Jana Kukutschová: Nanotechnologie – budoucnost nebo hrozba?

Její fascinace nanotechnologiemi a jejich potenciálními riziky pro životní prostředí a lidské zdraví ji vedla k zaměření na výzkum vlivu nanomateriálů na živé organismy. S více než 15 lety zkušeností v této oblasti je Jana Kukutchová uznávanou expertkou na rizika spojená s nanomateriály a nanotechnologiemi.

Má na tebe tvoje pozice vliv? Tím myslím, když víš, jaký negativní vliv některé látky mohou mít, vyhýbáš se jim?

Když pomineme nanomateriály a zaměříme se na běžné látky, snažím se například omezit konzumaci uzenin, které jsou známy jako potenciální, nebo dokonce již prokázané karcinogeny. Diskuze s kolegy ze Státního zdravotního ústavu ukazují, že některé látky jsou vnímány jako tzv. přiznané nebo vědomé riziko. To znamená, že konzumenti jsou si vědomi jejich negativního vlivu na zdraví. Proto se snažím vyhýbat uzeninám a alkoholu, protože věřím, že radost ze života lze nalézt i jinými způsoby, než prostřednictvím chemických látek.

V kontextu různých látek a jejich vlivu na zdraví, jak je to s nanočásticemi? Vzhledem k jejich extrémně malé velikosti (menší než 0,00001 cm), existují nějaké obecné informace o jejich působení na člověka?

Působení nanočástic na člověka je strašně široké téma. Když se bavíme pouze o zdravotních rizicích nanomateriálů a nanočástic, ukazuje se, že stále toho nevíme mnoho a jsou stále oblasti, kde pouze očekáváme, jaké budou ty dopady, zejména při dlouhodobém působení. O krátkodobém působení máme již nějaké studie, které se dělají na buněčných liniích, ale tyto podmínky jsou nesrovnatelné s lidským organismem. Proto je to spíše o obezřetnosti, nepřílišném nadužívání, protože existoval jeden pán, říkalo se mu „The Blue Man“, který nadužíval koloidní stříbro. Používal ho, protože měl problémy s trávením a po nějaké době užívání zmodral. Protože se u něj rozvinula argyrie, když se to stříbro začalo ukládat pod kůží jako obranný mechanismus organismu. Lékaři mu doporučili, aby s tím přestal. Neodbarvil se, pouze změnil odstín ?. Takže toto je jeden viditelný dopad, nicméně ty dopady na úrovni různých fyziologických procesů jsou prokázány, ale stále je oblast nanotoxikologie, což je nový vědní obor, který se vyprofiloval v rámci toxikologie s rozvojem nanotechnologií, plná neznámých. Prezentuje se, že přínosy jsou obrovské, ale s tím jdou ruku v ruce možná rizika a stále nemáme přesně vydefinované podmínky pro bezpečnou manipulaci s nanomateriály.

Jak dlouho známe nanočástice? Proč o nich stále nic moc nevíme?

Objem nanočástic byl znám již ve Starém Římě, kde byly používány, i když se jim tehdy ještě neříkalo nanočástice. Přidávaly se například do skla, které podle vlnové délky záření měnilo své zabarvení. Lidstvo tedy zná nanočástice poměrně dlouho, i z hlediska jejich aplikací a využití.
V posledních desetiletích se začaly intenzivně rozvíjet, a to především s rozvojem experimentálních technik, jako jsou elektronové mikroskopy, kterými jsme schopni lépe tyto objekty popsat, vizualizovat a manipulovat s nimi pro vytváření cílených struktur. Takže vědomí o tom, jak vypadají nanočástice, se rozvíjí především v posledních 50 letech, možná i méně.

---

„U nanomateriálů však chybí jasně definovaná pravidla a doporučení pro jejich bezpečné používání.“

---

Jaké jsou hlavní cesty, kterými se nanočástice dostávají do lidského těla, a jaký je rozdíl mezi nanočásticemi a ultrajemnými částicemi?

