9,3 Mb - miloslav . pouzar

Report
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. Ag NPs interagují s membránovými
proteiny a mění jejich funkci
3. AgNPs se akumulují na povrchu
buněčné membrány a mění její
propustnost
4. 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 – Lactobacillus (podmáslí)
Vliv Cl- - AgCl res, AgCl2- a AgCl32- 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)
- TiO2 / ZnO se podílí na tvorbě volných radikálů v
kožních buňkách a na následném poškození DNA
těchto buněk
•
Long et al. (2006) - EPA nanočástice TiO2 v
opalovacích krémech mohou způsobovat
poškození mozku u myší
•
Hund-Rinke and Simon 2006 – toxický účinek fotoaktivních NPs TiO2 na Daphnia
magna indukován předběžným osvícením UV světlem – fotokatalytická aktivita
poté přetrvává i za nepřítomnosti světla
•
Oberdörster et al. 2007, Hirano et al. 2005 – toxický účinek fotoaktivních NPs TiO2
zvýšen v přítomnosti světla – mechanismus spojen s produkcí ROS
•
Burnett and Wang 2010 – stratum corneum je efektivní bariéra zabraňující
přestupu TiO2 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 – kvantové tečky, neporušená
kůže – 100% záchyt ve stratum corneum,
porušená kůže – přestup do systémového
oběhu
Otberg et al. 2004 – záchyt TiO2 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 +/-
Garzotto and De Marchis (2010) –
kvantové tečky, myš – vstup do
čichového laloku extracelulární
cestou nikoli axonální translokací
Translokace
Axonální transport
plíce
krev
Sekundární
orgány
----------------------Redistribuce do
krve
BBB
penetrace
•
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
nos
Chronická
expozice
•
Yu et al. (2007) – Au 20 nm (2106
částic.cm-3), 5 dní – akumulace v
čichovém laloku (8 ng.g-1), 15 dní
– entorhinální kůra
Akutní expozice
•
ENPs inhalace
Mozek/CNS
http://www.particleandfibretoxicology.com/content/pdf/1743-8977-7-42.pdf
Nanočástice AD(ME)
GI-absorpce
Transcytóza přes M-buňky v
Peyerových plátech
(20-500 nm)
Persorpce otvory v
záhybech klků
(nezáleží na velikosti)
Endocytóza přes
enterocyty
(<50-100 nm)
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) - TiO2 - negativní Amesův test a test chromozómových aberací
(hamster ovary cells)
Kang et al. (2008) - TiO2 - pozitivní kometový a mikrojaderný test (periferal blood
lymphocytes)
Vliv buněčné linie zvolené pro in-vitro testy
Pacurary al. (2008) - SWCNT - buňky mesothelu více citlivé na poškození DNA než
buňky mesotheliomu
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
•
TiO2 - anatas, 25-70 nm, 100 L, 1 mg.mL-1 - aplikace 3, 7, 10 a 14 dní po
oplodnění
•
porodní váha potomků exponovaných samic byla nižší (88% vs. kontrola)
•
u narozených samečků TiO2 detekováno v genitáliích - výrazně nižší
spermatogeneze
•
u narozených samečků TiO2 v čichovém laloku mozku – výrazně vyšší
biomarkery zánětlivé reakce
Reprodukční toxicita NPs
Ag NPs (15 nm) a CdO (1 000 nm)
Spermatogoniální kmenové buňky
Mitochondriální funkce
Jaterní buňky
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) - indukce apoptózy neurálních kmenových buněk - vliv
Zn2+ 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 TiO2 během 14 dnů akumulace NPs v mozku
myši - oxidativní stres a poškození mozku
•
anatas se akumuluje lépe (500 ng/g) než "bulk" TiO2 (350 ng/g)
Koloidní stříbro - Argyrie
Rosemary Jacobs – nosní
kapky
Paul Karason – následky
léčby škrábanců od
kočky
Stan Jones – strach z
jevu Y2K
Podrobnosti: M. Pouzar, Modří mužové, www.osel.cz
http://www.osel.cz/index.php?obsah=6&clanek=5505
Děkuji za pozornost

similar documents