Upload
bobby
View
94
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Toxicita nanočástic. Miloslav Pouzar Ústav environmentálního a chemického inženýrství UNIVERZITA PARDUBICE 2011. Co mají tyto věci společné?. Co mají tyto věci společné?. For cosmetics companies these days, nanotechnology can be a selling point or a radioactive taboo. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Toxicita nanočástic
Miloslav Pouzar
Ústav environmentálního a chemického inženýrstvíUNIVERZITA 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
"Neptej se MĚ, zeptej se Paracelsa" "Jsou
nanočástice
toxické ?"
"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 funkci3. AgNPs se akumulují na povrchu buněčné membrány a mění její propustnost4. Ag NPs přestupují do buňky, kde generují ROS, uvolňují Ag + a poškozují DNA
Marambio-Jones C., Hoek E.M., Journal of Nanoparticle Research 12, 1531-1554 (2010)
– 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)
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
Narayanan K.B., Sakthivel N., Advances in Colloid and Interface Science 156, 1-13 (2010)
Topologie nanokrystalů Ag – Pseudomonas stutzeri AG259
Extracelulární mechanismy
• biomineralizace, biosorpce, komplexace, srážení (Klebsiella pnemonia, E. coli)• vznik silně polydispersních systémů
• 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
Opalovací krémy
• Long et al. (2006) - EPA nanočástice TiO2 v opalovacích krémech mohou způsobovat poškození mozku u myší
• Oberdörster et al. 2007, Hirano et al. 2005 – toxický účinek fotoaktivních NPs TiO2 zvýšen v přítomnosti světla – mechanismus spojen s produkcí ROS
• 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
• Burnett and Wang 2010 – stratum corneum je efektivní bariéra zabraňující přestupu TiO2 a ZnO NPs do systémového oběhu, vliv poranění kůže?
Penetrace kůží
Nanočástice AD(ME)
• Gulson et al. (2010) - NPs ZnO v opalovacích krémech, velikost 19 a 100 nm, zdravá lidská kůže, zvýšená koncentrace Zn v krvi – forma?
• Zhang et al. 2008 – kvantové tečky, neporušená kůže – 100% záchyt ve stratum corneum, porušená kůže – přestup do systémového oběhu
• Rouse et al. 2007 – fullereny, prasečí kůže – vliv ohybu na míru penetrace
• 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
Axonální translokace
Nanočástice AD(ME)• 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
Axonální translokace +/-
Nanočástice AD(ME)
• Garzotto and De Marchis (2010) – kvantové tečky, myš – vstup do čichového laloku extracelulární cestou nikoli axonální translokací
ENPs inhalace
nos plíce
krev
Sekundární orgány
-----------------------Redistribuce do
krve
Mozek/CNS
Axo
náln
í tra
nspo
rt
Tran
slok
ace
BB
Bpe
netr
ace
Aku
tní e
xpoz
ice C
hronická expozice
http://www.particleandfibretoxicology.com/content/pdf/1743-8977-7-42.pdf
• Yu et al. (2007) – Au 20 nm (2106 částic.cm-
3), 5 dní – akumulace v čichovém laloku (8 ng.g-1), 15 dní – entorhinální kůra
• 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
GI-absorpce
Nanočástice AD(ME)
J.J. Powell et al. / Journal of Autoimmunity 34 (2010) J226-J233
Endocytóza přes enterocyty
(<50-100 nm)
Transcytóza přes M-buňky v Peyerových plátech
(20-500 nm)
Persorpce otvory v záhybech klků
(nezáleží na velikosti)
Paracellulární transcytóza(velmi malé NPs - jen při nemoci)
Genotoxické účinky NPs
Singh N. et al., Biomaterials 30, 3891–3914 (2009)
spíše epigenetický nežli genotoxický účinek !!!!
Vliv doby expozice a doby setrvání částice v buňce (koroze)
Genotoxické účinky NPsAmesův test• nízká schopnost využívaných bakterií absorbovat NPs pomocí endocytózy - vysoká míra falešně negativních
výsledků
Konfliktní výsledky různých typů testůWarheit 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)
Singh N. et al., Biomaterials 30, 3891–3914 (2009)
Vliv buněčné linie zvolené pro in-vitro testyPacurary al. (2008) - SWCNT - buňky mesothelu více citlivé na poškození DNA než buňky mesotheliomu
• Takagi et al. (2008) schopnost MWCNT vyvolávat mesotheliom u p53 +/+ myší převyšovala účinek azbestu (crocidolit) - obvykle se jednalo o AGLOMERÁTY, intraperitoneální apl.
MWCNTs
crocidolite
fullerenes
Karcinogenní účinky 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)
Braydich-Stolle L. et al./ Toxicological Sciences 88 (2), 412-419 (2005)
Mitochondriální funkce Integrita buněčné membrány
Spermatogoniální kmenové buňky Jaterní buňky
Reprodukční toxicita NPs
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 NPsNel 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.
Neurotoxické účinky NPs
Hu et al., International Journal of Pharmaceutics 394 (2010) 115 - 121
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)
Neurotoxické účinky NPsWang 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
Koloidní stříbro - Argyrie
Rosemary Jacobs – nosní kapky
http://www.osel.cz/index.php?obsah=6&clanek=5505
Paul Karason – následky léčby škrábanců od kočky
Stan Jones – strach z jevu Y2K
Podrobnosti: M. Pouzar, Modří mužové, www.osel.cz
Děkuji za pozornost