Nanočástice, včetně nanoplastů, mohou vstupovat do lidského organismu různými cestami. Nanočástice se obecně rozlišují na nanometrické částice, které mohou být uvolňovány jako vedlejší produkty antropogenních činností, jako je doprava nebo průmysl. Tyto se odlišují od tzv. ultrajemných částic, které nejsou cíleně vyrobeny. Nanočástice jsou výrazně menší než běžné částice sledované z hlediska kvality ovzduší, jako jsou PM 10 a PM 2.5. Na rozdíl od větších mikrometrických částic, které se sedimentují pod vlivem gravitace, nanočástice a ultrajemné částice zůstávají ve vzduchu déle, což zvyšuje pravděpodobnost inhalační expozice. Inhalace je tedy nejvýznamnější cestou, jak se nanočástice dostávají do organismu. Dalšími cestami jsou požití (například přes potraviny obsahující nanočástice jako pigmenty) a intravenózní aplikace, která je však spíše cílená, například ve farmaceutických aplikacích. Průnik přes kůži je považován za nejméně pravděpodobný způsob vstupu nanočástic do organismu.

Jaké dopady mohou mít nanoplasty a jiné nanočástice, které se kumulují v živočišné tkáni, a jaké jsou naše současné poznatky o jejich chování a vlivu na životní prostředí?

V posledních několika letech se v různých studiích začalo ukazovat, že nanoplasty se uvolňují do prostředí rozpadem mikroplastů. Avšak zdá se, že stále nemáme úplné a přesné informace o tom, jak se tyto typy částic chovají. Problém spočívá v detekci těchto částic a jejich charakterizaci v různých vzorcích životního prostředí, ať už jde o vody nebo půdy. Nedávno byly tyto typy částic, zejména mikroplasty, detekovány například v placentách, což naznačuje, že jsme jim pravděpodobně vystaveni všichni a to různými způsoby. Dlouhodobě se zabýváme analýzou biologického materiálu právě z hlediska detekce mikro a nanometrických částic. Analyzovali jsme například vzorky plodových vod, kde jsme našli různé pevné částice různého složení, což znamená, že tyto částice pronikly placentární bariérou. To ukazuje, že stejně jako u virů, i u nanometrických částic není placentární bariéra plně účinná. (pozn. autora: odkaz na studii s názvem Mikroplasty a přísady u pacientek s předčasným porodem: První důkaz jejich přítomnosti v lidské plodové vodě a placentě najdete zde.)

Obávám se, že o případném vlivu nanoplastů stále ještě nemáme úplné informace. Během posledních deseti let naší spolupráce s lékaři z různých klinik, jako je například klinika otorinolaryngologie nebo patologie, jsme zjistili, že stále existuje mnoho tzv. idiopatických nemocí, které jsou považovány za nemoci bez zjevné příčiny. Nicméně organismus na něco reaguje, pokud to samozřejmě není psychosomatické. Časem jsme zjistili, že vždy záleží na limitech metod, které používáme, a to platí i pro nanoplasty. Otázkou je, jaké účinky mohou mít nanoplasty na jednotlivce. Nedávná studie, která vyšla v červnu tohoto roku, ukázala, že se částice na bázi plastů, ať už mikro nebo nano, mohou uvolňovat při krájení potravin na plastovém prkénku. Toto bylo publikováno v renomovaném časopise zaměřeném na environmentální vědy. Existují tedy způsoby, jak můžeme ovlivnit míru expozice mikro a nanoplastům, ale konzumace vody je již jiná záležitost.

Ty ses hodně zajímala/zajímáš o nanočástice, které se uvolňují z pneumatik a brzdových destiček. Jaké jsou výsledky výzkumu nanočástic uvolňujících se z pneumatik a brzdových destiček při brzdění automobilu?

