Transcript 9,3 Mb - miloslav . pouzar
Toxicita nanočástic
Miloslav Pouzar Ústav environmentálního a chemického inženýrství UNIVERZITA PARDUBICE 2011
Co mají tyto věci společné?
Co mají tyto věci společné?
Protects sensitive skin with natural minerals zinc and titanium (no nano-particles) . For cosmetics companies these days, nanotechnology can be a selling point or a radioactive taboo
http://newhavenindependent.org/index.php/archives/entry/nanocosmetics_opportunity_or_risk/
Výrobky s obsahem nanomateriálů
N. Singh et al. / Biomaterials 30 (2009) 3891 –3914
"Jsou nanočástic e toxické ?" "Neptej se MĚ, zeptej se Paracelsa" "Jak už jsem řekl dříve - Všechny látky jsou jedy, nic není nejedovaté. Pouze dávka způsobuje, že látka přestává být jedem. Ale dneska se přeci všichni ptají sira Weba of Science...."
Počet odkazů týkajících se toxicity nanočástic na Web of Science
A. Kahru et al. / Toxicology 269 (2010) 105 –119
Počet odkazů týkajících se toxicity nanočástic na Science Direct
A. Kahru et al. / Toxicology 269 (2010) 105 –119
Antimikrobiální účinky Ag NPs (možné mechanismy, časová souslednost)
1. Ag + uvolněné z Ag NPs vyvolá tvorbu ROS 2.
3.
4.
Ag NPs interagují s membránovými proteiny a mění jejich funkci AgNPs se akumulují na povrchu buněčné membrány a mění její propustnost Ag NPs přestupují do buňky, kde generují ROS, uvolňují Ag + a poškozují DNA
– –
vzniklé ROS mohou též poškodit DNA, integritu buněčné membrány a membránové proteiny uvolněné Ag + poškození DNA a membránových proteinů
(Damm et al. 2008; Neal 2008)
Marambio-Jones C., Hoek E.M., Journal of Nanoparticle Research 12, 1531-1554 (2010)
Rezistence mikroorganismů proti účinkům těžkých kovů- produkce NPs
• • • • •
Intracelulární mechanismy
• •
„efflux“ – aktivní transport s využitím proteinových přenašečů změna rozpustnosti – srážení iontů za vzniku nerozpustných sloučenin, redukce iontů za vzniku nanočástic kovu vznik quasi monodisperzních systémů uvolnění NPs z buňky – ultrazvuk, detergenty Ag NPs – Pseudomonas stutzery Ag259 Ag-Au slitiny Vliv Cl -
– Lactobacillus (podmáslí)
- AgCl res
, AgCl 2 a AgCl 3 2 res
Topologie nanokrystalů Ag – Pseudomonas stutzeri AG259
• •
Extracelulární mechanismy biomineralizace, biosorpce, komplexace, srážení (Klebsiella pnemonia, E. coli) vznik silně polydispersních systémů Narayanan K.B., Sakthivel N., Advances in Colloid and Interface Science 156, 1-13 (2010)
Opalovací krémy
• • • •
Dunford et al. (2002), McHugh and Knowland (1997)
-
TiO 2 / ZnO se podílí na tvorbě volných radikálů v kožních buňkách a na následném poškození DNA těchto buněk
Long et al. (2006) - EPA
nanočástice TiO poškození mozku u myší 2 v opalovacích krémech mohou způsobovat
Hund-Rinke and Simon 2006 magna
–
toxický účinek fotoaktivních NPs TiO 2 poté přetrvává i za nepřítomnosti světla
na Daphnia
indukován předběžným osvícením UV světlem – fotokatalytická aktivita
Oberd örster et al. 2007, Hirano et al. 2005
–
toxický účinek fotoaktivních NPs TiO 2 zvýšen v přítomnosti světla – mechanismus spojen s produkcí ROS
•
Burnett and Wang 2010
– stratum corneum je efektivní bariéra zabraňující
přestupu TiO 2 a ZnO NPs do systémového oběhu, vliv poranění kůže?
•
Nanočástice AD(ME)
Penetrace kůží
•
Gulson et al. (2010) - NPs
ZnO v opalovacích krémech, velikost 19 a 100 nm, zdravá lidská kůže, zvýšená koncentrace Zn v krvi – forma?
