Hiilinanoputkien aiheuttamien terveysvaikutusten karakterisointi proteomiikan avulla

Hanketiedot

Hankenumero
110168

Hakija
Työterveyslaitos

Toteuttaja
Työterveyslaitos

Lisätietoja
Alenius Harri
harri.alenius@helsinki.fi

Toteutusaika
1.1.2011 - 31.12.2012

Työsuojelurahaston päätös
28.5.2010
115 000 euroa

Kokonaiskustannukset
261 769 euroa

Tulokset valmistuneet
31.12.2012

Tiivistelmä

Nanomateriaaleilla on täysin uudenlaisia sovelluksia mm. elektroniikassa, energia- ja ympäristötekniikassa sekä lääketieteessä. Etenkin hiilinanoputket ovat teollisuuden suosiossa niiden hyvän sähkönjohtokyvyn ja mekaanisen kestävyyden vuoksi. Hiilinanoputkia on yksiseinäisiä (swCNT) ja moniseinäisiä (mwCNT). Eräiden kuitumaisten hiilinanoputkien on havaittu aiheuttavan asbestin kaltaisia terveysvaikutuksia kuten syöpää ja keuhkofibroosia.

Hiilinanoputkialtistumisen aiheuttamia solumuutoksia tutkitaan proteomiikan avulla. Tutkimus kohdentuu partikkelialtistumisen kannalta relevantteihin soluihin ja siinä hyödynnetään aitoa altistustilannetta jäljitteleviä kokeellisia keuhkotulehdus- ja syöpämalleja. Proteiinierojen havaitsemisessa käytetään kaksisuuntaista geelielektroforeesi (2D-DIGE) -analysointitekniikkaa ja tunnistamisessa massaspektrometriaa.

Tuotettua tietoa käytetään hiilinanoputkien terveysvaikutusten arvioinnissa ja sitäkautta riskinarvioinnissa. Tuloksia voidaan soveltaa mahdollisesti myös biomonitorointiin ja ammattitautidiagnostiikkaan. Nanomateriaalien terveysvaikutusten perusteellinen selvittäminen on tärkeää ennaltaehkäisevää työtä, mikä palvelee niin nanoteollisuuden parissa työskenteleviä työntekijöitä ja työnantajia kuin myös kuluttajia ja viranomaistahoja.

Hankkeen vastuuhenkilö

Alenius Harri

Tiedote

Työpaikoilla suojauduttava pitkiltä ja jäykiltä hiilinanoputkilta

31.12.2012

Pitkät ja jäykät hiilinanoputket voivat aiheuttaa ongelmia
ihmisen terveydelle. Siksi niitä käsittelevillä työpaikoilla pitää
huolehtia riittävästä suojautumisesta ja altistuminen on
minimoitava.

Pitkät ja jäykät hiilinanoputket aiheuttivat tutkimuksessa
tulehdusreaktioita soluviljelmissä ja hiirten keuhkoissa. Siksi
pitää varautua siihen, että niistä voi olla vaaraa myös ihmiselle.
Sen sijaan pitkät ja lankakerämäiset hiilinanoputket eivät saaneet
aikaan vastaavanlaisia reaktioita

Tiedot perustuvat Työterveyslaitoksen tutkimukseen, joka
selvitti hiilinanoputkien muodon osuutta terveysvaikutuksiin.
Tutkimusta rahoitti Työsuojelurahasto.

Tutkimuksen mukaan arvioitaessa hiilinanoputkien ja muiden
teollisten nanomateriaalien turvallisuutta, on pidettävä mielessä
nanomateriaalien monimuotoisuus – yleistämistä tulee välttää.
Teollisten nanomateriaalien turvallisuutta pitää arvioida
materiaali kerrallaan.

Asbestin kaltainen muoto huolettaa

Nanomateriaalien pienen koon aikaansaamat uudet ominaisuudet
ovat johtaneet nanomateriaaliteollisuuden räjähdysmäiseen kasvuun.
Samalla myös niitä käsittelevien työntekijöiden määrä on kasvanut
nopeasti. Nanoteknologiaan liittyvän tutkimuksen määrä on viime
vuosina kasvanut lähes eksponentiaalisesti, mutta
turvallisuustutkimuksen osuus on ollut vähäistä.

