Helseeffekter av nanopartikler Sikkerhetsdagene, NTNU 1.-2.11.2010 11 2010 Bjørn Hilt Arbeidsmedisinsk avdeling St. Olavs hospital / NTNU www.stolav.no/arbeidsmedisin 1
Forstørrelse: 500.000.000
Nanopartikler 12740 km 25 cm 1,25 nm 200.000.000 x 1 : 200.000.000 3
Nanopartikler = laget (engineered) Ultrafine partikler = Naturlig forekommende I begge tilfeller dreier det seg om partikler som har diameter < 0,1 µm (0,0001 mm) 4
Ett hårstrå = 0,08 mm = 80 µm = 80.000 nm 10-20.000 Diameter 000 nanopartikler 50 nm får plass ved siden av hverandre innenfor diameteren av et hårstrå 5
6,6-7,5 µm. 6-7 nm 6
Number and surface area of monodisperse particles at an airborne concentration of 10 mg/m 3 Particle Number per ml Particle surface diameter of air (mm 2 ) (mm) 2 1.2 24 1 19 60 05 0.5 153 120 0.1 19 199 600 0.02 2 400 000 3 016 7
Grafitt Fullerener: sfæriske molekyler bygget opp av rent karbon. Oppdaget i 1985 Diameter 0,7 nm Buckminsterfulleren C-60 Building a geodesic dome. Arkitekt Richard Buckminster Fuller. Fullerene Nanorør SWNT DWNT MWNT 8
Ultrafine partikler har alltid vært i omgivelsene, som for eksempel i røyk fra forbrenning Potensielle helseproblemer oppstår når vi begynner å lage tonnevis av partikler som vi tidligere ble utsatt for noen gram av. 9
Mulige helseeffekter av nanopartikler Luftveiene Sentralnervesystemet Hjerte-karsykdommer Cellenivå 10
Deponering av partikler i luftveiene Nese-munn-svelg >10 µm Inhalerbare Trakea og hovedbronkier 5-10 µm Torakal fraksjon Bronkioler og alveoler < 5 µm Respirabel fraksjon 11
Deponering av partikler i luftveiene ad poneringsgra Dep < 1 µm 1 µm 10 µm Diameter 12
Hvad sker i lungen? Fine particles Ultrafine particles Diam. < 0.1 m Airway Particle trapped and cleared on the mucus INFLAMMATION Alveolus Particle phagocytosed by macrophage Impairment of phagocytosis Release of mediators Particles cross epithelial barrier Marianne Dybdahl 13
Makrofag og e-colibakterier 14
Nanopartikler i makrofager 15
Hvad sker i lungen? Fine particles Ultrafine particles Diam. < 0.1 m Airway Particle trapped and cleared on the mucus INFLAMMATION Alveolus Particle phagocytosed by macrophage Impairment of phagocytosis Release of mediators Particles cross epithelial barrier Marianne Dybdahl 16
Nanopartikler passerer membraner både mellom celler og gjennom celler 17
Respons i lungecellerne Particles Macrophage ROS/RNS TNF, ROS/RNS Airway epithelium Intracellular ROS/RNS Activation of transcription factors (i.e. NF B) Gene expression Response (i.e. increased IL-6, MIP-2, KC expression) i ) 18
19
20
21
Kan nanopartikler interferere med DNA? 22
Mulige effekter i sekundære målorgan: Sentralnervesystemet: Via n. olfactorius N. trigeminus Sensoriske nerveendingar i tracheobronkial-regionen Aksonal (og dendrittisk?) transport Mulig mekanisme for Alzheimers sjukdom??? Perifere nerver? 23
Kan nanopartikler føre til hjerte- karsykdom? kd 24
Respirabelt støv og nanopartikler Akuttfasereaksjoner -Neutrofile celler -CRP -Alfa-1-antitrypsin IL-6 Fibrinogen (D-dimer) IHD Helikobakter pylori Chlamydia pneumoniae Reumatoid artritt Alder Røyking Diabetes mellitus Høyt blodtrykk Høyt LDL 25
Flere undersøkelser har vist økt forekomst av hjerteinfarkt etter episoder med smog eller annen luftforurensing 26
Toksikokinetikk Eksponering Opptak Fordeling / lagring Utskillelse 27
Sikre Mulige Samlet kinetikk for nanopartikler Luft, vann, klær Hud Adm. av legemidler Luft Mat, vann Deponering Inhalasjon Inntak Injeksjon Ekspo- nering Opptak Fordeling Lagring Luftveiene Mage- Nasal Trakeo- Alveolært tarm bronkialt trakt CNS PNS Blod (tromboc., monoc. Lymfe Lymfe endotel) Lever Benmarg Andre steder Nyre Milt Hjerte Bl.a. Muskler, placenta) Utskillelse Svette/avskalling Urin Brystmelk Avføring
Budskap Ultrafine partikler har alltid vært der. Nanopartikler nanopartikler. Helseeffekter kan oppstå når vi utsettes for store mengder reaktive nanopartikler (monodisperse) eller ultrafine partikler. 29
Vi vet dessverre alt for lite om hvordan nanopartikler kan tenkes å påvirke helseforhold 30
For de fleste eksponeringssituasjoner kan man tenke seg biologiske effekter, men man kjenner ikke de spesifikke helseeffektene (ev sykdommer) i detalj. Forskningen på toksikologiske forhold må gå hånd i hånd med den teknologiske utviklingen 31
Slutt og Takk for oppmerksomheten 32