Teollisesti tuotettujen nanomateriaalien genotoksiset vaikutukset in vitro ja in vivo

Tiivistelmä

Nanoteknologia on nopeasti kasvava osaamisalue, joka tuottaa innovaatioita eri teollisuuden aloilla. Nanopartikkelit ovat ominaisuuksiltaan uusia materiaaleja, jonka vuoksi niiden käyttö teollisuudessa ja kuluttajatuotteissa edellyttää terveys- ja ympäristövaikutusten arviointia.

Väitöskirjassa on tutkittu teollisten hiilinanoputkien sekä nanokokoisen titaanidioksidin (TiO2) perimämyrkyllisyyttä (genotoksisuutta) ihmisen keuhkoepiteeli- (BEAS 2B) ja mesoteelisoluissa (MeT 5A) in vitro. Grafiittinanokuitu ja karkeampi titaanidioksidi toimivat vertailumateriaaleina. Genotoksisia muutoksia in vitro tutkittiin ns. komeetta- ja mikrotumamenetelmillä. Selvitimme myös oksidatiivisten DNA-vaurioiden syntymistä hiilinanoputkialtistuksen jälkeen sekä materiaalien solunsisäistä lokalisaatiota. Tutkimme myös nanokokoisen titaanidioksidin genotoksisuutta in vivo altistamalla C57BL/6-hiiriä hengitysteitse, minkä jälkeen määritettiin DNA-vauriot keuhkosoluista ja kromosomivauriot veren punasoluista.

In vitro -kokeissa havaitsimme, että hiilinanomateriaalit aiheuttivat DNA-vaurioiden ja mikrotumien tason nousun BEAS 2B – ja MeT 5A -soluissa, ja vaurioita muodostui herkemmin MeT 5A – kuin BEAS 2B -soluihin. TiO2 partikkelit aiheuttivat myös DNA-vaurioita ja mikrotumia in vitro BEAS 2B -soluissa. C57Bl/6-hiirten TiO2-altistuksessa emme nähneet DNA-vaurioiden lisääntymistä keuhkosoluissa tai mikrotumainduktiota veren punasoluissa.

Arvioitu tutkinnon valmistuminen on lokakuu/marraskuu 2017.

Hankkeen vastuuhenkilö

Hanna Lindberg

Tiedote

Nanoriskejä hengittämällä

Työterveyslaitoksen tutkija Hanna Lindberg tekee nanomateriaalien perimämyrkyllisistä eli genotoksisista vaikutuksista väitöskirjaa Helsingin yliopistoon. Tutkimus osoittaa, että hiilinanomateriaalit voivat aiheuttaa perimämyrkyllisiä vaikutuksia. Myös testatut titaanidioksidit olivat lievästi perimämyrkyllisiä.

Kaikkien materiaalien aiheuttamat vaikutukset olivat melko lieviä.

Hiilinanomateriaalien fysikaalis–kemialliset ominaisuudet ovat soluissa tärkeitä perimämyrkyllisyyden välittäjiä.

Väitöskirjan tuloksia voi hyödyntää nanomateriaalien vaaranarvioinnissa. Työsuojelurahaston loppuunsaattamisstipendi edisti Lindbergin tutkimustyötä.

Hengitysteiden solut tutkittavina

Lindberg tutkii teollisuudessa yleisesti käytössä olevien hiilinanoputkien ja nanokokoisen –millimetrin miljoonasosa – titaanidioksidin perimämyrkyllisyyttä ihmisen keuhkoepiteeli- ja mesoteelisoluissa in vitro eli koeputkitutkimuksissa. Vertailumateriaaleina hän käytti graffitinanokuitua ja karkeaa titaanioksidia.

Hengitystiet ovat erityisen tärkeä altistumisreitti nanomateriaaleille, joten Lindberg keskittyy hengitysteiden soluihin. Sekä titaanidioksidit että hiilinanoputket voivat aiheuttaa keuhkosyöpää.

In vivo (elävä organismi)-tutkimuksissa Lindberg selvitti inhalaatio- eli sisäänhengitysaltistuksen vaikutuksia keuhkosyövän kohdesoluissa.

Liukenemattomuus ja rakeistuminen muistettava

Lindbergin mukaan perimämyrkyllisyys ei useinkaan riipu materiaaliannoksesta, mikä on tyypillistä heikkoliukoisille ja agglomeroituville eli rakeistuville materiaaleille.

Niinpä Lindberg painottaa, että nanomateriaalien liukenemattomuus ja agglomeraatio täytyy ottaa huomioon myrkyllisyyden testauksessa.

Koska nanomateriaalit käyttäytyvät hyvin eri tavoin kuin kemikaalit, Lindberg kehottaa kehittämään myrkyllisyystestauksen menetelmiä nanomateriaaleille sopiviksi.

Vaikutustavoissa tutkittavaa

Nanomateriaalit voivat saada aikaan perimämyrkyllisiä vaikutuksia monen mekanismin kautta, joista tiedetään vielä vähän. Myös nanomateriaalien suuri määrä vaikeuttaa perimämyrkyllisyyden arviointia.

Silti on tärkeää selvittää nanoteknologiariskit, jotta työntekijöille ja kuluttajille mahdollisesti aiheutuvat terveyshaitat voidaan minimoida.

Toimittaja
Hannu Kaskinen

Aineisto

Lindberg HK et al. Genotoxicity of nanomaterials: DNA damage and micronuclei induced by carbon nanotubes and graphite nanofibres in human bronchial epithelial cells in vitro. Toxicol Lett 186 (2009) 166-173.

Falck GC-M, Lindberg HK et al. Genotoxic effects of nanosized and fine TiO2. Hum Exp Toxicol 28 (2009) 339-352.

Lindberg HK et al. Genotoxicity of inhaled nanosized TiO2 in mice. Mutat Res – Genet Toxicol Environ Mutag 745 (2012) 58-64.

Lindberg HK et al. Genotoxicity of short single-wall and multi-wall carbon nanotubes in human bronchial epithelial and mesothelial cells in vitro. Toxicology 313 (2013) 24-37.