Hiilinanoputket ovat monikäyttöisiä teollisia nanomateriaaleja,
jotka soveltuvat lukuisille teollisuudenaloille, esimerkiksi
elektroniikkaan, energia- ja ympäristötekniikkaan ja
lääketieteeseen.

Hiilinanoputkien asbestin kaltainen muoto on kuitenkin nostanut
esiin kysymyksen niiden vaikutuksista ihmisen terveydelle.
Muutamissa tutkimuksissa hiilinanoputket ovatkin osoittautuneet
vaarallisiksi: ne ovat aiheuttaneet altistuskokeissa muun muassa
syöpää hiirille.

Työterveyslaitos tutki hiilinanoputkien muodon osuutta
terveysvaikutuksiin. Tutkijat vertailivat pitkien ja jäykkien
moniseinäisten hiilinanoputkien, pitkien ja lankakerämäisten
moniseinäisten hiilinanoputkien sekä krokidoliittiasbestin
vaikutuksia ihmisen primäärimakrofaagien (elimistöä puolustavat
syöjäsolut) erittämien proteiinien määrään ja laatuun.

Lisäksi tutkijat analysoivat kyseisten hiilinanoputkien
aikaansaamia tulehdusreaktioita hiirten keuhkoissa.

Esimerkiksi astmankaltaista tulehdusta

Jäykät hiilinanoputket aiheuttivat samankaltaisten proteiinien
erityksen ihmisen primäärimakrofaageista kuin asbesti.

Lankakerämäisten hiilinanoputkien sekretomimuutokset
(vaikutukset eritettyjen proteiinien kokonaisuuteen) olivat
vähäisempiä.

Monet erittyneistä proteiineista liittyivät tulehdusreaktioihin,
muutamat viittasivat myös makrofaageissa käynnistyneeseen
pyroptoosiin (eräänlainen solukuolema).

Yhden proteiinin, Syklofiliini A:n, on aikaisemmin osoitettu
ilmentyvän astmassa. Tämän proteiinin eritys lisääntyi ainoastaan
jäykille hiilinanoputkille altistamisen jälkeen. Hiirikokeissa
havaittiin, että jäykät hiilinanoputket aiheuttivat astmankaltaisen
tulehdustilan hiirten keuhkoissa.

Astmareaktiot olivat luonnollisen immuniteetin solujen
välittämiä, normaalissa astmassa välittäjinä toimivat Th2-tyypin
solut. Lankakerämäiset hiilinanoputket eivät aiheuttaneet
astmareaktioita hiirissä. Asbestin tiedetään aiheuttavan
asbestoosia, mesotelioomaa ja keuhkosyöpää, mutta näissä lyhyen
aikavälin altistumiskokeissa ei löytynyt mitään tunnettuja syöpää
ennustavia signalointireittejä, vain allergiseen tulehdukseen
liittyviä tekijöitä tuli esiin.

Altistumisen ehkäisyyn huomiota

Tutkimuksen perusteella jäykät hiilinanoputket aiheuttavat
tulehdusreaktioita soluviljelmissä ja hiirten keuhkoissa. On
mahdollista, että pitkät ja jäykät hiilinanoputket aiheuttavat
ongelmia myös ihmisille. Työpaikoilla, joissa käsitellään pitkiä ja
jäykkiä hiilinanoputkia, täytyy huolehtia riittävästä
suojautumisesta ja altistuminen niille on minimoitava.

Toimittaja
Leena Huovila

Aineisto

Sund Jukka, Palomäki Jaana, Ilves Marit, Rydman Elina, Savinko Terhi, Koivisto Joonas, Vippola Minnamari, Greco Dario, Wolff Henrik, Pylkkänen Lea, Savolainen Kai, Puustinen Anne, Alenius Harri. 2013. Hiilinanoputkien aiheuttamien terveysvaikutusten karakterisointi systeemitoksikologian avulla. Loppuraportti Työsuojelurahaston hankkeesta nro 110168. Työterveyslaitos Helsinki. ISBN 978-952-261-290-8 (nid.) ISBN 978-952-261-291-5 (PDF) Avaa