Rouse et al. 2007
–
fullereny, prasečí kůže – vliv ohybu na míru penetrace
•
Zhang et al. 2008
kůže – 100% záchyt ve stratum corneum porušená kůže – přestup do systémového oběhu
–
kvantové tečky, neporušená
, •
Otberg et al. 2004
– záchyt TiO
2 NPs ve vlasovém folikulu po aplikaci opalovacího krému, doba setrvání 10 dní (ve stratum corneum pouze 1 den) J. Lademann et al. / European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 77 (2011) 465 –468
Nanočástice AD(ME)
Axonální translokace
•
Elder et al. (2006)
– inhalace MnO (30 nm, 500
g.m
-3 ) – potkan, oběma nosními dírkami (12 dní) - nárůst Mn v plicích 2-krát, v čichovém laloku 3,5-krát, jen levou nosní dírkou – nárůst Mn pouze v levé části čichového laloku
Nanočástice AD(ME)
Axonální translokace +/-
•
Yu et al. (2007)
– Au 20 nm (2
10 6 částic.cm
-3 ), 5 dní – akumulace v čichovém laloku (8 ng.g
-1 ), 15 dní – entorhinální kůra nos ENPs inhalace plíce
•
Oberdorster et al. (2005) –
prostupnost čichového laloku pro 20 nm NPs je u člověka asi 2-10 vyšší než u potkana – průnik do hlubších struktur mozku krev
•
Garzotto and De Marchis (2010) –
kvantové tečky, myš – vstup do čichového laloku extracelulární cestou nikoli axonální translokací Mozek/CNS http://www.particleandfibretoxicology.com/content/pdf/1743-8977-7-42.pdf
Sekundární orgány ---------------------- Redistribuce do krve
GI-absorpce
Nanočástice AD(ME)
Transcytóza přes M-buňky v Peyerových plátech (20-500 nm) Endocytóza přes enterocyty (<50-100 nm) Persorpce otvory v záhybech klků (nezáleží na velikosti) Paracellulární transcytóza (velmi malé NPs - jen při nemoci) J.J. Powell et al. / Journal of Autoimmunity 34 (2010) J226-J233
Genotoxické účinky NPs
spíše epigenetický nežli genotoxický účinek !!!!
Singh N. et al., Biomaterials 30, 3891 –3914 (2009)
Genotoxické účinky NPs
•
Amesův test nízká schopnost využívaných bakterií absorbovat NPs pomocí endocytózy vysoká míra falešně negativních výsledků Konfliktní výsledky různých typů testů
Warheit et al. (2007) - TiO
2 (hamster ovary cells) negativní Amesův test a test chromozómových aberací
Kang et al. (2008) - TiO
2 lymphocytes) pozitivní kometový a mikrojaderný test (periferal blood
Vliv buněčné linie zvolené pro in-vitro testy Pacurary al. (2008) - SWCNT -
buňky mesotheliomu buňky mesothelu více citlivé na poškození DNA než Vliv doby expozice a doby setrvání částice v buňce (koroze) Singh N. et al., Biomaterials 30, 3891 –3914 (2009)
Karcinogenní účinky NPs
•
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
Reprodukční toxicita NPs
• • • •
Takeda et al. (2009)
– březí myši podkožně aplikována suspenze NPs TiO 2 - anatas, 25-70 nm, 100
L, 1 mg.mL
-1 oplodnění aplikace 3, 7, 10 a 14 dní po porodní váha potomků exponovaných samic byla nižší (88% vs. kontrola) u narozených samečků TiO 2 detekováno v genitáliích - výrazně nižší spermatogeneze u narozených samečků TiO 2 v čichovém laloku mozku – výrazně vyšší biomarkery zánětlivé reakce
Reprodukční toxicita NPs
Ag NPs (15 nm) a CdO (1 000 nm)
Spermatogoniální kmenové buňky Jaterní buňky Mitochondriální funkce Integrita buněčné membrány
Braydich-Stolle L. et al./ Toxicological Sciences 88 (2), 412-419 (2005)
Neurotoxické účinky NPs
•
Nel et al. (2006)
oxidativní stres a následná zánětlivá odpověď organismu jsou hlavními mechanismy jak NPs poškozují neurony
•
Mates et al. (1999)
zvýšená produkce ROS
zvýšené riziko Alzheimerovy, Parkinsonovy a Huntingtnovy choroby
•
Campbel et al. (2005)
zvýšená koncentrace NPs v mozkové kůře a hippocampu u nemocných Alzh.
•
Scaper et al. (1999) vysoký obsah snadno peroxidovatelných nenasycených mastných kyselin, vysoká spotřeba kyslíku a relativně nízké % antioxidačních enzymů v mozkové tkáni - vysoká citlivost mozku na zvýšenou tvorbu ROS
Neurotoxické účinky NPs
Hu et al., International Journal of Pharmaceutics 394 (2010) 115 - 121
Neurotoxické účinky NPs
•
Wang et al. (2009)
negativní vliv Cu-90 a Mn-40 NPs na sekreci dopaminu při in-vitro testech (PC12)
•
Deng et al. (2009)
NPs ZnO (20-300 nm) Zn 2+ indukce apoptózy neurálních kmenových buněk - vliv iontu uvolněného uvnitř buněk
•
Lockman et al. (2004)
vliv náboje NPs na destrukci BBB - neutrální NPs a nízké koncentrace záporně nabitých NPs bez efektu, destrukce BBB kladně nabitými NPs
• •
Ma et al. (2009) při ip aplikaci 150 mg/kg TiO 2 během 14 dnů akumulace NPs v mozku myši - oxidativní stres a poškození mozku anatas se akumuluje lépe (500 ng/g) než "bulk" TiO 2 (350 ng/g)
Koloidní stříbro - Argyrie
Rosemary Jacobs kapky – nosní Paul Karason léčby škrábanců od kočky – následky Stan Jones – strach z jevu Y2K Podrobnosti: M. Pouzar, Modří mužové, www.osel.cz
http://www.osel.cz/index.php?obsah=6&clanek=5505