De siste ti årene har nanoteknologien blitt stadig viktigere i Norge. Vi har kunnet følge forskning på og utvikling av nanopartikler og nye nanomaterialer, fra laboratoriebenken og ut i industriell produksjon. Forskning på helseeffekter av eksponering for nanopartikler skjer nå både ved Statens arbeidsmiljøinstitutt (STAMI) og mange av våre søsterinstitutter i Europa.
Til tross for nanomaterialers gode egenskaper, vet vi nå at det kan være forhøyet risiko for helseskader hos de som blir eksponert for noen slike materialer under produksjon, behandling og håndtering av avfall. Det er en utfordring å utvikle funksjonelle og nyttige nanomaterialer som ikke samtidig skader de som blir eksponert.
En kan bli eksponert for nanomaterialer via innånding, gjennom å svelge eller via hudkontakt. Når partiklene er kommet inn i kroppen, kan noen av dem komme inn i celler og reagere med biologiske molekyler som arvestoffet, proteiner og lipider. Det er den lille størrelsen og den samlede store overflaten, i forhold til masse, som i størst grad bidrar til at nanopartiklene kan føre til forstyrrelser i funksjonen av cellene i kroppen samt eventuell sykdom.
Nanomaterialer i arbeidslivet
Det finnes eksperimentelle forskningsdata som tyder på at noen nanopartikler, på samme måte som ultrafine partikler i forurensninger i byluft, kan føre til sykdommer i hjerte-kar-systemet, i lunger og luftveier, og andre organer. Det har fram til i dag ikke blitt rapportert noen sikre effekter hos de som arbeider med eller tilvirker nye nanopartikler, men en vet ennå ikke noe om langtidsvirkninger. Derfor er det viktig med et føre-var-prinsipp når det gjelder ugunstige helseeffekter av nanopartikler. Både i sin alminnelighet og til vi vet mer om de enkelte nanomaterialenes egenskaper.
– Det er spesielt viktig å være på vakt mot uønskede helseeffekter av nanopartikler i arbeidsmiljøer hvor arbeidstakere kan bli eksponert. Mange av nanopartiklene som er i pulverform blir lett luftbårne og utgjør en potensiell helserisiko for arbeidstakerne, dersom nødvendig eksponeringskontroll ikke iverksettes, sier overlege ved STAMI Vidar Skaug, som leder Faggruppe for overvåking av arbeidshelserelaterte aspekter ved nanoteknologi.
Faggruppen er en gruppe som også inkluderer fagpersoner fra Arbeidstilsynet og Klima og forurensningsdirektoratet (klif) i den hensikt å samle og spre informasjon og råd knyttet til bruk av nanoteknologi og nanomaterialer i arbeidslivet.
Eksisterende og ny kunnskap
Ultrafine partikler i byluft har en størrelsesfordeling som er ganske lik nanopartikler som fremstilles industrielt. Felles for begge er at det har blitt gjennomført mekanistiske studier som viser at grunnleggende biologiske skademekanismer, slik som inflammasjon og oksidativt stress, er viktige for sykdomsutviklingen etter eksponering for disse små partiklene.
Det har også hittil vært utfordringer ved å måle og karakterisere eksponeringen, men en ser nå at det kommer flere studier som blir nyttige for vurdering av sammenheng mellom eksponering og helseeffekter.
Karbonnanorør og celleskade
Karbonnanorør er et viktig nanomateriale med stort potensial for anvendelse innen mange områder, for eksempel innen luftfartsindustrien som ønsker lette og sterke materialer. Forskere og studenter ved STAMI har i kontrollerte laboratorieforsøk sett på toksiske og betennelsesfremmende egenskaper av to ulike karbonnanorør produsert i Norge og i Japan.
De to karbonnanorør-materialene viste ulik skadevirkning i celler i kultur og ulik påvirkning av sentrale betennelsesgener. Begge førte til en betydelig celledødelighet. Den ene syntes å være mer skadelig for cellene enn den andre, gitt lik dose i likt tidsrom. Det arbeides nå med å søke hvilke forhold ved partiklene som er av størst betydning for deres skadeevne.
Som en del av disse studiene ble effekten av karbonnanorørene sammenliknet med effekten av asbest, som også har en fiberstruktur. Cellene som ble eksponert for asbest overlevde bedre enn de som ble eksponert for karbonnanorør. Både cellene tilført asbest og de som ble tilført de to typene av karbon-nanopartikler, viste imidlertid på molekylært nivå øktsignal fra gener som styrer betennelsesprosesser. Betydningen av dette utredes nå videre ved STAMI.
– Våre forskningsresultater tyder på at begge typer karbonnanorør som har blitt undersøkt av STAMI, er toksiske både for humane celler og dyreceller som har blitt dyrket i laboratoriet. Vi fant imidlertid at humane lungeceller var mer følsomme enn museceller. Dette er viktig å tenke på når det gjelder ekstrapolering av data fra dyreforsøk til humane celler, sier forsker ved STAMI Shan Zienolddiny.
Kommende forskning ved STAMI
STAMI vil bruke både celler i kultur og levende vev for å se på helseeffekter av to typer nanomaterialer: flervegget karbonnanorør og titandioksid-nanopartikler (TiO2).
– Innånding er hovedopptaksvei for nanopartikler hos mennesker. Ved eksponering deponeres en stor del av partiklene i lungene, og i likhet med fine og ultrafine partikler kan en derfor anta at lungene er mest utsatt for eventuelle effekter av nanopartikler. Vi vil studere inflammasjons- og stressmarkører, skade på arvestoffet og inflammasjonsgeners betydning for svulstutvikling i to dyremodeller som er spesielt egnet for det. Spesielt vil de molekylære mekanismene bli kartlagt ved å studere innvirkningen av nanomaterialene på gener som regulerer inflammasjon og stress samt signalveier for celledød og kreftutvikling, sier forsker Shan Zienolddiny.
I videre studier vil STAMI utrede titandioksid-nanopartikler som tilvirkes i stor skala og har en rekke egenskaper som tilsvarende større støvpartikler av titandioksid ikke har. Titandioksid ble klassifisert av IARC, det internasjonale kreftforskningssenteret i Lyon, Frankrike, som Gruppe-2B karsinogen; dvs mulig kreftfremkallende i mennesker. Dette har skapt debatt og i disse studiene ser vi behov for å undersøke om titandioksid-nanopartikler kan omdanne normale humane lungeceller til tumorceller i kulturskåler, og eventuelt bekrefte et slikt funn i en dyremodell.