Angst is een slechte raadgever. In de stripreeks "Asterix, " de Gallische chef Vitalstatistix is ​​misschien bang dat de lucht op zijn hoofd zal vallen. In de echte wereld, echter, risico's moeten met een heldere geest worden beoordeeld. Om ervoor te zorgen dat risicobeoordelingen niet emotioneel worden uitgevoerd, maar leiden tot passende beslissingen, wetenschappers gebruiken modellen om het gevarenpotentieel van stoffen of technologieën te analyseren. Empa-onderzoekers doen momenteel onderzoek naar de risico's van een relatief nieuwe klasse stoffen gemaakt van minuscule materialen:medicijnen die zijn vervaardigd met behulp van nanomaterialen. Het is al bekend dat conventionele geneesmiddelen na toediening of inname in het milieu kunnen komen. In de dierenwereld, bijvoorbeeld, hormoonachtige stoffen kunnen leiden tot vogeleieren met een dunne schaal, vruchtbaarheidsstoornissen bij vissen en populatiedalingen bij otters.

Kleine deeltjes, grote taken

nanogeneeskunde, aan de andere kant, meldt al veelbelovende resultaten met nieuwe medicijnen. Met nano-diamanten, artsen overwinnen de bloed-hersenbarrière, en met gouden nanodeeltjes vechten ze tegen kanker. Geen taak lijkt te groot voor de kleine deeltjes. Er is weinig bekend over de risico's van dit type nanomateriaal zodra het in het milieu terechtkomt.

Empa-onderzoekers onder leiding van Bernd Nowack van het laboratorium "Technology &Society" in St. Gallen berekenen momenteel de risico's van deze nanomedicijnen. Onder andere activiteiten, het team is betrokken bij het internationale onderzoeks- en innovatieproject "BIORIMA". Het interdisciplinaire project ontwikkelt het risicobeheer van nanobiomaterialen voor mens en milieu en wordt gefinancierd door "Horizon2020, "Het EU-financieringsprogramma voor onderzoek en innovatie.

Het lot in het lichaam

Risicoanalyses zijn in principe een functie van gevaarpotentieel en blootstelling. Met andere woorden, een zeer gevaarlijke stof waaraan niemand ooit wordt blootgesteld, vormt net zo weinig risico als een ongevaarlijke stof waarmee u voortdurend in contact komt. Om de risico's van nieuwe stoffen goed in kaart te brengen, onderzoekers bepalen eerst de drempelwaarde, waarbij een stof geen schadelijke effecten meer heeft, evenals de verwachte hoeveelheid die vrijkomt in het milieu. Deze gegevens zijn niet gemakkelijk te verkrijgen, aangezien het lot van het medicijn in het lichaam en zijn route naar de afvalwaterzuiveringsinstallatie en van daaruit naar rivieren en meren - en dus naar de biosfeer - eerst moet worden bepaald.

Eenmaal vrijgekomen in het milieu, polymeren worden veranderd door biologische of fysisch-chemische ontbinding in kleinere componenten. Naast farmacologische studies, de onderzoekers gebruiken analyses van materiaalstromen en wiskundige omgevingsmodellen. "Voor de meeste nanobiomaterialen er zijn geen betrouwbare schattingen over de hoeveelheid vrijgekomen deeltjes, ", zegt Nowack. Deze hiaten in kennis moeten met alle middelen worden gedicht.

Geen problemen met nano-goud

Nowack heeft enige tijd geleden de eerste gaten gedicht, toen hij en zijn team het risico van gouden nanodeeltjes in het milieu inschatten. "Momenteel, mag worden aangenomen dat gouden nanodeeltjes geen problemen veroorzaken bij gebruik in medische toepassingen, " zegt de onderzoeker. In hun nieuwe studie, Het team van Nowack analyseerde andere medische nanomaterialen. Deeltjes met een grootte tussen 1 en 100 nanometer zijn interessant omdat ze relatief eenvoudig te produceren en te gebruiken zijn, bijvoorbeeld, voor medische beeldvorming, antimicrobiële coatings of medicijnafgifte.

Sommige veelgebruikte nanomaterialen konden nu voor het eerst worden onderzocht op basis van beschikbare gegevens. Waaronder, bijvoorbeeld, nano-chitosan, een derivaat van een natuurlijk voorkomend polysacharide, die wordt gevonden in de schaal van schaaldieren en ondersteunt wondgenezing. Andere onderzochte stoffen waren polyacrylonitril, PAN in het kort, die wordt gebruikt bij antibacteriële therapie, en hydroxyapatiet (HAP), een natuurlijk mineraal dat wordt gebruikt in de context van medicijnafgifte of de regeneratie van botweefsel.

De analyses toonden aan dat chitosan in zijn conventionele vorm giftiger is voor aquatische micro-organismen dan in zijn nanovorm. Het nanopolymeer was dus beduidend minder schadelijk dan conventionele medicijnen die in het milieu terechtkomen, zoals antibiotica of pijnstillers. Het tweede nanopolymeer, PAN, evenals het mineraal HAP presteerden nog beter. "Deze stoffen zijn vrijwel niet giftig in water, ' zegt Nuack.

Echter, de situatie is anders voor zilveren nanodeeltjes, die in de geneeskunde worden gebruikt vanwege hun antibacteriële werking. In de biosfeer, het anorganische nanomateriaal oefent precies dezelfde toxische werking uit op micro-organismen die belangrijk zijn voor het evenwicht in een ecosysteem.

Enorm oppervlak

"Het kan worden aangenomen dat de biologische, chemische en fysische eigenschappen van veel nanomaterialen kunnen aanzienlijk verschillen van die van andere geneesmiddelen, ", zegt Nowack. Een van de redenen hiervoor is het buitengewoon hoge aantal deeltjes en hun veel grotere oppervlakte. Het is belangrijk op te merken dat het momenteel mogelijk is om het milieugevaar van bepaalde stoffen te beoordelen. Voor volledige risicoanalyses, echter, eerst moet worden vastgesteld in hoeverre, waarmee flora en fauna – en uiteindelijk de mens – in contact komen met deze nanomaterialen. Het Empa-team werkt momenteel aan deze blootstellingsgegevens voor de relatief nieuwe klasse nanomaterialen als onderdeel van het "BIORIMA"-project.

De gegevens die ze verkrijgen, worden ook gebruikt bij de ontwikkeling van nieuwe medische producten. Empa-onderzoeker Claudia Som verwijst naar de "safe by design"-benadering:"We hebben richtlijnen ontwikkeld voor het MKB waarmee risicovolle nanobiomaterialen vroeg in het kostbare ontwikkelingsproces kunnen worden uitgezocht, ", legt de onderzoeker uit. De risicoanalyses van Empa ondersteunen daarmee duurzame innovatie op het gebied van nanogeneeskunde.