A nanoanyagok környezeti és egészségkockázata

Átírás

1 A nanoanyagok környezeti és egészségkockázata Pándics Tamás, Demeter Zoltán, Törökné Kozma Andrea, Balázs Mária, Dura Gyula Országos Környezetegészségügyi Intézet

2 A NANOANYAGOK FELHASZNÁLÁSÁNAK IPARÁGAK SZERINTI MEGOSZLÁSA 34% Hibrid anyagok előállítása 10% Egyéb 20% Informatika 17% Félvezetőgyártás 8 % Gyógyszeripar Egészségügy 11% Nanoelektromechanikus rendszerek

3 Nanoanyagok alkalmazása az egészségügyi ellátás terén

4 Vegyi anyagok kockázatbecslésének alapszerkezete Mólsúly, gőznyomás, olvadáspont, Kow, vízoldékonyság megoszlási együtthatók, lebomlás. Az anyag életciklusának ismerete: gyártási folyamat, mennyiség, rendeltetésszerű felhasználás jellemzői stb. Elegendő adat áll rendelkezésre? A meglévő adatok minősége megfelelő? Meglévő ismeretek és adatok Toxikológiai, ökotoxikológiai vizsgálatok eredményei, expozíciós kapuk, toxikokinetika, disztribúció,akut tox., irritáció, ismételt dózisú tox., karcinogenitás stb. STP mikroorg, vízi, sz.földi stb szervezetekre gyakorolt hatások Humán expozíció: munkahelyi, használat során környezeten keresztül Környezeti expozíció: Lebomlás, eloszlás Az anyag teljes életciklusára Előállítás, készítményekbe keverés: gyártási technológia, volumen stb. Felhasználás, használat* hulladékkezelés Expozíciós forgatókönyv készítése Expozíció értékelése Klasszifikáció (R/S-mondatok, címkézés) Veszélyek azonosítása Hatások értékelése Dózis-válasz összefüggés Humán: exp. kapu-exp. küszöbérték Hatásmechanizmus Toxikokinetika Környezeti: Egyes fajokon végzett laboratóriumi vizsgálatok extrapolálása a valós körny. Felhalmozódás, másodlagos mérgezés Kockázatjellemzés Előrejelzett expozíciós szintek az egyes humán csoportokra és környezeti elemekre Kockázatok kommunikációja a biztonságos használatért A várható expozíciók és biológiai hatások összevetése, az expozíciós szintek nem haladhatják meg a tolerábilis/elfogadható koncentrációkat Amennyiben a várható expozíciós értékek magasabbak, mint a tolerábilis szintek, akkor: Részletesebb elemzéshez vizsgálati stratégia megtervezése Kockázatcsökkentés lehetőségének vizsgálata A vizsgálatok alapján megállapítottuk a még nem káros dózisokat

5 Kockázatbecsléshez szükséges adatok: Kémiai tulajdonságok vizsgálata és elemzése Környezeti hatásvizsgálatok eredményei Egészségre gyakorolt hatások vizsgálata: Expozíció (orális, dermális, inhalációs, iatrogén) Toxicitás (akut, krónikus) Karcinogenitás, genotoxicitás

6 Ugyanazon anyag nanoméretből adódó eltérő fizikaikémiai tulajdonságai: Térfogati és tömegi fajlagos felület Katalitikus aktivitás Forrás- és fagyáspont Sűrűség Oldékonyság.. Eltérő környezetre és egészségre gyakorolt hatás

7 Környezeti hatásvizsgálatok: Véletlenszerű méret- és anyagválasztás Összehasonlíthatatlan adatsorok Eddigiekben alaposabban vizsgált anyagok: ezüst nanoszemcsék szén-nanocsövek TiO 2

8 Nanoanyagok expozíciója Anyag/termék Nanoméretű komponens Expozíció Kozmetikumok, krémek Titán-dioxid, Cink-oxid Dermális Üzemanyag adalékok Cérium-oxid Inhalációs Bevonatok Ezüst nanoszemcsék Dermális Elektronikai eszközök Szén nanocsövek Dermális, inhalációs Diesel üzemanyagok Koromszemcsék Inhalációs Talajkezelő anyagok Fémporok, sók Inhalációs, orális Egészségügyi ellátásában használt anyagok Hidroxiapatit, ezüst, nanoméretű liposzómák Dermális, inhalációs, orális, intravénás

9 Expozíciós forgatókönyv EREDET TERMÉSZETES ANTROPOGÉN TERVEZETT NEM TERVEZETT KÖRNYEZETI KÖZEG LEVEGŐ VÍZ TALAJ ÉLELMISZEREK GYÓGYSZEREK ÉS TERMÉKEK BEJUTÁSI KAPU BELÉGZÉS LENYELÉS BŐRKONTAKTUS IATROGÉN TRANSZ- LOKÁCIÓ MUKOCILIÁRIS VÉR ÉS NYIROK NEURONÁLIS HATÁS LOKALIZÁCIÓ LOKÁLIS SZISZTÉMÁS

