Teollisten hiilinanomateriaalien toksikogenominen tutkimus

Tiivistelmä

Teollisesti tuotetut nanomateriaalit (TTNM) ovat viime aikoina herättäneet paljon huomiota koskien niiden terveysvaikutuksia. Erilaisia TTNM käytetään jo tänä päivänä laajasti esimerkiksi kosmetiikassa ja ammattikäytössä olevissa tuotteissa kuten lääketieteellisissä laitteissa. Useat TTNM, mukaan lukien sellaiset joita käytetään jo markkinoilla olevissa tuotteissa, ovat kokeellisesti osoittautuneet olevan sytotoksisia, genotoksisia ja immunotoksisia. Tieto näistä materiaaleista on kuitenkin edelleen liian epäjohdonmukaista mahdollistamaan tarkan riskinarvioinnin altistumisesta. Materiaalien toksisuus luokitellaan edelleen saman materiaalin bulkkitavaran mukaan.
Hiilinanoputket (HNP) ovat käytetyimpien TTNM joukossa ja tutkimukset ovat osoittaneet, että joidenkin HNP:n terveyshaitat muistuttavat asbestin aiheuttamaa karsinogenisuutta. HNP:n toksisia vaikutuksia on tutkittu useilla eri tasoilla, mutta toksisuuden taustalla olevat geneettiset mekanismit ovat suurelta osin tuntemattomia.
Tässä tutkimuksessa käytetään toksikogenomiikkaa profiloimaan genomilaajuisella tasolla geneettisiä ominaisuuksia, kuten mikroRNA-ekspressiota keuhkoepiteelisolulinjassa, joka on altistettu eri hiilinanomateriaaleille, kuten HNP:lle. Asbestia käytetään positiivisena kontrollina. Tämä mahdollistaa materiaalien haittavaikutuksiin liittyvien geneettisten mekanismien tunnistamisen. Lisäksi tulokset, jotka ovat käytettävissä vuoden 2015 alussa, luovat pohjan HNP altistumisen tarkkaan riskinarviointiin

Hankkeen vastuuhenkilö

Penny Nymark

Tiedote

Hiilinanoputkissa viitteitä syöpäriskistä

Tohtori
Penny Nymark johti tutkijaryhmää, joka on
määritellyt hiilinanoputkien aiheuttamia geneettisiä muutoksia
keuhkoepiteelisoluissa genomitasolla. Hiilinanoputket kuuluvat
käytetyimpiin teollisesti tuotettuihin nanomateriaaleihin ja niiden
toksisuus on tärkeä määritellä. Toksisuutta taustoittavia
geneettisiä mekanismeja ei ennen tätä tutkimusta ole kunnolla
selvitetty. Työsuojelurahasto tuki Nymarkin tutkimusta
stipendillä.

Tutkimuksessa käytettiin asbestia, joka tunnetaan ihmiselle
syöpää aiheuttavana aineena ja toisaalta tiettyjä
lasivillatyyppejä, jotka ovat ihmiselle vaarattomia.

Tulokset osoittivat, että hiilinanoputkista kaksi myrkyllisintä
ja muodoltaan asbestinkaltaisinta tuottivat tunnistamattoman vapaan
radikaalin.

Radikaali lisääntyi, kun hiilinanoputkien annos kasvoi, mikä
korreloi keuhkoepiteelisolujen myrkyllisyyden kanssa. Toisen näistä
hiilinanoputkista on äskettäin osoitettu edistävän
keuhkoadenokarsinooman etenemistä hiirissä. Vapaiden radikaalien
tiedetään vahingoittavan solun rakenteita, joten tämä tunnistamaton
vapaa radikaali voi selvästi edistää keuhkokarsinogeneesin
etenemistä.

