105097 Tutkimus

Teollisesti tuotettujen nanopartikkelien immunologiset ja genotoksiset vaikutukset keuhkoissa

Nanopartikkelit ovat uusia, teollisesti tuotettuja pienhiukkasia, jotka ovat oleellisesti eläviä soluja pienempiä ja ne kulkeutuvat solun sisällä eri tavoin kuin kemiallinen yhdiste. Projektissa tutkitaan teollisten nanopartikkelien aiheuttamia toksisia vaikutuksia koe-eläimissä ja soluviljelmissä. Partikkelien aiheuttamia ärsytys- ja tulehdusvaikutuksia tutkitaan mittaamalla hiirien ilmateiden hyperreaktiviteettia sekä määrittämällä keuhkokudoksen tulehdussoluja ja välittäjäaineita. Soluviljelmien avulla tutkitaan mahdollisia genotoksisia vaikutuksia DNA-katkoksina ja mikrotumien määrinä ihmisen keuhkoepiteelisoluissa. Tämä hanke käynnistää Suomessa työhygieenisen ja toksikologisen tutkimuksen uusien, synteettisten nanopartikkelien terveyshaitoista. Projektin tuloksista tiedotetaan tutkimusraporteissa, tieteellisissä artikkeleissa ja ammattilehdissä.

Hankkeen vastuuhenkilö
Kai Savolainen

NANOVAIKUTUSTEN TERVEYSTUTKIMUS KÄYNNISTYI

7.1.2008

Työterveyslaitoksessa on tutkittu teollisten nanopartikkelien aiheuttamia terveysriskejä. Tutkijat päättelevät alustavasti, että nanokokoiset titaanioksidit aiheuttavat koehiirillä keuhkotulehdusta. Hiilen nanomateriaalit taas ennakoivat syöpäriskiä. Työsuojelurahasto rahoitti tutkimusta.

Hiilinanomateriaalit ovat nanoteknologiassa keskeisiä, joten niiden terveysvaikutusten tutkiminen on tärkeää. Hiilen nanomateriaaleista tässä tutkimuksessa keskityttiin hiilinanoputkiin ja grafiittinanokuituihin.

Lisäksi tutkittiin titaanioksidin nanomateriaaleja. Titaanioksidi on valoa läpäisemätöntä valkoista pigmenttiainesta, jota käytetään aurinkovoiteissa, maaleissa, muoveissa ja papereissa.

Tutkimuksessa selvitettiin näiden nanopartikkelien aiheuttamia tulehdusvaikutuksia hiirten keuhkoissa ja genotoksisia vaikutuksia ihmisen keuhkoepiteelisoluviljelmissä. Genotoksisuus ilmentää aineen mahdollista syöpävaarallisuutta.

Nano on kuin pingispallo maapalloon verrattuna


Nanopartikkelit ovat uusia, teollisesti tuotettuja pienhiukkasia. Niiden koko on alle sata nanometriä. Nanometri on metrin miljardisosa.

Pingispallon koko suhteessa maapallon kokoon on suunnilleen sama kuin nanometrisen hiukkasen suhde pingispalloon. Näin havainnollistavat Työterveyslaitoksen Kai Savolainen ja Marita Luotamo Työterveiset (3/2006)-lehdessä. He kirjoittavat, että vuonna 2005 nanoteknologiaa tutkittiin maailmassa jo lähes kahdeksalla miljardilla eurolla, mutta nanopartikkeleiden vaikutuksia terveyteen tai ympäristöön ei juuri ole tutkittu.

Nanopartikkeleille altistutaan keuhkokudoksen kautta


Nanopartikkelit ovat elävää solua oleellisesti pienempiä, ja ne pääsevät soluihin sisään, joten niiden voi olettaa aiheuttavan soluissa muutoksia. Altistumisen uskotaan etenevän erityisesti keuhkojen kautta.

Koe-eläinten keuhkokudoksessa on aiemmissa tutkimuksissa todettu hiilinanoputkien aiheuttavan tulehdusta ja muodostavan granuloomia eli kasvaimia. Pitkäaikaisen hengitysaltistuksen jälkeen on havaittu, että nanokokoiset partikkelit poistuvat selvästi hitaammin koe-eläinten keuhkoista kuin saman aineen suuremmat partikkelit.

Ominaisuudet muuttuvat, kun hiukkaskokoa pienennetään


Nanopartikkeleita hyödyntävä teknologia on valtavan nopeasti kasvava teollisuuden ala. Monista jo aiemmin teollisuudessa käytetyistä materiaaleista on nykyteknologialla osattu tehdä myös nanokokoisia partikkeleita.