10 A nanorészecskék vizsgálata során eddigiekben felmerült egészségre gyakorolt hatásai: Lokális hatás: Bőrirritáció, gyulladás (fém-oxidok) Tüdő fibrózis (fém-oxidok) Sejtmembrán károsodás (fém-oxidok) Szisztémás hatás: Oxidatív stressz (carbon black) Thrombocyta aggregáció (carbon black) Karcinogenitás? (hidroxiapatit) Kockázatbecslés szükségessége

11 Az egészségügyben használt nanoanyagok lehetséges veszélyei:

12 Az eddig rendelkezésre álló adatok alapján jelentős különbség mutatkozik a nagyszemcsés és nanoszemcsés anyagformák között Nanoanyagok fizikai-kémiai sajátságainak vizsgálata Expozíció vizsgálata Expozíciós forgatókönyv készítése Mérés Számítás Toxikológiai vizsgálatok elvégzése Szemikvantitatív kockázatbecslés Teljes körű kockázatbecslés Szabályozás

13 Nanoanyagok kockázatbecslése adathiány életciklus elemzés nanoanyag előállítás nanotermék gyártás felhasználás hulladék a nanotoxikológia a nanorészecskékre összpontosít, nem a termékekre, a folyamatokra

14 Kockázatbecslés problémái: A korábbi számítógépes modellek nem megfelelőek (a nanoanyagok szempontjából fontos paraméterek hiánya) Kémiai tulajdonságok vizsgálata és elemzése hiányos Környezeti hatásvizsgálatok csak részben készültek Egészségre gyakorolt hatások vizsgálata még hiányos Nagy pontosságú kockázatbecslés nem végezhető

15 Nanoanyagok szabályozása Európai Bizottság: van munka-, környezet-, fogyasztóvédelmi szabályozás és REACH: jelmondata: ha nincs adat, forgalmazni TILOS! Egészség- és környezetvédelem magas szintű biztosítása: Gyártói felelősség elve UNIÓS JOGSZABÁLYOK? jelölés, cimkézés nanoveszély?

16 Szemikvantitatív modellek alkalmazásának szükségessége mint áthidaló megoldás Főbb szempontok a veszélyesség megítéléséhez: Nanoanyagról van-e szó? Oldékonyság/oldhatóság (poláros/apoláros) Nanoanyag marad-e a bejutási kaput átlépve? Bejutási kapu Bejut-e a keringésbe/intracelluláris térbe Oxidatív stressz/egyéb toxikus hatások Kiürülés/kiválasztás

17 Szemikvantitatív kockázatbecslés Nanospecifikus tulajdonság (Nt) potenciális kockázat = (Bh. Ke + Nt2). Nt1 Nt1: Nano-relevancia Nt2: életcíklus-adatok Bh Kockázat = f (Nt,Bh,Ke) Ke Bh: Biológiai hatás Reaktivitás (redox-, katalitikus aktivitás) Stabilitás (bio- és környezeti perzisztencia) Ke: Fogyasztókat/dolgozókat érő környezeti expozíció Fizikai matrix, amibe a nanorészecskét (NR) beágyazták A nanorészecske (NR) összmennyisége a termék napi előállítása/felhasználása során A potenciális expozíció gyakorisága A NR emissziója a termékből vagy a felhasználás során

18 Döntési séma a nanoanyagok külön anyagként történő vizsgálatának mérlegeléséhez NEM 300nm alatti részecskeméret IGEN Szemikvantitatív modell Nano-releváns tulajdonságok figyelembe vétele Nem vizsgálandó külön anyagaként IGEN Képez-e 300nm-nél nagyobb agglomerátumokat az emberi szervezetben vagy a környezetben 300 nm-es küszöbméret NEM Aggregálódási képesség NEM Van-e lehetőség humán vagy Expozíció lehetősége környezeti expozícióra Toxikus anyagok megkötése IGEN Jelentős reaktivitás Fokozott körültekintés IGEN Felszínén köt-e egyéb toxikus anyagok NEM A modell tovább finomítható ökotoxikológiai vizsgálatok eredményeivel Külön anyagként vizsgálandó IGEN Szignifikánsan emelkedett reaktivitás a nagy szemcsés változathoz képest NEM

19 További lehetőségek a modell finomítására A nanorészecskék azonos anyag esetében is jelentős eltérést mutathatnak eltérő részecskeméret mellett. Irracionális elvárás a későbbiekre nézve is, hogy egy gyártó az adott különböző méretű nanoanyagot tartalmazó termék esetében minden lehetséges mérteben vizsgálatot végezzen. Egyszerű ökotoxikológiai modellekkel vizsgálható egy méret-dózis-hatás összefüggés, amely csökkentheti a későbbiekben a szükséges vizsgálatok számát, illetve finomíthatja a szemikvantitatív modelleket