Co se týče částic uvolňujících se otěrem z brzd nebo pneumatik automobilů, zabýváme se touto problematikou již asi 15 až 17 let, se zaměřením na částice vznikající otěrem z brzd. Ukázalo se, že emise uvolňované z tzv. nespalovacích procesů v dopravě, které nejsou měřeny při státní technické kontrole vozidel, jsou významným zdrojem znečištění. I když se elektromobily označují jako „zero emissions“, není to úplně pravda, pokud mají frikční brzdy a pneumatiky, což mají všechny. Před asi 13 lety jsme jako první podrobně popisovali nanometrické částice uvolňující se při testování. Testovali jsme reálný hardware, tedy brzdové desky a kotouče střední třídy vozidla, a zjistili jsme, že se objevují částice o velikosti od 5 do 25 nanometrů, převážně na bázi sazí a různých kovových sloučenin. Cílem výzkumu bylo popsat, co vzniká, jak to můžeme odebírat a charakterizovat. Dalším cílem je vyvinout složení brzdových destiček, které by měly nižší míru emisí těchto nanometrických částic, ale i mikročástic. Každé sešlápnutí brzdového pedálu vytváří otěrové částice, a cílem je, aby tyto částice nevznikaly v rozmezí velikostí pod 100 nanometrů, ale aby byly větší a usazovaly se na površích cest, nikoli v ovzduší.

V průběhu let jsme zjistili, že při každém sešlápnutí brzdového pedálu vznikají otěrové částice, buď z brzdové desky, nebo z brzdového kotouče. Charakter emisí a to, co se uvolňuje, výrazně ovlivňuje styl jízdy řidiče, nejen materiály použité ve vozidle. Existují dva základní scénáře: buď prudce zabrzdíte a uvolní se větší částice, nebo pomalu brzdíte a kotouč se neprochladí, což zvyšuje teplotu a vede k produkci velmi malých částic na bázi sazí. Tyto výsledky jsme poskytli různým institucím, které se podílejí na regulaci emisí z automobilů, neboť emise nejsou omezeny pouze na výfukové plyny, ale zahrnují i emise z nespalovacích procesů.

Při používání materiálů, jako např. plastů, kovů, tkanin se běžně nanočástice uvolňují. Je nějaký materiál, z něhož se nanočástice neuvolňují, nebo zatím nic nevíme?

Je to ošemetná otázka. Částice se mohou uvolňovat, ale možná nejsme schopni je zachytit s metodami, které používáme. Často je to ovlivněno právě těmito metodami, protože někdo může hledět na komín a nevidět nic, a tvrdit, že se nic neuvolňuje. Nicméně nanometrické částice nejsou viditelné pouhým okem, a proto bychom měli používat jiné nástroje k jejich pozorování. To platí i pro studie a analýzy různých materiálů s použitím různých metod. Je nezbytné nastavit citlivost těchto metod tak, aby byly schopny detekovat právě ty velmi malé částice. Je to diskutabilní, ale je možné, že materiály odolné vůči otěru neuvolňují tak velké množství částic. Nicméně domnívám se, že úplně nulová míra uvolňování je velmi nepravděpodobná. Záleží na podmínkách, v jakých je daný materiál vystaven opotřebení, protože zde hovoříme o opotřebení. Pokud je materiál pouze zavěšený v prostoru a je v kontaktu s proudícím vzduchem, je to jiná situace, než když je kloubní implantát neustále otírán o jinou pevnou část při každém kroku. To značně komplikuje otázku.

Ve studiích zabývající se nanočásticemi (nanomateriálem) oxidu titaničitého a oxidu zinečnatého, které jsou běžně dostupné v opalovacích krémech, se nabádá k opatrnosti, protože stále neexistuje dostatek studií. Když nejde o nanočástice zmíněných látek, pak se bere, že jsou bezpečné. Jde říci něco jako „čím menší částice, tím větší problém“?

