1 / 20

Toxicita TiO 2 NPs (pravdy, polopravdy a mýty)

Toxicita TiO 2 NPs (pravdy, polopravdy a mýty). Miloslav Pouzar Univerzita Pardubice 2014. Spiknutí toxikologů proti TiO 2 ?.

barbie
Download Presentation

Toxicita TiO 2 NPs (pravdy, polopravdy a mýty)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Toxicita TiO2 NPs(pravdy, polopravdy a mýty) Miloslav Pouzar Univerzita Pardubice 2014

  2. Spiknutí toxikologů proti TiO2? "Jak dlouho ještě budou toxikologové tahat peníze z nás, z průmyslu, na prokazování už tolikrát prokázaného? Stovky studií zaměřených na studium zdravotních následků profesionální expozice jasně dokládají, že je TiO2 mnohem méně škodlivý, než polétavý prach. V rámci inhalačních in-vivo studií je dokonce tato látka používána po mnoho let jako negativní kontrola. Může mi tedy někdo vysvětlit, proč se tím vůbec ještě zabývat?" Ing. Jan Procházka Ph.D. ředitel firmy Advanced Materials - JTJ s.r.o. (nano TiO2, fotokatalytické aplikace) v rámci akce: Kulatý stůl - Nanobezpečnost a odpovědné nakládání s nanomateriály v ČR a EU, Praha, Ústav experimentální medicíny AV ČR, Česká technologická platforma bezpečnosti průmyslu, 14.4.2014

  3. http://www.czso.cz/csu/2013edicniplan.nsf/t/6600344856/$File/960113a04.pdfhttp://www.czso.cz/csu/2013edicniplan.nsf/t/6600344856/$File/960113a04.pdf

  4. Spiknutí toxikologů proti TiO2? Warheit D.B., DuPont Haskell Centers for Health and Environmental Sciences, "How to measure hazard/risks following exposures to nanoscale or pigment-grade titanium dioxide particles" • toxikologická data o TiO2 - nedostatečná FCH charakterizace částic • krystalová struktura (rutil - pigmenty, anatas – fotokatalytické NPs) • velikost částic (250 - 400 nm - pigmenty; < 100 – fotokatalytické NPs) • povrchová úprava a pH povrchu (neupravené částice "kyselejší") • další nezbytné údaje • stupeň aglomerace v relevantním médiu • povrchová reaktivita • metoda přípravy/výroby včetně úpravy povrchu (neutralizace) • čistota Warheit D.B., Toxicology Letters 220 (2013) 193 - 204

  5. Spiknutí toxikologů proti TiO2? PMNs - % neutrofilů - BAL Potkan, intratracheální instilace R//382nm//5,8 m2/g// Db 0,4// 0,8 A-0,2 R// 129 nm// 53,0 m2/g// Db 23,8 R//136nm//18,2 m2/g// Db 10,1// R//149nm//35,7 m2/g// Db 1,2 Warheit D.B., Toxicology Letters 220 (2013) 193 - 204

  6. Spiknutí toxikologů proti TiO2? • in-vivo studie – nesmyslně vysoké koncentrace, nevhodný model a způsob aplikace • Lee a kol. (1985) – 2-letá inhalační studie, potkan, TiO2 pigment gr. (10, 50 a 250 mg.m-3), tumory pouze u nejvyšší koncentrace • Bermudez a kol. (2004) – 13-ti týdenní inhalační studie, uf-TiO2 (0,5; 2 a 10 mg.m-3), fem. potkan, myš a křeček, křečci větší schopnost vylučovat NPs než myši a potkani, u myší a potkanů pozorovány při 10 mg.m-3 biomarkery zánětu a cytotoxicity, u potkanů též známky vznikající fibrózy • Nikula a kol. (2001) – inhalační expozice různým typům částic (uhelný prach, zplodiny z dieselového motoru – 2mg. mg.m-3, 24 měsíců), celkový záchyt částic v plicích u primátů a potkanů podobný, vyšší retence částic v alveolách a vyšší zánětlivá reakce u potkanů • Warheit akol. (1997) – 4-týdení inhalační studie, potkan, TiO2 pigment gr. a pentakarbonyl železa (10, 50 a 250 mg.m-3), při nejvyšší koncentraci 6-měsíců přetrvávající zánětlivá reakce, proliferace plicních buněk, zhoršené vylučování částic, poškozená funkce makrofágů – vliv přetížení plic (overload), nikoli typu částic Warheit D.B., Toxicology Letters 220 (2013) 193 - 204