Hyötyä tutkimukselle ja riskinarvioinnille

Penny Nymark arvioi, että tulokset viitoittavat nanotoksisuuden
tutkimuksia. Esimerkiksi elektroni-spin resonanssi -menetelmä, jota
käytettiin tunnistamaan materiaalien radikaalituottoa, on jo
yleistynyt nanotoksikologisissa tutkimuksissa.

Hiilinanoputkien geneettisten mekanismien selvittely luo pohjaa
sekä nanomateriaalien haittojen koeputkiseulontamenetelmiin että
riskinarviointiin. Lisäksi tieto asbestin geneettisistä
mekanismeista keuhkosoluissa voi edistää asbestiin liittyvän
keuhkosyövän tutkimusta.

Hankkeen tuloksia todennäköisesti hyödynnetään nanotoksikologian
tietokannoissa, jotka kehittyvät nopeasti. Näistä tietokannoista ja
datahallinnan pyrkimyksistä voi odottaa löytyvän biologisia
merkkiaineita, jotka suoraan hyödyttävät
nanoteknologiayrityksiä.

Toimittaja
Hannu Kaskinen

Aineisto

Nymark P, Jensen KA, Suhonen S, Kembouche Y, Vippola M, Kleinjans J, Catalán J, Norppa H, van Delft J, Briedé JJ. Free radical scavenging and formation by multi-walled carbon nanotubes in cell free conditions and in human bronchial epithelial cells. Part Fibre Toxicol. 2014 Jan 18;11:4. doi: 10.1186/1743-8977-11-4 www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3933237. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3933237/

Penny Nymark, Julia Catalán, Satu Suhonen, Minnamari Vippola, Peter Wijshoff, Jos Kleinjans, Hannu Norppa, Jacob Jan Briedé. DNA damage and miRNA expression in human lung cells exposed to multi-walled carbon nanotubes, asbestos and glass wool. 7th International Nanotoxicology Congress, Antalya, Turkey, 2014. Poster.

Peter Wijshoff, Julia Catalán, Minnamari Vippola, Jos Kleinjans, Hannu Norppa, Jacob Jan Briedé, Penny Nymark. Comparing the effects of multi-walled carbon nanotubes, asbestos and glass wool on mitochondrial function and mitochondria-related gene expression in human lung cells. 7th International Nanotoxicology Congress, Antalya, Turkey, 2014. Poster.

Penny Nymark, Keld Alstrup Jensen, Satu Suhonen, Yahia Kembouche, Minnamari Vippola, Jos Kleinjans, Julia Catalán, Hannu Norppa, Joost van Delft, Jacob Jan Briedé. Free radical scavenging and formation by multi-walled carbon nanotubes in cell free conditions and in human bronchial epithelial cells. International Conference on Monitoring and Surveillance of Asbestos-Related Diseases, Helsinki, Finland, 2014. Oral presentation.

Penny Nymark, Peter Wijshoff, Keld Alstrup Jensen, Satu Suhonen, Julia Catalán, Minnamari Vippola, Jos Kleinjans, Hannu Norppa, Joost van Delft, Jacob J Briedé. Mitochondrial dysfunction and radical formation by multi-walled carbon nanotubes in human lung cells. 11th International Conference of Environmental Mutagens, Foz do Iguaçu, Brazil 2013. Poster.

Penny Nymark, Keld Alstrup Jensen, Satu Suhonen, Julia Catalán, Minnamari Vippola, Jos Kleinjans, Hannu Norppa, Joost van Delft , Jacob Briedé. Unique radical formation by multi-walled carbon nanotubes in cell-free and cell based settings. 10th International Particle Toxicology Conference, Düsseldorf 2013. Poster.

Nymark P, Wijshoff P, Cavill R, et al. 2015. Extensive temporal transcriptome and microRNA analyses identify molecular mechanisms underlying mitochondrial dysfunction induced by multi-walled carbon nanotubes in human lung cells. Nanotoxicology. 2015 Apr 1:1-12. PMID:25831214 www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25831214. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25831214