Nanocząteczki, czy przyszłość dla chorych?

Co to jest nanocząstka? To 10 do minus dziewiątej metra, czyli jedna miliardowa metra. Żeby lepiej to zobrazować: średnica włosa ma około 100 mikrometrów, czyli 0,1 milimetra. Żeby z mikrometra uzyskać nanometr, trzeba to jeszcze raz podzielić przez tysiąc….

– Unoszą się w powietrzu i wdychamy je milionami w ciągu każdej godziny, niezależnie czy przebywamy w swoim mieszkaniu, środowisku miejskim czy na wsi. W tym ostatnim środowisku występują głównie cząstki pochodzenia roślinnego, powstające na skutek utleniania, spalania, pylenia. W miastach są to najczęściej spaliny z silników. W domu, szczególnie wysokie stężenie nanocząsteczek występuje w trakcie gotowania czy smażenia, czyli podczas obróbki termicznej – wyjaśniał prof. Wojciech Wąsowicz, kierownik Zakładu Toksykologii i Kancerogenezy Instytutu Medycyny Pracy im. prof. dra. J. Nofera w Łodzi, podczas konferencji “Nanocząsteczki – zagrożenie czy dobrodziejstwo dla zdrowia”, organizowanej przez URPL (Warszawa, 26 marca 2015r.).

Wyróżniamy dwa źródła nanocząstek: naturalne, które powstają podczas pożarów lasów, wybuchów wulkanów, reakcji fotogenicznych w wysokich warstwach atmosfery i antropogeniczne, wytworzone przez człowieka. Powstają w procesach termicznych takich jak: spawanie, wulkanizacja, a także emisja podczas niektórych działań mechanicznych.

Pralka bez proszku
Obecnie tworzone przez człowieka nanomateriały dzieli się na: mineralne (wypełniacze i komponenty do nanokompozytów polimerowych), nanotlenki metali oraz nanorurki, charakteryzujące się niezwykłą wytrzymałością na rozrywanie. O ile te ostatnie wykorzystywane są przede wszystkim w elektronice, jako przewodniki i półprzewodniki, nanotlenki metali mają zastosowanie w filtrach przeciwsłonecznych, kosmetykach czy żywności.

Póki co największe zainteresowanie nanotechnologią wykazuje branża chemiczna. W ostatnich latach liczba produktów konsumpcyjnych na rynku europejskim zwiększyła się 6. krotnie. To samo dotyczy kosmetyków, szczególnie kremów ochronnych przed UV. Tu wykorzystuje się głównie ditlenek tytanu i tlenek cynku.

Kolejnym obszarem jest wykorzystanie nanotechnologii poprzez modyfikację powierzchni materiałów włókienniczych, przede wszystkim nanocząstkami srebra, które mają właściwości bakteriobójcze. Stosuje się więc je do dezynfekcji, konserwacji i nadania właściwości bakteriobójczych w materacach, pościeli, środkach opatrunkowych, a także odzieży medycznej.

Nanotlenki metali są też stosowane w artykułach gospodarstwa domowego. Niedawno Siemens wprowadził do sprzedaży pralkę, która pierze w niskiej temperaturze wyłącznie nanocząstkami srebra, bez konieczności używania środków piorących. Do ochrony antybakteryjnej używa się też nanocząstek srebra w odkurzaczach.

Naukowcy wykorzystali również tzw. efekt lotosu. Powierzchnia liścia tej rośliny składa się z dwóch warstw: kombinacji mikrokomórek oraz kryształów wosku. Z tego powodu adhezja jest prawie równa zeru. Wykorzystanie takiej budowy liścia posłużyło do wytworzenia struktur samoczyszczących się powierzchni, np. ścian.

Nanomedycyna
– Nanomateriały mogą mieć również zastosowanie w medycynie i biomedycynie. To są biosensory, składniki protez, implantów i technologie określane jako drug delivery devices, czyli nośniki leku, zapewniające precyzyjne dostarczenie substancji leczniczej w nanokapsule w chore miejsce – mówił prof. Wąsowicz.

Profesor podał też przykład badania, w którym dokonano modyfikacji nanocząstek tlenku żelaza w taki sposób, że zostały one zaabsorbowane przez komórki nowotworowe raka mózgu. Kiedy komórki wchłonęły nanocząstki, zastosowano pole magnetyczne, co powodowało wzrost temperatury w tym komórkach i umożliwiło ich zniszczenie.

W innych badaniach dotyczących przedostawania się nanocząstek drogą inhalacyjną naukowcy zaobserwowali, że być może istnieje możliwość podania w ten sposób leku. – W 2007 roku ukazała się praca, że nanocząstki mogą mieć zdolność penetracji do mózgu poprzez opuszkę węchową. To byłby sposób na dostarczanie leku bezpośrednio do mózgu, z ominięciem bariery krew-mózg. Na razie pozostaje to w obszarze fantastyki – mówił profesor.

Obecnie w UE nie ma jeszcze dopuszczonych do obrotu leków o formule nano, chociaż niektóre projekty są na etapie badań.

Stosunek korzyści do ryzyka
Jednak nanocząstki mogą stanowić także zagrożenie. – W niektórych badaniach okazało się, że zarówno ditlenek tytanu i tlenek cynku, stosowane w kosmetykach, wykazują własności fotokatalityczne. Te własności powodują, że pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, powstają wolne rodniki, które mają zdolność uszkodzenia DNA komórek skóry. Jedna z teorii mówi, że zatrzymują się w warstwie rogowej naskórka. Ale według innej, wolne rodniki przenikają do materiału genetycznego. To jeszcze wymaga wyjaśnienia – mówił prof. Wąsowicz.

Wspomniał również o niebezpieczeństwie nadużywania produktów zawierających nanokoloidy metali: – Efektem przedawkowania może być srebrzyca. Trzeba też uważać na opatrunki. Ich działanie bakteriobójcze jest bardzo korzystne: czyszczą ranę z bakterii i pomagają w gojeniu. Jednak długotrwałe stosowanie na rany głębokie powoduje, że w obrębie samej rany pojawiają się cząstki srebra, które mogą być transportowane do narządów odległych. Z kolei ditlenek tytanu został zakwalifikowany przez International Agency for Research on Cancer (IARC) jako prawdopodobnie kancerogenny dla człowieka.

Ditlenek tytanu jest też często stosowany w środkach higieny osobistej (np. pastach do zębów i gumach do żucia oraz kremach zabezpieczających przed działaniem UV), a także w dodatkach do żywności, np. jako emulgator E171, stosowany w polewie na pierniki.

Zawsze więc trzeba potwierdzać bezpieczeństwo stosowania takich produktów i oceniać czy dana modyfikacja jest bezpieczna dla środowiska. A te coraz częściej wchodzą do powszechnego użytku: zarówno odzież, jak i meble, zasłony, firanki, filtry. – Wpływ na to ma też reklama. Konsument jest zachęcany do kupowania przedmiotów stworzonych z nanomateriałów. Chociaż większość użytkowników nawet jak nie wie, co kryje się pod tym pojęciem. Niedawno nawet spotkałem się z pastą do butów wyprodukowaną w nanotechnologii. To słowo-wytrych wykorzystywane jako chwyt marketingowy – opowiadał prof. Wąsowicz.

Zespół badaczy pod kierunkiem profesora opublikował nawet pracę podającą algorytm, który powinien służyć producentowi do oceny modyfikacji materiałów tekstylnych po to, by dostarczyć na rynek bezpieczne produkty.