  7. Spiknutí toxikologů proti TiO2? • kohortové studie - expozice v pracovním prostředí – žádný důkaz o zvýšené incidenci či mortalitě rakoviny plic, nenádorových plicních a srdečních onemocnění • Chen a kol. (1988) – 1 576 mužů,  1 rok výroba TiO2 , 2 závody v USA • Fryzek a kol. (2003) – 4 241 osob, retrospektivní studie, 4 závody v USA • Boffeta a kol. (2004) – 15 017 osob,  1 rok výroba TiO2 , 11 závodů v EU • Ellis a kol. (2010, 2014) – 3 607 osob, výroba TiO2, DuPont 1935 - 2006 • IARC (TiO2 – 2006 a 2010 karcinogen třídy 2B – v publikaci neuvedeno !!!) • výrazná disproporce mezi výsledky epidemiologických studií a in-vivo testy inhalační toxicity; studie prokazující negativní korelaci mezi expozicí TiO2 a incidencí rakoviny plic [Siemiatycki (1991); Boffetta a kol. (2001); Ramanakumar a kol. (2006, 2008)] • TiO2 NPs tvoří málo významnou frakci dosud studovaných TiO2 produktů Warheit D.B., Toxicology Letters 220 (2013) 193 - 204

  8. TiO2 – mechanismy toxického účinku Přestup do buněk • plicní makrofágy účinně pohlcují pouze částice o velikosti v řádu m, v případě TiO2NPs fagocytovány jen větší aglomeráty – volné NPs setrvávají dlouhodobě v plicní tkáni • TiO2NPs po inhalační expozici prostupují do epiteliálních a endoteliálních buněk a fibroblastů, pohybují se v cytoplazmě – možnost interakce s buněčnými organelami Indukce oxidativního stresu • celá řada in-vitro testů prokázala schopnost TiO2NPs prostupovat do buněk, zvyšovat tvorbu ROS, ovlivňovat expresi genů významných antioxidačních enzymů, způsobit vyčerpání antioxidantů (GSH) a poškodit buňku (peroxidace lipidů, poškození DNA apod.) • vliv UV záření (anatas) – fotoaktivované TiO2NPs výrazněji indukují oxidativní stres i bez přítomnosti UV záření (stejný účinek pro anatas  25 a 100 nm) • oxidativní stres dále vyvolává produkci pro-zánětlivých mediátorů (TNF, MIP-2), poškození DNA a denaturaci protreinů Skocaj M. a kol., Radiology and Oncology (2011) 227 - 247

  9. Poškození mitochondrií, apoptóza Poškození DNA NP Fagocytující buňky - ROS Peroxidace lipidů ROS Oxidativní stres TNF, IL-1, TGF- Tvorba mikrojader P38-MAPK, NF-B Proliferace ECM Nádory Zánět Fibróza Manke A. a kol., BioMed Research International, vol. 2013, Article ID 942916

  10. Analýza kondenzátu vydechovaného vzduchu • Vyšetření dělníků z výroby TiO2 (11 kuřáků, 9 nekuřáků, věk 355 let, zaměstnání 94 roky) • Expozice TiO2 0,1 – 30 mg.m3 (15 nm - 10m, 90 % částic  100 nm) Oxidace proteinů Markery zánětu Pelclova D., Sborník NANOCON 2012 Conference,Brno, Czech Rep. October 23-25.

  11. TiO2 – mechanismy toxického účinku Genotoxicita • obvykle negativní výsledky in-vitrotestů mutagenity (Amesůvtest, mikronukleus test ap) • genotoxicita nejčastěji jako sekundární projev oxidativního stresu a zánětu – vliv velikosti, krystalické struktury ( anatas), povrchového náboje atd. • Li a kol. (2010) - přímá interakce nano-anatasu s bázemi DNA jaterních buněk (ip aplikace, 14 dní, 5-150 mg.kg-1) Imunotoxický efekt • Interakce s makrofágy, monocyty, leukocyty a dendritickými buňkami závisí na fyzikálně-chemických vlastnostech nanomateriálu • apoptóza a nekróza buněk v důsledku oxidativního stresu – prozánětlivé cytokiny • Li a kol. (2013) – intranasální instilace, anatas 6 nm (2,5; 5 a 10 mg.kg-1) , 90 dní, známky oxidativního stresu a zánětu vykazující závislost na dávce, zvýšená exprese genů regulujících odezvu na oxidativní stres, zánětlivou reakci a buněčný cyklus • adjuvantní aktivita – vznik alergií Skocaj M. a kol., Radiology and Oncology (2011) 227 - 247

  12. TiO2 – mechanismy toxického účinku Neurotoxicita OSHA PEL (TiO2 FPs) = 15 mg.kg-1 ; NIOSH REL (TiO2 NPs) = 0,3 mg.kg-1; NEDO (TiO2 NPs) = 1,2 mg.kg-1 * Yuguan Z. a kol., Chemosphere 92 (2013) 1183–1189 Iavicoli I. a kol., Journal of Nanomaterials (2012) ID 964381