Partikkeleiden ominaisuuksien on todettu muuttuvan, kun hiukkaskokoa pienennetään. Siksi nanopartikkelien tuottamiseen ja prosessointiin voi liittyä aiemmin tuntemattomia terveyshaittoja.

Esimerkiksi titaanioksidia ei ole yleisesti pidetty terveydelle haitallisena aineena. Siitä käytetään jo monissa tuotantolaitoksissa nanokokoista partikkelimuotoa.

Työterveyslaitoksen tutkijat huomauttavat lisäksi, että tuotannossa on jo nyt monien syöpävaarallisiksi todettujen alkuaineiden nanokokoisia partikkeleita. Niiden mahdollisista terveyshaitoista on luotettavaa tutkimustietoa vain vähän.

Kyseisten materiaalien tuotanto- ja käsittelyvaiheessa nanopartikkeleille altistuu suuri määrä työntekijöitä. Siksi nanopartikkelien terveysvaikutusten selvittäminen on äärimmäisen tärkeää.

Titaanioksidin nanopartikkelit kuljettavat tulehdussoluja


Tutkimuksessa osoitettiin alustavasti, että koe-eläinten altistuminen hengitysteitse nanokokoisille titaanioksidipartikkeleille aiheuttaa makrofagien ja neutrofiliien kulkeutumista keuhkoihin. Makrofagit ja neutrofiilit ovat immuunipuolustukseen keskeisesti osallistuvia soluja.

Titaanioksidipartikkelien kulkeutuminen hengitystiehyisiin aiheutti sekä akuutisti että kroonisesti tulehdussolujen kerääntymistä koe-eläinten keuhkokudokseen.

Erityisesti neutrofiilien määrä kasvoi keuhkohuuhtelunesteessä sekä lyhyt- että pitkäaikaisen altistuksen jälkeen. Tämä osoittaa keuhkojen tulehdusreaktiota.

Tulehdusvälittäjäaineita ilmeni varsinkin nanokoon aineessa


Myös puolustussolujen erittämien tulehdusvälittäjäaineiden eli sytokiinien ja kemokiinien ilmentymisen osoitettiin RNA-tasolla lisääntyneen.

Pitkäaikaisissa altistuksissa tutkijat havaitsivat lisäksi, että sytokiineja ja kemokiineja ilmeni vahvemmin altistuksessa nanokokoiselle titaanioksidille kuin karkeammalle titaanioksidille. Tämä osoittaa nanokokoisen materiaalin suurempaa mahdollisuutta aiheuttaa tulehdus kuin saman aineen suurempikokoinen hiukkanen.

Tutkitut nanopartikkelit olivat myös myrkyllisiä ihmisen keuhkoepiteelisolujen viljelmissä, tosin myös karkeajakeisempi titaanioksidi aiheutti DNA-vaurioita. Selkein myrkkyvaikutus havaittiin hiilinanomateriaaleilla.

Pioneeritutkimus uusien materiaalien terveysriskeistä


Työterveyslaitoksen hanke oli ensimmäinen Suomessa tehty työhygieeninen ja toksikologinen tutkimus uusien, synteettisten nanomateriaalien terveyshaitoista. Näin nanomateriaalien valmistajat ja käyttäjät saavat tarvittavaa turvallisuustietoa varotoimia varten. Tuloksia voivat hyödyntää myös ne suomalaiset yritykset, jotka ovat aloittamassa aineiden hyötykäyttöä.

Hanke mahdollisti Työterveyslaitokselle osallistumisen muihin kotimaisiin (Nanohealth) ja eurooppalaisiin nanoteknologiaohjelmiin (Nanosh).

Tuloksia on esitelty monissa kansainvälisissä tieteellisissä kongresseissa ja hankkeesta on tiedotettu myös radiossa, televisiossa ja sanomalehdissä. Tuloksista tiedotetaan suoraan myös nanoteknologiateollisuusyrityksiin.

Toimittaja
Hannu Kaskinen

Hanketiedot

  • HakijaTyöterveyslaitos
  • ToteuttajaTyöterveyslaitos, Työhygienian ja toksikologian osasto
  • Lisätietoja
  • Kai Savolainen
    030 4741
    (09) 241 4634
  • Toteutusaika
  • 1.6.2005 - 31.12.2006
  • Työsuojelurahaston päätös
  • 28.4.2005
    119 000 euroa
  • Kokonaiskustannukset
  • 277 000 euroa
  • Tulokset valmistuneet 28.8.2007

Aiheluokitus