Tiskane izdaje
Pozitivni učinek novih nanotehnologij in najrazličnejših nanomaterialov je ogromen in vreden tako finančne podpore države kot tudi sprejemanja javnosti. Prav pa je, da se kritično zavedamo, da mora biti njihova uporaba varna, tako za nas kot za okolje.
Dandanes je vse več področij, kjer z uporabo in dodajanjem nanomaterialov proizvajalci poskušajo izboljšati lastnosti ponujenih proizvodov. Kreme za sončenje in druga kozmetika, zobne paste, deodoranti, barve, premazi za les in steklo, oblačila in tkanine, zobne prevleke, fotovoltaične celice, zaščitni premazi za kovine, sistemi za filtracijo, čistila, embalaža, kuhinjska posoda, živila in prehranski dodatki, nanosenzorji, katalizatorji, lubrikanti, zdravila in kontrastna sredstva v medicinski diagnostiki so primeri iz čedalje večje množice aplikacij nanomaterialov. Njihova povečana uporaba v komercialnih proizvodih pa je spodbudila tudi javno diskusijo in zahteve potrošnikov po relevantnih informacijah o neposrednih in posrednih vplivih uporabljenih nanomaterialov na okolje in zdravje ljudi.
Varnostni vidik
Kot je bilo poudarjeno v poročilu evropske komisije o vplivu novih proizvedenih nanomaterialov na zdravje in z njimi povezanih ocenah tveganja (Impact of Engineered Nanomaterials on Health: Considerations for Benefit-Risk Assessment, Joint EASAC-JRC Report, 2011), sodijo raziskave, povezane z varnostnim vidikom uporabe nanodelcev in drugih, iz njih proizvedenih, kompleksnejših nanokompozitov, v eno od prednostnih področij evropske raziskovalne politike. Interakcije nanomaterialov s celicami pomenijo prvi korak pri sprožitvi želenih, a tudi možnih neželenih učinkov. Glavne poti vnosa v človeško telo so skozi kožo, pljuča in prebavila, pri želenem vnosu pa še direktno injiciranje in vnos prek implantatov. Zato so razumljive zahteve potrošnikov po varni uporabi nanomaterialov ter potreba po odpravljanju vrzeli v znanju o učinkih delovanja nanomaterialov, tudi za potrebe priprave ocen tveganja za uporabljene nanomateriale, s katerimi potrošniki pridejo v stik.
Raziskave interakcij nanomaterialov z biološkimi tkivi in celicami z razvojem in uporabo alternativnih in vitro metod na podlagi celičnih modelov za testiranje vpliva in potencialne toksičnosti nanodelcev z usmeritvijo svojih raziskav in delovanja podpira Skupno evropsko raziskovalno središče (Joint Research Centre, JRC) oziroma Evropski center za validacijo alternativnih metod (European Centre for the Validation of Alternative Methods, ECVAM) v okviru Inštituta za zdravje in zaščito potrošnikov (Institute for Health and Consumer Protection, IHCP). V skupino predlaganih metod sodi uporaba validiranih testnih celičnih linij, ki predstavljajo celice kože, prebavil, pljuč, ledvic, jeter, celice imunskega sistema, skupaj z uporabo neinvazivnih tehnik za spremljanje delovanja oziroma vpliva testiranih nanomaterialov.
Modeliranje znotraj celic
Uporaba visokoločljive fluorescenčne mikroskopije, ki jo omogoča laserski konfokalni mikroskop, ponuja ustrezno metodologijo za spremljanje in določitev interakcij med nanodelci in tarčnimi biološkimi molekulami znotraj zgoraj omenjenih živih celic, ki jih v ta namen uporabimo kot in vitro celični model.
V Nanocentru – Centru odličnosti nanoznanosti in nanotehnologije je bil inštaliran prvi laserski konfokalni mikroskop z belim laserjem pri nas. Ta ponuja prosto izbiro nastavitev različnih valovnih dolžin laserske svetlobe, ki se bodo uporabile pri pregledovanju vzorcev s fluorescenčno označenimi nanodelci. Opremo je delno financiral Evropski sklad za regionalni razvoj v okviru Operativnega programa krepitve regionalnih razvojnih potencialov 2007–2013, in sicer razvojne prioritete Konkurenčnost podjetij in raziskovalna odličnost ter prednostne usmeritve izboljšanja le-teh.
Sistem za biokemijsko konfokalno mikroskopijo omogoča partnerjem in uporabnikom Nanocentra, da pripravljene nanomateriale testirajo v modelih z živimi celicami in tako spremljajo njihovo delovanje, aktivnost, stabilnost in biodostopnost, prav tako pa preverijo morebitno toksičnost. Namreč, prehod skozi celične membrane je zaradi majhnosti nanomaterialov pogosto uspešnejši v primerjavi z večjimi delci. Nanodelci pa zaradi večjega razmerja med površino in volumnom veliko bolj interagirajo s celicami in biološkim materialom. Zato lahko uporabniki ovrednotijo možne nastale morfološke in fiziološke spremembe celic, ki so posledica delovanja ali internalizacije nanodelcev oziroma njihovih interakcij s celičnimi membranami in celičnimi proteini, sproženje programirane celične smrti (apoptoze) ali morebitno aktivacijo imunskih celic.
Interakcije nanomaterialov z biološkimi molekulami
Namesto da čim bolj posnemamo razmere, v katerih so za nas zanimive molekule v naravi, kot eksperimentalno mešanico uporabimo kar del žive celice in področje spremljanja kemijske reakcije, ki nas zanima, omejimo na zelo majhen volumen znotraj te žive celice. Ali se cepijo vezi med molekulami? Ali se molekule vežejo na receptor? So encimi še vedno aktivni? Je transport molekul po natančno določenih poteh znotraj celice neoviran? Ali normalno poteka nastanek novih beljakovin? Ali je celica še sposobna razgraditi vse odpadne snovi, ki ves čas nastajajo kot del celičnega metabolizma? Ali celica odstranjuje škodljive snovi, ki so prešle vanjo skozi celično membrano iz okolice? Kaj pa se zgodi s temi procesi, če so zraven nanodelci? Kako lahko to ugotovimo?
Kot primer navajamo uporabo fluorescenčnih sond za aktivne celične encime. Ti specifični substrati najrazličnejših fluorescenčnih barv se vežejo na aktivno delujoče encime, ki sodelujejo v tarčnih biokemijskih procesih, na katere sicer lahko vplivajo prisotni nanomateriali. Nanomateriali vplivajo na encime oziroma na njihovo katalitsko aktivnost (jo povečajo ali zmanjšajo), to pa vpliva na možnost vezave specifičnih aktivnostnih sond, kar lahko zaznamo z opisanim sistemom za biokemijsko mikroskopijo.
Doc. dr. Tina Zavašnik-Bergant, Odsek za biokemijo, molekularno in strukturno biologijo, Institut Jožef Stefan