20 Vizsgálati tesztrendszerek Vizsgálatok a vas-oxid különböző koncentrációjú (0,01; 0,1; 1; 10; 50 és 100 mg/l) vizes oldataival Daphnia magna akut (48 h) és krónikus (21 nap) vizsgálatok (OECD 202, 211) valamint Thamnocephalus platyurus-szal végzett kísérletek (Thamnotoxkit F- 24h) Transzmissziós elektronmikroszkóp (TEM) Alga növekedés gátlás tesztek Navicula pelliculosa (kovaalga) Anabaena sp. (kékalga) valamint a Pseudokirchneriella subcapitata (zöldalga) tesztszervezeteken Heterocypris incongruens tesztszervezettel üledék toxicitási teszt (Ostracodtoxkit F) mg/l koncentráció tartományban. Vizsgálatok a titán-oxid különböző koncentrációjú (0,01; 0,1; 1; 10; 50 és 100 mg/l) vizes oldataival Alga növekedés gátlás tesztek Navicula pelliculosa (kovaalga) Anabaena sp. (kékalga) valamint a Pseudokirchneriella subcapitata (zöldalga) tesztszervezeteken

21 Nano vas-oxid eredmények (1) Az akut tesztek eredményei 10 mg/l 100 mg/l Fokozott vedlés Daphniáknál Korlátozottabb mozgás Béltraktusban lerakódó vas-oxid Levedlett héjak Kontroll 0,01 mg/l 0,1 mg/l 1 mg/l 10 mg/l 100 mg/l

22 Nano vas-oxid eredmények (2) Daphnia, 48 órás expozíció, 100 mg/l vas-oxid TEM (transzmissziós elektronmikroszkóp) vizsgálat Peritrofikus membránban vakuoláris degeneráció Vakuoláris degeneráció (100 mg/l)

23 Százalékos szaporulat Nano vas-oxid eredmények (3) Nano vas-oxid krónikus Daphnia teszt Elővizsgálat: 1, 10 és 100 mg/l vizsgált koncentrációk 100 mg/l koncentrációban szignifikáns toxikus hatás (anyaállat pusztulás, méret és szaporulat-csökkenés - 90%-os gátlás) EC50 meghatározása: 10, 30, 60 és 100 mg/l-es koncentrációk Nanoméretű vas-oxid Normál vas-oxid Krónikus Daphnia-teszt vizsgálati eredményei Nano vas-oxid koncentráció (mg/l) Daphnia magna : EC50 = 52 mg/l

24 Hatás % Nano vas-oxid eredmények (4) Ostracod krónikus teszt 10 és 1000 mg/l közötti vizsgált koncentrációk Szignifikáns toxikus hatás (pusztulás, növekedés gátlás) LC50 meghatározása a pusztulás mértékéből: 600 mg/l* EC50 meghatározása a növekedés gátlásból (érzékenyebb végpont): 500 mg/l Ostracod teszt eredményei Pusztulás % Növekedés gátlás % mg/l 100 mg/l 300 mg/l 600 mg/l 1000 mg/l Nano vas-oxid koncentráció

25 Kontrollhoz viszonyított %- os növekedés Nano vas-oxid és titán-dioxid alga tesztek Nano vas-oxid: Három algafaj: zöld-, kova és kék-alga, mindegyikre gátló hatású Navicula pelliculosa : EC50 = 10 mg/l Anabaena sp. : EC50 = 15 mg/l Pseudokirchneriella subcapitata : EC50 = 34 mg/l Algák a legérzékenyebbek a nanoméretű vas-oxidra! Nano titán-dioxid: Nem tapasztaltunk gátló hatást egyik esetben sem (A kristályszerkezet rutil (-) vagy anatáz (+)) Nano vas-oxid növekedés-gátlás teszt Navicula pelliculosa kovaalgára 0,01; 106,9 0,1; 113, ; 85, ; 50, ; 17,6 0 0,01 0, Nano vas-oxid koncentráció (mg/l)

26 Hogyan tovább? A jelentős adathiány pótlása különösen fontos a nanotechnológia biztonságos és felelősségteljes alkalmazását (COM/2004/338) megalapozó kockázatbecsléshez A mind nagyobb számban rendelkezésre álló adatok segítségével egyre pontosabb kockázatbecslés lehetséges, így megítélhetővé válik a nanotechnológiai és egyéb úton keletkező nanorészecskék kockázata Áthidaló megoldásként szemikvantitatív kockázatbecslési modellek kialakítása szükséges az egészségkockázat megítéléséhez

27 Köszönöm a figyelmet