Je pravda, že menší částice mohou představovat větší problém, ale záleží na jejich složení a způsobu použití. Například ve farmacii existuje tendence přecházet od tradičních léčiv k nanoformám. To znamená, že stejná účinná látka je převedena na nanovelikost, což může změnit rychlost absorpce nebo chování léčiva v organismu žádoucím způsobem. V tomto případě nemusí být menší částice vždy problematické. Nicméně u opalovacích krémů může být pravděpodobnost průniku menších částic do organismu vyšší. Přesto bych se u kožní aplikace příliš neobávala. Samozřejmě je rozdíl mezi tím, když si dospělý namaže záda, a když namažeme obličej malému dítěti, kde je i tloušťka jednotlivých vrstev kůže odlišná. Je třeba přistupovat ke každému případu a aplikaci individuálně a diskutovat o konkrétních materiálech a jejich použití, místo aby se všeobecně zobecňovalo.

Pokud jde o vliv na vodní organismy, v našem případě se pravděpodobně bavíme o sladkovodních organismech. Oxid titaničitý je nerozpustný, takže jeho vliv bude spíše nepřímý, například prostřednictvím UV záření, které může produkovat reaktivní kyslíkové radikály. Ty mohou inhibovat fyziologické funkce některých organismů nebo v horším případě mít letální důsledky. (pozn. autora: letální jsou důsledky, které vedou k smrti nebo jsou schopny způsobit smrt.) U oxidu zinečnatého, který je rozpustný, se mohou uvolňovat zinečnaté ionty. Zinek je pro suchozemské organismy a člověka esenciální a relativně neškodný, ale pro vodní organismy je toxický. Nemůžeme tedy přistupovat k problému pouze z antropocentrického hlediska, protože i my lidé jsme součástí ekosystému a potravního řetězce. Nedávno jsem četla studii, která hledala nejdůležitější organismus pro ekosystém, a ukázalo se, že jsou to včely jako opylovači. Proto nemůžeme myslet pouze na sebe.

Byla jsem nemile překvapena, když jsem zjistila, že se do školek, škol a podobně aplikují nástřiky nanočástic, aby „zničily“ viry a bakterie. Tam, kde děti přichází do styku s hračkami a pomůckami na denní bázi. Jako rodič bych o tom minimálně chtěla být informovaná a nesouhlasila bych s touto aplikací. Co se vlastně aplikuje, kde a jak? Jaká jsou rizika?

Při aplikaci nástřiků nanočástic šlo o oxid titaničitý ve formě anatasu, přičemž je důležité rozlišovat mezi různými formami, jako jsou anatas, rutyl nebo brookit, jelikož to má vliv na dopady. Podle společnosti, která prováděla aplikaci, měly tyto nanočástice velikost kolem 5 až 7 nanometrů, což jsou velmi malé částice. Cílem bylo dosáhnout nové definice hygienické čistoty a bojovat proti nemocnosti dětí, zejména během období respiračních onemocnění. My jsme se obrátili na Magistrát města Ostravy s tím, že si neví rady s rostoucím počtem takových nabídek, které přišly po nebo během období covidu. Argumentovali, že neaplikací těchto nástřiků neřešíme zdraví dětí. Ti, kteří o tom rozhodovali, však nedisponovali dostatečnými informacemi o chování nanomateriálů a nechali se přesvědčit, že to bude pro děti to nejlepší. Následně byly nástřiky aplikovány na stoly, hračky a další předměty ve školkách, v domnění, že to sníží nemocnost. Tento postup se rozšířil do přibližně třiceti mateřských škol v Moravskoslezském kraji, konkrétně v Ostravě.