  13. Rizika – expozice TiO2 NPs Inhalační • tvorba ROS, zánět a nádorová onemocnění plic – pomalejší vylučování NPs u lidí než u myší a potkanů – data ze studií na potkanech relevantní pro odhad rizika u lidí • Nurkiewitz a kol. (2008) –potkan, inhalační expozice TiO2 (21 nm, 1,5-12 mg.m-3, 240 – 720 min) – poškození krevních kapilár bez zjevných známek poškození či zánětu plic • přestup do mozku (axonální translokace i přestup z krve) – neurotoxické účinky Orální (www.nicnas.gov.au) • NOAEL = 62,5 mg.kg-1.den-1 – 30 dní, 5 nm anatas, myš, žaludeční sonda; poškození jater (zvýšená enzymatická aktivita, triglyceridy a cholesterol) při 125 mg.kg-1.den-1 (Duana kol. 2010) • LOAEL = 5mg.kg-1.den-1- 60 dní, 5 nm anatas, myš, žaludeční sonda – imunosuprese, poškození jater a mozku (Hu a kol. 2010) • TiO2NPs (5 nm) - 60 denní aplikace žaludeční sondou (10 a 50 mg.kg-1.den-1), myš – akumulace v játrech, hepatotoxicita a imunotoxicita • neurotoxicita – anatas 5 nm, 60 dní, 5 - 50 mg.kg-1 Skocaj M. a kol., Radiology and Oncology (2011) 227 - 247

  14. E 171 – průměr 110 nm; rozpětí 30 – 400 nm; 36 % částic pod 100 nm FDA - obsah TiO2 nesmí překročit 1% hmotnosti potraviny Weir A. a kol., Environmental Science and Technology (2012) 46, 2242 - 2250

  15. Rizika – expozice TiO2 NPs Dermální • TiO2 v opalovacích krémech od roku 1952, povolení FDA – 1999 • velikost částic 5 – 500 nm, 50 nm – ideální poměr mezi barvou a UV opacitou (rutil), povrchová úprava (silika, alumina, zirkonium) • penetrační studie – obvykle záchyt NPs ve stratum corneum (10 m mrtvých buněk,  keratin) • popsán průnik přes kůži bezsrsté myši (lipidy, abnormální folikuly) • Sadrieh a kol. (2010) – 4-týdenní studie, TiO2 různá velikost a povrchová úprava, 5% v krému, miniprase – zvýšená koncentrace TiO2 v epidermis, dermis a tříselných uzlinách (v dermis 810-5 % aplikované dávky) – 4 týdenní používání krému vede k přestupu 2,61010 částic • Yanagisawa a kol. (2009) – intradermální injekce TiO2 – atopická dermatitida (aktivace imunitního systému) – vliv poškození kůže http://www.itn.pt/sec/fis/eb/uk_eb_stratum_corneum.htm Skocaj M. a kol., Radiology and Oncology (2011) 227 - 247

  16. Fotokatalýza E. coli Liou J.-W. a kol., Arch. Immunol. Ther. Exp. (2012) 60:267–275

  17. Rizika TiO2 NPs spojená s fotokatalýzou Antimikrobiální aktivita • anatas (Eg = 3,2 eV), rutil (Eg = 3,02 eV) → 387,5 a 410 nm (3% intenzity slunečního světla) • viry > gram-negativní bakterie > gram-pozitivní bakterie > endospory > kvasinky > vláknité houby • kompletní fotokatalytická destrukce buněčných komponent (za 75 h) Rezistence • Huang Z. a kol. (2000) - E. coli – produkce enzymů SOD (konverze O2- na H2O2) a katalázy (konverze H2O2 na H2O a O2) • Tsai T.-M. a kol. (2010) - není korelace mezi odolností vůči antibiotikům a TiO2, odolnost vůči TiO2 v některých případech spojena s tvorbou plasmidů Markowska-Szczupak A. a kol., Catalysis Today 169 (2011) 249–257

  18. Rizika TiO2 NPs spojená s fotokatalýzou Rozklad škodlivin • pokusy s odstraňováním VOCs, PAHs a NOx v laboratorních podmínkách → koncentrace v ppm ( - konstantní, účinnost oxidace závislá na ); v reálných podmínkách koncentrace v ppb (význam  ) • prudký pokles rychlosti oxidace při koncentracích  jednotky ppm • oxidace směsí → např. inhibiční účinek SO2 • vliv vzdušné vlhkosti → např. snížená adsorpce škodlivin, vysoká koncentrace meziproduktů vytlačovaných vlhkostí do plynné fáze (nedokonalá mineralizace) • Gunschera J. a kol. (2009) – mezi typické produkty fotooxidace VOCs na TiO2 patří formaldehyd, formaldehyde, furfural, acetophenon, n-butylbutyrát, n-butyl-i-butyrát, n-butylpropionát, 4-heptanon, kyselina octová, i-butyraldehyd a krotonaldehyd • Auvinen J. a kol. (2008) – zdrojem toxických produktů fotooxidace může být i degradace organické složky nátěrové hmoty Lyu J. a kol: Catalysis Today 225 (2014) 24 - 33

  19. Rizika TiO2 NPs spojená s fotokatalýzou Uvolňování TiO2 z nátěrů • Kaiser a kol. (2013) zvětrávání nátěrů v klimatické komoře, mletí a aplikace na buňky CaCo-2 (trávicí trakt – nádor tlustého střeva) a Jurkat (imunitní systém – lidské T lymfocyty) CaCo-2 nano TiO2 (5-150 nm) Pig.1 (20% TiO2, 4 % nano TiO2 ) Pig.2 (20% TiO2 ) Pig.3 (org. matrice) TiO2 nano SiO2 Kaiser J.-P. a kol: Plos One (2013)8 (12) e83215

  20. A to je konec….. Děkuji za pozornost

More Related