Hvor farlige er nanopartikler for vores lunger?

Nanopartikler er partikler eller materialer mellem 1-100 nanometer (nm). 1 nm er en milliardende-del af en meter (10^-9). Disse meget små materialer produceres i stigende mængder til brug i mange typer industrier, som for eksempel elektronik, rumfart, fødevarer og tekstilfremstilling.

Det er derfor vigtigt at undersøge, om folk, der arbejder med produktion og brug af nanopartikler eller nanomaterialer, er udsat for helbredsrisici.

Når man gør et materiale mindre og mindre, bliver der et større overfladeareal set i forhold til deres vægt. Forestil dig en sukkerknald, der bliver knust – i stedet for seks sider har sukkeret nu et stort antal bittesmå sider i steder for.

Det samlede overfladareal vil altså gradvist stige, hvis et stof med samme vægt opdeles i mindre og mindre dele.

Og det er faktisk overfladearealet, som måske har den største betydning, når man taler om nanopartiklers og nanomaterialers grad af farlighed, selvom formen også kan spille en rolle.

En lille størrelse med stort (risiko)potentiale

Et større overfladeareal har nemlig mulighed for at gemme på uønsket kemi. Fordi mange kemiske reaktioner sker ved eller henover overfladen af et materiale, kontrolleres hastigheden og størrelsen af en kemisk reaktion i høj grad af overfladearealets størrelse.

Det kan være kemiske stoffer/forbindelser, der er kommet til i løbet af produktionen af nanopartiklen, og som gør, at den har nemmere ved at reagere med sine omgivelser.

Det kan også være, at nanopartiklen helt med vilje er modificeret ved at belægge overfladen med et andet materiale eller med molekyler for at give den andre egenskaber.

Dog kan nanopartikler designes til ikke at blive så reaktive med deres omgivelser. Denne måde at arbejde med nanomaterialer på kaldes for safety-by-design.

Ved at identificere overfladekemien på nanomaterialer og deres reaktion med omgivelserne i laboratoriet, kan forskerne hjælpe med at bestemme farligheden af forskellige typer af nanopartikler.

Det er udfordrende, fordi der er mange forskellige slags, der kan have forskellige kemiske egenskaber.

Vi ved, at nanopartikler især udgør en risiko for vores helbred ved indånding (se videnskabeligt review her eller her).

Deres lille størrelse gør, at de når dybt ned i lungerne ved indånding – helt ned i de små lungesække, hvor man optager ilt og udskiller kuldioxid.

Partiklerne fjernes meget langsomt fra disse lungesække, kaldet alveolerne, og tilstedeværelsen af partikler i lungen igangsætter kroppens forsvarssystemer mod fremmedlegemer.

Læs også: Er nanopartikler vores venner eller fjender?

Immunsystemet sættes i alarmberedskab

Det er immunsystemets opgave at passe på, at cellerne i vores krop ikke udsættes for noget sundhedsskadende som for eksempel bakterier, virus, eller noget fremmed, der ikke hører til.

Når kroppen udsættes for noget potentielt sundhedsskadende udefra, vil immunsystemet gå i alarmberedskab og forsøge at fjerne det. Når immunsystemet er i alarmberedskab, kan man måle det i blodet eller i vævet ved hjælp af en såkaldt biomarkør.

En biomarkør er et lille ‘rødt flag’, som ofte hænger sammen med en tilstand i kroppen, for eksempel en sygdom eller et specifikt organs tilstand.

Vi ved ikke præcis, hvordan vores immunsystem håndterer nanopartikler, efter det første alarmberedskab er sat i gang.

Immunsystemet består af en hær af specialiserede celler med hver deres våben eller redskab, som fra naturens side har udviklet sig til at tage sig af forskellige angreb – både indefra (syge celler) og udefra (bakterier, vira og parasitter).

Nogle af immuncellerne har til opgave at ’spise’ og fjerne bakterier og andre fremmede elementer, som for eksempel kunne være en indåndet nanopartikel.

Når en immuncelle spiser noget fremmed, sendes et alarmsignal af sted til resten af immunsystemet. Hvis mange alarmsignaler sendes af sted på én gang eller over en lang periode, fordi de spisende celler ikke kan fjerne fremmedlegemet hurtigt nok, har vi en uhensigtsmæssig tilstand i kroppen, der kan igangsætte en kædereaktion.

Et langvarigt alarmberedskab er usundt

Hvis immunforsvaret er i alarmberedskab over en længere periode, medfører det øget risiko for en lang række sygdomme som for eksempel kræft og hjertekarsygdom.

Det ved man blandt andet fra epidemiologiske langtidsstudier i mennesker, hvor man sammenligner forskellige faktorer med bestemte biomarkører og sygdomsforekomst igennem et helt menneskeliv.

Nogle nanopartikler og deres kemi er også i stand til at igangsætte skadelige reaktioner i kroppen mere direkte, eksempelvis ved at ’stresse’ cellerne.

Når celler bliver stressede som følge af eksempelvis nanopartikler, kan de reagere ved at udsende DNA-skadende molekyler kaldet reaktive oxygen-species (ROS), som blandt andet kædes sammen med astma, KOL og kræft.

Det er også her, at partiklernes form kan spille ind. Partikler med en aflang form kan for eksempel medføre en særlig biologisk reaktion i lungen.

