Nanotoxikologie(review 2009)

M. Farré et al., Anal. Bioanal.

Chem 2009, 393, 81-95

B. M. Simonet et al., Anal. Bioanal. Chem 2009, 393, 17-21

Monitoring nanočástic v ŽP

M. Farré et al., Anal. Bioanal. Chem 2009, 393, 81-95

B. M. Simonet et al., Anal. Bioanal. Chem 2009, 393, 17-21

Monitoring nanočástic v ŽP

M. Farré et al., Anal. Bioanal. Chem 2009, 393, 81-95

M. Farré et al., Anal. Bioanal. Chem 2009, 393, 81-95

• nanočástice jako sorbenty toxických látek ve vodním prostředí

B. M. Simonet et al., Anal. Bioanal. Chem 2009, 393, 17-21

Požadavky na analytické techniky

• schopnost analyzovat koncentrace ng.L-1 až pg.L-1

• schopnost klasifikovat částice podle původu (antropogenní, přírodní)• schopnost analyzovat tvar a velikost nanočástic

Problematika vzorkování

• NPs obvykle přítomny v nerovnovážných dynamických systémech• nestabilita NPs - "in-situ" techniky? v současnosti nízká citlivost• stabilita vzorku - absorpce na stěnách vzorkovnic• kontaminace vzorku (uhlíkové nanotrubice a fulereny v Grónském ledu starém 10 000 let, v geologických

vzorcích starých přes 1,8 miliardy let)

M. Farré et al., Anal. Bioanal. Chem 2009, 393, 81-95

• disperzní činidla a dispergační postupy použité při přípravě vzorku nanočástic ovlivňují výsledek ekotoxikologických studií

B. M. Simonet et al., Anal. Bioanal. Chem 2009, 393, 17-21

Separační techniky

B. M. Simonet et al., Anal. Bioanal. Chem 2009, 393, 17-21

TEM (Transmisní elektronový mikroskop)• extrémně malá velikost vzorku• nutná náročná úprava vzorku • možná agregace částic• vysoké rozlišení• elektronový svazek prochází skrz vzorek na vodivé mřížku -

nezachycené elektrony dopadají na fluorescenční obrazovku• metoda umožňuje měření tvaru, velikosti a distribuce velikostí částic

B. M. Simonet et al., Anal. Bioanal. Chem 2009, 393, 17-21AFM (Atomic Force Microscopy)• snadnější příprava vzorku • výchylky hrotu pohybujícího se po povrchu vzorku snímány pomocí

laseru• měření mechanických kontaktních sil, Van der Waalsových sil,

kapilárních sil, chemické vazby, elektrostatických a magnetických sil, ....• třídimenzionální zobrazení• částečná informace o chemickém složení

STM (Scanning Tunneling Microscopy)• informace o prvkovém složení povrchu

vzorku

Tip-enhanced Raman Scattering• informace o molekulovém složení

povrchu vzorku

B. M. Simonet et al., Anal. Bioanal. Chem 2009, 393, 17-21

SEM (Scaning Electron Microscopy)• obvykle horší rozlišení než TEM (m)• měření rozptýlených elektronů, sekundárních

elektronů a fotonů z oblasti rentgenového záření

• pouze vodivé vzorky - potahování zlatem

ICP-MS• pouze informace o prvkovém složení• multielementární technika

Hui Yang et al., J. Appl. Toxicol. 2009, 29, 69-78

• srovnávací in vitro studie toxicity čtyř druhů nanočástic a odhad možných mechanismů jejich toxického účinku

Hui Yang et al., J. Appl. Toxicol. 2009, 29, 69-78

• pro pokus použity PMEF buňky (primary mouse embrio fibroblast)• viability test (test přežívání) - živné médium mění zabarvení vlivem enzymatické aktivity buněk

Hui Yang et al., J. Appl. Toxicol. 2009, 29, 69-78

• LDH (laktát dehydrogenáza) - enzym, jehož extracelulární přítomnost signalizuje mechanické poškození příslušných buněk

