Nanocząsteczki – nowe wielkie zagrożenie dla biosfery? Rozmowa z Jennifer Mytych

Co to są nanocząsteczki?

Jennifer Mytych: Nanocząsteczki to niewielkie struktury o rozmiarach na poziomie nanometrów, czyli wartości na poziomie miliardowych części metra (tysięczne części średnicy włosów ludzkich). Nanocząsteczki można podzielić na dwie grupy: naturalne, czyli te powstające jako składowe spalin czy też w trakcie pożarów, jak również syntetyczne, czyli wytwarzane przez człowieka w sposób celowy. Ponadto wyróżniamy kilka rodzajów nanocząsteczek, w zależności od materiału „głównego”, z jakiego są wytwarzane. Mogą to być zarówno metale, jak i niemetale, a także nanocząsteczki tworzone ze składników białkowych i lipidowych, czyli tych, które również występują w organizmach żywych.

Dlaczego są używane w przemyśle i medycynie? Gdzie pojawiają się w żywności?

W chwili obecnej nanocząsteczki znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach życia codziennego. Tak szerokie ich wykorzystanie wiąże się z ich unikatowymi właściwościami fizyko-chemicznymi, które uzyskują dzięki niewielkim rozmiarom. Te właściwości są bardzo różne, m.in. zwiększona stabilność, twardość, zdolność do absorpcji promieniowania UV itd.

W medycynie stosowane są jako czynniki kontrastowe w trakcie badań czy też jako nośniki leków. W kosmetyce jako składniki wielu kremów przeciwsłonecznych.

W produkcji żywności nanocząsteczki wykorzystuje się w dwojaki sposób, mianowicie jako składniki narzędzi wykorzystywanych w wielu etapach tworzenia produktów spożywczych, jak również jako bezpośrednie dodatki do niej. W pierwszym aspekcie są to różnego rodzaju nanosensory umożliwiające wczesne wykrywanie zakażeń bakteryjnych czy nanosita odfiltrowujące mikroby. Obecne są również w opakowaniach zabezpieczając żywność przed szybkim psuciem. W drugim przypadku dodawane są bezpośrednio do produktów spożywczych, np. w procesach oczyszczania wody czy jako środki stabilizujące i wydłużające przydatność do spożycia. Niedawno na rynku pojawiły się również produkty żywnościowe zamknięte w nanokapsułkach, dzięki czemu uwalnianie kluczowych składników odżywczych jest bardziej efektywne i może być kontrolowane w czasie. Lista wykorzystań nanocząsteczek i ich pozytywnych właściwości jest bardzo długa.

Czy nanocząsteczki są obojętne dla zdrowia człowieka?

Wielu badaczy postuluje biokompatybilność nanocząsteczek, czyli ich całkowitą obojętność w stosunku do organizmu ludzkiego, co doprowadziło do tak gwałtownego rozwoju ich wykorzystania w wielu dziedzinach przemysłu.

Niestety, coraz częściej pojawiają się informacje – oparte na długoterminowych badaniach na modelach zwierzęcych i komórkowych – wskazujące na toksyczne działanie nanocząsteczek na organizmy żywe. Dotychczas wykazano, że mogą one powodować niekorzystne zmiany na wielu poziomach, m.in. prowadzić do uszkodzeń materiału genetycznego DNA czy zaburzeń wewnątrzkomórkowych mechanizmów naprawczych, czyli na poziomie komórkowym. Wielokrotnie odnotowano również aktywację układu immunologicznego w obecności nanomateriałów, jak również niewydolność organów, czyli zmiany na poziomie systemowym. Ponadto niedawno wykazano, że nanomateriały mogą powodować inne niekorzystne efekty, jak przyśpieszone starzenie komórkowe. Warto jednak zauważyć, że badania te w większości prowadzone są na stężeniach nanocząsteczek przewyższających stosowane w przemyśle i medycynie. Niemniej jednak obserwacje te są alarmujące i z pewnością dalsze, kompleksowe badania powinny być prowadzone.

Czy nanocząsteczki ulegają rozkładowi, biodegradacji?

Nanocząsteczki zbudowane ze składników podobnych tym obecnym w komórkach, czyli z białek i lipidów, są rzeczywiście biodegradowalne i to właśnie w nich widzi się przyszłość dalszego wykorzystania przemysłowego. Jednocześnie większość współcześnie stosowanych nanomateriałów nie posiada zdolności do podlegania rozkładowi. Ponadto niewielki rozmiar nanocząsteczek ułatwia im przenikanie przez bariery biologiczne, cyrkulację w układzie krwionośnym i akumulację w wielu organach, m.in. w nerkach, płucach czy mózgu, co zostało niejednokrotnie wykazane dzięki badaniom na zwierzętach.

Jak uniknąć zagrożenia nanocząsteczkami? Czy grozi nam jakaś epidemia?

Niestety, całkowite uniknięcie obecności nanocząsteczek w chwili obecnej jest praktycznie niemożliwe, gdyż powstają one również w sposób naturalny i są dostępne w otaczającym nas środowisku niezależnie od nas. Co więcej, współczesna nauka nie wyjaśnia w sposób jednoznaczny, w jaki sposób nanocząsteczki oddziałują na organizmy żywe. Pojawia się wiele prac wybitnych naukowców – ich wnioski stoją w opozycji do siebie i nie pozwalają na stwierdzenie o bezpieczeństwie czy szkodliwości nanocząsteczek.

W celu uniknięcia zagrożenia konieczne jest przeprowadzenie dalszych badań przedstawiających w rozważny i szczegółowy sposób zależności między nanocząsteczkami a poszczególnymi komórkami i organizmem jako całością. Umożliwi to wykorzystanie w sposób bezpieczny ogromnego potencjału, jaki niosą nanocząsteczki.

Natomiast twierdzenie o potencjalnej epidemii uważam za zbyt przedwczesne i z pewnością nie grozi nam ona przez bardzo długi okres.

Dziękuję za rozmowę.

Jennifer Mytych – studentka biotechnologii w Instytucie Biotechnologii Stosowanej i Nauk Podstawowych w Weryni (zamiejscowa jednostka Uniwersytetu Rzeszowskiego). Stypendystka ministerialnych programów: Diamentowy Grant – projekt pt. „Poszukiwanie nowych właściwości białka klotho w zwalczaniu zakażeń bakteryjnych” oraz Generacja Przyszłości – projekt pt. „Identyfikacja nowych zagrożeń związanych ze stosowaniem nanocząsteczek złota, srebra, krzemu oraz nanodiamentów na proces przedwczesnego starzenia się komórek ludzkich”.