Projekti / Programi
Izdelava in vrednotenje testa strupenosti za nanodelce z raki enakonožci
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.03.01 |
Naravoslovje |
Biologija |
Zoologija in zoofiziologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| B361 |
Biomedicinske vede |
Fiziologija nevretenčarjev |
| B130 |
Biomedicinske vede |
Fiziološka biofizika |
| B740 |
Biomedicinske vede |
Farmakološke vede, farmakognozija, farmacija, toksikologija |
testiranje strupenosti, nanodelci, biomarkerji, nevretenčarji, elektronska mikroskopija
Raziskovalci (18)
Organizacije (4)
Povzetek
Nanomateriali izboljšujejo kvaliteto našega življenje, zato bo njihova uporaba na različnih področjih npr. v izdelkih splošne rabe, v medicinskih terapevtih izdelkih, diagnostičnih orodjih, v okoljskih tehnologijah in drugje, dramatično narasla. Kot posledica razmaha nanotehnologije se bo dramatično povečala poklicna in javna izpostavljenost nanodelcem (manjših od 100 nm v vsaj eni dimenziji). Trenutne informacije o tveganju za človeka in okolje zaradi izpostavitve nanodelcem skoraj ne obstojajo. Šele v zadnjem času so se začela pojavljati vprašanja in vzpodbujati raziskave o potencialni nevarnosti nanodelcev za človeka in okolje. Le nekaj študij obravnava učinke nanodelcev na organizme in nobenih smernic ni o načinu vrednotenja teh učinkov. Kot posledica tega se lahko ta trenutek nanotehnologije razvija povsem brez regulative na področju varnosti.
V predlaganem projektu bomo priredili obstoječi test strupenosti za topne kemikalije (kovine in pesticide) tako, da bi ga bilo mogoče uporabiti tudi za ugotavljanje strupenosti nanodelcev. Izdelati nameravamo primeren (relevanten), robusten, ponovljiv in cenovno ugoden test strupenosti za proizvedene nanodelce, ki ga bomo izvedli s kopenskim rakom enakonožcem (Porcellio scaber, Isopoda, Crustacea). Kopenski raki enakonožci so se izkazali kot ustrezni organizemi v (eko)toksikoloških študijah. V testu strupenosti s kopenskimi enakonožci je mogoče analizirati odzive (biomarkerji) na različnih nivojih biološke organizacije, kar omogoča celostno oceno kavarnega učinka onesnažilj. Toksikološki podatki so podani kot koncentracije, ki imajo učinek na določen delež (x) testirane populacije (ECx), kot najnižje testirane koncentracije, ki imajo učinek (LOEC) kot koncentracije, ki nimajo učinka (NOEC) in tudi kot odmerki, ki imajo učinek na določen delež testirane populacije (ELx), najnižji testiran odmerek, ki še ima učinek (LOEL) in odmerek, ki nima učinka (NOEL).
Namen našega dela je izdelati biotest:
a) ki ga bo mogoče uporabiti kot hiter orientacijski test (screening test) za učinke nanodelcev, rezultatikaterega bodo omogočili ustrezno izbiro nadlajnih testov primernih za človeka ali okolje.
b) ki ga bo mogoče uporabiti za testiranje nanodelcev in večjih delcev iste kemijske sestave,
c) ki bi ga bilo mogoče uporabiti za testiranje vzorcev obremenjenih s produkti nanotehnologij iz kopenskega okolja.
Značilnosti testiranih nanodelce bomo določili s pomočjo transmisijske elektronske mikroskopije (TEM) in s pomočjo vrstične elektronske mikroskopije, ki ima dodan fokusiran ionski žarek (FIB/SEM). S tema dvema mikroskopskima tehnikama bomo ugotavljali tudi znotrajcelično razporeditev privzetih nanodelcev.
Rezultate našega projekta bomo objavili v znanstvenih člankih in jih posredovali v mednarodni sistem podatkov o varnosti »RAPEX - Rapid Alert System for Non-Food Products, http://ec.europa.eu/consumers/dyna/rapex/rapex_en.cfm«. Izsledke bomo predstavili domači in mednarodni javnosti. Verjamemo, da bo nanotehnologija dosegla svoj namen šele takrat, ko bo šel razvoj in uporaba novih materialov v korak s študijo njihovih morebitnih kvarnih učinkov.
Pomen za razvoj znanosti
V projektu smo proučevali učinke nanodelcev na biološke sisteme. Študirali smo vplive na nivoju celic, tkiva in celotnega organizma. Osredotočili smo se na biološko aktivnost (biološki potencial) delcev titanovega dioksida, cinkovega oksida, nano bakra in nano srebra.
