kan genfindes efter 25 dage Hougaard et al, 2010

21 Total number of cells in BAL fluid Total number of cells in BAL fluid Indånding af nanopartikulært TiO 2 giver langvarig inflammation Efter 5 dage Efter 4 uger ** *** Control TiO * Macrophages Neutrophils Lymphocytes ** Macrophages Neutrophils Lymphocytes Cellesammensætning i lungen. Hougaard et al, 2010

22 Inflammation Indånding af nanopartikler Doser der svarer til grænseværdier i det danske arbejdsmiljø giver: Langvarig lungeinflammation DNA skader (indikation for kræftrisiko) Forøget åreforkalkning (indikation for risiko for hjertekarsygdom) Samlet overfladeareal

23 Behov for specifik risikoregulering og - håndtering af nanomaterialer Større Eksponeringspotentiale: 300 x TiO 2 pigment 100 nm 100 nm 1 µm Risiko = eksponering x fare: x TiO 2 nanopartikler Behov for at kunne regulere udsættelse for nanopartikler Større Lungedeponering 1-3 x x Større helbredseffekter ved samme dosis Inflammation er proportional med overfladearealet 100 x

24 Kulstof nanorør CNTs har en række unikke & attraktive egenskaber: en trækstyrke der er gange det stærkeste stål, men kun en brøkdel af dets massefylde til forstærkning af kompositmaterialer metalliske eller halvledende, og dette gør dem attraktive som elektriske komponenter

25 Kulstof nanorør : bagsiden af medaljen Lange, tynde, respirable fibre Uopløselige i biologiske væsker Udløser langvarig inflammation Danner ROS, reaktive oxygen species asbestlignende

26 En type kulstofnanorør forårsagede kræft i følsomme mus. En anden type gjorde ikke Tagaki et al, 2009

27 Sub-chronic inhalation studies of carbon nanotubes Rats were exposed on 6 h/day, 5 days per week for 13 consecutive weeks to 0, 0.1, 0.4, 1.5, and 6 mg/m 3. Biomarkers assessed 4, 13 and 26 weeks after exposure Baytubes, MWCNT Biological half-life in lung days A number of biomarkers of lung inflammation and toxicity Pauluhn 2010 Pauluhn; 2010

28 Conclusion: No effects observed at the lowest dose, 0.1 mg/m 3 Halflife of CNT in lung ca. 1 year Suggested OEL based on this work: 1-7 ug/m 3 (Aschberger 2010, NIOSH, 2010)

29 Portioning out CNTs using a disposable glove box Photos: Renie Birkedal

30 Dansk Center for Nanosikkerhed 3-årig forskningsbevilling fra Arbejdsmijøforskningsfonden 30 mill kroner Maj 2012-April 2015 Fotos: Mikkel Østergaard

31 TAK FOR JERES OPMÆRKSOMHED

32 Dansk Center for Nanosikkerhed Bedre eksponeringsvurderinger Bedre toksikologiske undersøgelser Bedre kendskab til de grundlæggende mekanismer Bedre modeller til risikovurdering og risikohåndtering Fotos: Mikkel Østergaard

33 NFA er ikke alene.. Danske nanoforskere fra: Danmarks Tekniske Universitet: Professor Anders Baun, DTU Miljø Lektor Kristian Mølhave, DTU Nano Seniorforsker Alicja Mortensen, og professor Erik Huusfeldt Larsen, DTU Fødevareinstituttet Københavns Universitet, Afdelingen for Miljømedicin, Institut for Folkesundhedsvidenskab: Professor Steffen Loft, Professor Peter Møller Syddansk Universitet, Institut for Fysik, Kemi og Farmaci Institutleder Frants Roager Lauritsen Teknologisk Institut Konsulent Henrik Vejen Kristensen Leif Højslet Christensen

34 Udenlandske samarbejdspartnere Health Canada, Canada Lunds Universitet, Sverige INRS, Frankrig TNO, Holland IUTA, Tyskland IOM, UK

35 Centeropbygning Dansk Center for Nanosikkerhed Styregruppe Arbejdstilsynet National Følgegruppe Videnskabelig Følgegruppe BAR Industri (2 repræsentanter) Hovedprojekt Projektledelse: Ulla BAR Vogel Bygge-anlæg (2 repræsentanter) DA Tema 1: NP måling og karakterisering National Følgegruppe: Miljøstyrelsen LO Tema 2: Toksiske effekter Tema 3: Mekanismestudier Tema 4: Risikovurdering og -håndtering

36 Centeropbygning Dansk Center for Nanosikkerhed Styregruppe National Følgegruppe Videnskabelig Følgegruppe: Hovedprojekt Projektledelse: Ulla Vogel Kai Savolainen (FIOH) Anna Shvedova (NIOSH) Michael Riediker (IST) Tema 1: NP måling og karakterisering Tema 2: Toksiske effekter Tema 3: Mekanismestudier Tema 4: Risikovurdering og -håndtering

37 Underprojekter Tema 1. Eksponering og partikelkarakterisering: Delprojekt 1.1. Udvikling af metoder til måling af nanopartikler i luft (ph.d.-projekt) Delprojekt 1.2. Eksponerings- og emissionsmålinger af nanopartikler Delprojekt 1.3. Fysisk/kemisk karakterisering af nanopartikler Tema 2. Toksiske effekter af nanopartikler : Delprojekt 2.1. Screening af toksiske effekter af nanopartikler Delprojekt 2.2. Kulstofnanorør: Genotoksiske effekter og kræft Delprojekt 2.3. Accelereret åreforkalkning ved eksponering for nanopartikler (ph.d.-projekt) Delprojekt 2.4. Effekter af nanopartikler på graviditet og fosterudvikling Delprojekt 2.5. Deponeringsmodel for nanopartikler luftveje på mus Tema 3. Mekanismestudier : Delprojekt 3.1. Indirekte eller direkte toksiske effekter af akkumulering af nanopartikler i leveren (ph.d.-projekt) Delprojekt 3.2. Interaktion mellem nanopartikler og lunge-surfactanter (ph.d.-projekt) Delprojekt 3.3. In vitro og iv vivo effekter af interaktion mellem nanopartikler og lungesurfactanter Delprojekt 3.4. Eksponering for nanopartikler og global genekspression Tema 4. Risikovurdering og -håndtering : Delprojekt 4.1. Risikovurdering og -håndtering Delprojekt 4.2. Udvikling og validering af kvalitative til kvantitative metoder til risikovurdering af nanomaterialer (ph.d.-projekt)

38 EU projekter bidrager med mere viden - hjemtagning af viden

39 Virkemidler Målgrupper Vidensformidling Center for nanosikkerhed: Målgrupper og virkemidler Myndigheder Beslutningstagere Virksomheder Arbejdsmarkedets parter Fagpers oner Forskere og s tuderende O ffentligheden VFA: Nyheder og nyhedsbrev Populærvidenskabelige artikler i branche- og fagblade NANOSAFER - online værktøj til risikovurdering Faktaark og forskningsresumeer Formidlingsmøder og offentlige møder NFA: Nyheder, nyhedsbrev og hjemmeside NIVA-kurser Udredninger og v idenskabelige reviews Populærvidenskabelige artikler i andre blade Videnskabelige artikler Ph.d.-afhandlinger Internationale konferencer Eksterne hjemmesider og portaler Omtale af resultater i medier som aviser, TV, radio, netaviser