Hui Yang et al., J. Appl. Toxicol. 2009, 29, 69-78

• SOD (superoxid dismutáza) - enzym redukující oxidativní stres• MDA (malondialdehyd) - produkt reakce ROS a polynenasycených lipidů

Hui Yang et al., J. Appl. Toxicol. 2009, 29, 69-78

• Tail DNA - test poškození DNA prováděný pomocí SGCE (single cell gel electrophoresis)

Hui Yang et al., J. Appl. Toxicol. 2009, 29, 69-78Závěry studie

Cytotoxicita a oxidativní stres• ZnO (oxid kovu) má výrazně větší cytotoxický efekt, než oxid křemičitý a obě formy uhlíku

• tvarová podobnost a shodná velikost částic mezi ZnO a SiO2 ukazuje, že vliv na rozdíl v toxicitě má v daném případě chemické složení

• menší částice CB mají menší cytotoxický a oxidativní efekt než větší částice ZnO• rozdílné chemické složení částic vede k jejich rozdílné schopnosti katalyzovat reakce vedoucí k produkci ROS a tím k oxidativnímu stresu, tvar částic má menší vliv než jejich chemické složení

Genotoxicita• CNTs vykazují větší schopnost poškozovat DNA než ZnO, které je nejefektivnější z hlediska schopnosti vyvolat oxidativní stres• mechanismem genotoxického účinku CNTs může být mechanické poškození DNA• výrazný vliv tvaru na genotoxické účinky

R. Yoshida et al., J. Toxicol. Sci. 2009, 34 (1), 119-122Amesův test mutagenity pro nanočástice ZnO• velikost částic ZnO byla 5,4 ± 0,8 nm• krystalická struktura - wurtzit• výsledek testu - negativní (mutagenní účinek neprokázán)

V. Aruoja et al., Sci. Total. Environ 2009, 407, 1461-1468

Řasový biotest• použitá řasa Pseudokirchneriella subcapitata• postup OECD 201 - růstový inhibiční řasový test zahrnující stínící efekt částic

• testované nanočástice ZnO (50-70 nm), CuO (průměr 30 nm) a TiO2 (25-70 nm)

• srovnání s toxicitou rozpustných solí (ZnSO4 a CuSO4) a větších částic příslušných oxidů (bulk)

V. Aruoja et al., Sci. Total. Environ 2009, 407, 1461-1468

V. Aruoja et al., Sci. Total. Environ 2009, 407, 1461-1468Závěry studie

• nanočástice ZnO způsobovaly největší inhibici růstu, následované CuO a TiO 2

• toxicita nano a "bulk" ZnO byla podobná ZnSO4 - zřejmý vliv rozpuštěného Zn2+

• pro CuO a TiO2 - nanočástice toxičtější než "bulk"

• nano TiO2 - tvorba agregátů zachycujících buňky - příspěvek k toxicitě

• biodostupnost CuO z nanočástic je 141-krát větší než biodostupnost z "bulk" CuO - toxicita souvisí s biodostupností kovu

X. Zhu et al., J. Nanopart. Res. 2009, 11, 67-75

• 48-h in-vitro test akutní toxicity vodných suspenzí šesti typů průmyslově vyráběných nanočástic (ZnO, TiO2, Al2O3, C60, SWCNT a MWCNT) s využitím organismu Daphnia magna

• pozorovanými projevy akutní toxicity byly imobilizace a úmrtí

X. Zhu et al., J. Nanopart. Res. 2009, 11, 67-75

• zjištěné hodnoty EC50 a LD50 pro jednotlivé typy nanočástic

X. Zhu et al., J. Nanopart. Res. 2009, 11, 67-75

• hromadění nanočástic v trávícím traktu Daphnia magna

X. Zhu et al., J. Nanopart. Res. 2009, 11, 67-75

• hromadění nanočástic v trávícím traktu a při vysokých koncentracích též na povrchu těla Daphnia magna