Namen projekta je bil dvojen. Najprej smo priredili obstoječi in vivo test s kopenskimi raki enakonožci za testiranje biološke reaktivnosti nanodelcev. Nato smo z različnimi parametri ovrednotili biološko reaktivnost oz. strupenosti izbranih nanodelcev. Prišli smo do naslednjih ugotovitev:
a) Oksidativen stres je osrednji dogodek, ki je posledica delovanja tako prekomernih koncentracij topnih kemikalij, kot tudi nanodelcev. Oksidativen stres ni neposreden odziv nan nanodelce, pač pa eden v sosledju dogodkov, ki se sprožijo pred tem. V primeru nanoTiO2 je najprej destabilizirana celična membrana.
b) Način delovanja nanodelcev je odvisen od kemijske sestve delca, njegove velikosti in od njegovih sekundarnih lastnosti. To so lastnosti delca, ki so povezane s sestavo medija, v katerem so delci suspendirani.
c) Spreminjanje ionske jakost medija ali pH medija močno vplivata na sekundarne lastnosti nanodelcev (agregacijo) in s tem na njihovo biološko reaktivnost.
d) Rezultate o reaktivnosti nanodelcev med seboj ni mogoče primerjati, če so nanodelci suspendirani v različnih suspenzijah.
e) Delci titanovega dioksida se v celica niso kopičili, če so bile celice nepoškodovane. Če pa so bile celice poškodovane, je vanje vstopil tudi nanoTiO2.
f) V primeru hranjena živali z nanodelci ZnO, nano Ag ali nana Cu smo v celicah našli cink, srebro ali baker, kar razlagamo z vstopom odtoplejenih ionov in najverjetneje ne nanodelcev v celice.
Strupenostni test s kopenskimi raki enakonožci je primeren za testiranje biološkega potenciala nanodelcev. Projekt je pokazal, da je strupenostni test z raki enakononožci idealen biološki sistem, s pomočjo katerega lahko študiramo tudi delovanje nanodelcev zaužitih s hrano. Prednosti tega biološkega testa pred drugimi je ta, da nam omogoča vpogled v delovanje celic, spremembe na nivoju tkiva in posledice na fiziološkem nivoju. Hkrati pa nam omogoča tudi izračunati dozo, kateri je bil organizem izpostavljen. Tega nam drugi in vivo testi z nevretenčarji to ne omogočajo. Prednost dela z nevretenčarji pa je tudi ta da nanodelci niso podvrženi strogim zakonskim omejitvam, ki se nanašajo na delo z živalmi.
Test s kopenskimi raki imam pomembno uporabno vrednost, saj ga je mogoče z lahkoto vključiti v prepoznavanje tveganja (environmental hazard characterisation) ob primeru pojava nanodelcev v okolju. Torej se lahko vključi v nabor metod za namene okoljskega vrednotenja tveganja zaradi nanodelcev (environmental risk assessment, ERA). To vsekakor velja za okoljske vzorce ali okolja tudi v Sloveniji, če bi prepoznali verjetno tveganje zaradi prisotnosti nanodelcev.
Pomen za razvoj Slovenije
Projekt je prispeval nova znanja k proučevanju interakcij med nanodelci in biološkimi sistemi. Mednje sodi predvsem potrditev koncentracije kot ustrezne mere za dozo nanodelcev. Pomemben učinek je tudi ta, da je uvrstil med nano-lastnosti tudi lastnosti ionov, in se odtaplajo od nanodelcev. Teh ionov je več v primerih, ko so nanodelci manjši.
Med pomembne učinke sodi brez dvoma tudi ta, da je pri vrednotenju biološke reaktivnosti nanodelcev potrebno poznati in upoštevati lastnosti nanodelcev v mediju, v katerem so suspendirani. Medij lahko bistveno vpliva na reaktivnost nanodelcev.
Test s kopenskimi raki imam pomembno uporabno vrednost, saj ga je mogoče z lahkoto vključiti v prepoznavanje tveganja (environmental hazard characterisation) ob primeru pojava nanodelcev v okolju. Torej se lahko vključi v nabor metod za namene okoljskega vrednotenja tveganja zaradi nanodelcev (environmental risk assessment, ERA). To vsekakor velja za okoljske vzorce ali okolja tudi v Sloveniji, če bi prepoznali verjetno tveganje zaradi prisotnosti nanodelcev.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