Det skyldes, at immuncellerne, som normalt fjerner fremmedlegemer ved at ‘spise’ dem, ikke er i stand til at håndtere noget så langt – cellerne kan simpelthen ikke få dem indenbords og bliver bogstaveligt talt frustrerede!

Er cellerne frustrerede over længere tid, medfører det en kronisk irritationstilstand i lungen, som kan medføre for eksempel kræft. Det gælder for asbest og nogle former for nanorør.

Læs også: Stearinlys fylder hjemmet med nanopartikler

Hvor bliver partiklerne af?

En lille andel af partiklerne vil krydse over til blodbanen og dermed nå ud til andre organer i kroppen. Fordi de er så små, er de under mistanke for at kunne krydse normalt stærke barrierer som blod-hjerne-barrieren og livmoderbarrieren.

Når mus i et laboratorie bliver udsat for indånding af nanopartikler, vil de hoste en del af dem op igen og synke dem, så de kommer ud med muselorten og dermed ikke krydser barriererne og gør skade.

Vi forskere spekulerer på, hvilken størrelse af nanopartikler, der er mest sundhedsskadelige:

• Dem, som kan udskilles med urinen (nanopartikler, der er mindre end 6 nm) forlader kroppen.
• Men dem, som ikke kan udskilles på grund af størrelse eller form, bliver i kroppen (nanopartikler mellem 10-100 nm). Måske udgør de derfor den største sundhedsfare.

Partikler i luften har startet det hele

Det bedste eksempel på en kilde til ufrivillig indånding af både nanopartikler og de lidt større partikler er forbrændingspartikler som for eksempel fra biludstødning. Når man taler om små nanopartikler i luften, bruger man ofte betegnelsen ultrafine partikler.

Mængden, størrelsen og typen af partikler afhænger af mange faktorer, eksempelvis brændstof og motoregenskaber. Men dieseludstødningspartikler forårsager lungekræft og er klassificeret som kræftfremkaldende for mennesker af International Agency for Research on Cancer (IARC), som hører under verdenssundhedsorganisationen, WHO.

Utallige undersøgelser har vist, at høj luftforurening giver øget risiko for sygdom som for eksempel kræft, hjertekarsygdom og højere dødelighed. Der forskes selvfølgelig intensivt i at udvikle bedre motorer, brændstof og filtre for at nedbringe udledningen af benzin- og dieselpartikler.

Når vi undersøger forskellige nanomaterialers farlighed i både celler og i laboratoriemus, bruger vi ofte dieselpartikler som ‘positiv kontrol’ at sammenligne med. En positiv kontrol er et materiale eller kemisk stof, som, man på forhånd ved, giver en stor effekt, som man kan sammenholde med sit ukendte materiale.

Kulstofpartikler under mistanke for at skade vores DNA

Vi bruger også kulstofpartikler, som bruges som sort pigment i alt fra blæk, plastik og mascara. Det sorte pigment, Printex 90, er et eksempel på nanopartikler lavet af kulstof. Disse kulstofpartikler i nanostørrelse er også under mistanke for at være kræftfremkaldende, fordi mange celle- og dyrestudier har vist tydelige tegn på det.

Blandt andet har studier fra danske forskere vist, at mus, som bliver udsat for indånding af Printex90-kulstof-nanopartikler, har øgede biomarkører for betændelsesreaktioner både i lungerne og i blodet, samtidig med at det skader deres DNA .

DNA-skaderne ses selv ved små doser af kulstof-nanopartikler. Disse effekter blev ikke observeret for kulstofpartikler større end 100 nm, kaldet Flammrüss 101, som blandt andet bruges i maling.

Hvis effekten af et ukendt nanomateriale påvirker vores biomarkører i samme retning som vores dieselpartikel, er mistanken, at det nye materiale også kan udgøre en helbredsrisiko. Her ser man naturligvis også på, hvor stor eller lille en dosis af det nye materiale der skal til for at se en helbredseffekt.

Fremtidens nanoforskning er vigtig for vores sundhed

Da nanovidenskab, nanoteknologi og nanosikkerhed er relativt nye områder, ved man endnu ikke så meget om, hvordan lang- og korttidseksponering kan få konsekvenser for menneskets helbred.

EU’s kemikalievagthund, REACH, stiller krav til virksomhederne om viden om de kemikalier, der bruges, herunder nanopartikler. Kravene varierer efter kendt farlighed og kemikaliemængde om året.

Hvis en virksomhed ønsker at anvende små mængder af nanomaterialer mellem 1-10 ton per år, kræver det faktisk kun relativt få undersøgelser af farligheden, for at de får lov. Det er kun stoffer i mængder over 10 ton, som kræver en decideret kemikaliesikkerhedsrapport, hvor der testes mere grundigt for stoffernes farlighed.

Fra 2020 er der nye forbedrede krav om registrering af nanomaterialer i EU. Selvom reglerne for nanopartikler endnu ikke er trådt i kraft, er en arbejdsgiver altid forpligtet til at sikre, at arbejde, der udføres med nanopartikler, er forsvarligt (se for eksempel her).

Men vi skal vide meget mere om, hvordan vi kan forudsige og forebygge nanopartiklers og nanomaterialers farlighed for mennesker i fremtiden, så vi kan forbedre det kemiske ‘sikkerhedsnet’ for nanopartikler.

Læs også: Husholdningsprodukter forurener luften lige så meget som biler

Læs også: Laserteknik skal afsløre: Skader nanopartikler i lakrids hjertet?