My jsme se ptali, kdo to povolil a na základě čeho. Ti, kdo to povolili, nebyli schopni podložit své rozhodnutí argumenty. Apelovali jsme na to, aby se tyto aplikace vyhnuly dětskému prostředí, protože jsme nevěděli, jaký dopad to bude mít. Oxid titaničitý je velmi stabilní a nerozkládá se, takže lze předpokládat, že pokud vstoupí do organismu, může to mít negativní dopady. Byli jsme vyzváni, abychom dokázali negativní dopady, což bylo obtížné. Naše snaha byla zabránit aplikaci v prostředích s dětmi, což se nakonec podařilo, a aplikace byly vyloučeny ze strategií města. Doporučení bylo rozesláno, aby se nástřiky nepoužívaly v prostředích s dětmi. Rozdíl je v tom, zda se aplikuje v domově s pečovatelskou službou nebo v mateřské škole, protože vyhlídky na další život s nanočásticemi v těle u dítěte jsou mnohem delší než u klienta domova s pečovatelskou službou. Byli jsme také vyzváni, abychom dokázali, že to může mít vliv na rozvoj nádorových onemocnění, což je extrémní případ. Nemusíme se bavit o tak extrémních případech, ale můžeme diskutovat o možném vlivu na rozvoj alergických reakcí, o čemž také nic nevíme. A kdo to bude potom dokazovat, když se taková reakce objeví u dítěte na základní nebo střední škole, po letech, kdy byly nanočástice deponovány v těle a najednou něco spustí?

Podhoubí pro tyto nástřiky se rozšířilo hlavně v období covidové pandemie. Jaký je tvůj názor?

Použití nanotechnologií v boji proti covid-19 má své opodstatnění, jak jsme viděli u roušek z nanovláknových textilií nebo vakcín obsahujících lipidové nanočástice. Tyto aplikace mají smysl. Nicméně, použití nástřiků nanočásticemi oxidu titaničitého na stoly a sociální zařízení jako prevenci respiračních nemocí se zdá být méně logické. Respirační nemoci se obvykle přenáší kapénkovou cestou, tedy vdechováním vzduchu, nikoli kontaktem s kontaminovanými povrchy. Studie publikovaná v časopise Nature uvádí, že pravděpodobnost nákazy z kontaktu s kontaminovaným povrchem je pouze asi pět procent. Oproti tomu, vdechnutí infekčních částic, ať už virů nebo bakterií, je mnohem pravděpodobnější. Z tohoto hlediska se zdá, že racionální opodstatnění pro použití těchto nástřiků v boji proti respiračním nemocem chybí a motivace za jejich použitím může být jiná než řešení respiračních onemocnění.

---

„Samozřejmě existují aplikace nanomateriálů, které jsou velmi přínosné, například v oblasti farmacie. Je však důležité přistupovat k vývoji a používání nanomateriálů obezřetně a s rozmyslem, a ne nechat trh, aby tuto oblast plně řídil.“

---

Četla jsem, že roušky a respirátory uvolňují mikro a nanočástice (nanotextilie) při nošení i při degradaci v ŽP. Vzhledem k použitému množství těchto jednorázových pomůcek, které se nalézají v mořích i řekách, se předpokládá, že se uvolňuje obrovské množství nanomateriálu. Jak tyto částice působí na životní prostředí, kde mohou způsobit problém?

Uvolňování nanočástic z roušek je pravděpodobně spíše otázkou fragmentů nanovláken než samotných nanočástic, pokud nejde o nanovlákna s nanočásticemi deponovanými na povrchu. Je důležité rozlišovat mezi těmito dvěma typy. Na rozdíl od nanočástic oxidu titaničitého, které jsme dříve diskutovali, jsou materiály používané v rouškách obvykle organického původu a jsou degradovatelné. To znamená, že se mohou časem rozložit, na rozdíl od kovových sloučenin, které jsou nedegradovatelné. Tedy, v případě roušek a nanovláken se jedná o odlišný scénář v porovnání s nanočásticemi oxidu titaničitého, a to hlavně kvůli jejich chemickému složení.

Během pandemie covid-19 bylo vyprodukováno obrovské množství jednorázových ochranných prostředků. Na naší fakultě se zabýváme metodami, které by mohly některé z těchto materiálů, jako jsou ochranné štíty a další předměty, recyklovat a vrátit zpět do oběhu, aby se tak snížilo množství jednorázového odpadu. Cílem je zabránit jejich spalování nebo skládkování. Ačkoliv je problém jednorázového odpadu zřejmý, nepředpokládáme, že by se z těchto materiálů uvolňovalo velké množství nanočástic. Možná se uvolňují fragmenty nanovláken, ale ty by měly být schopny se časem rozložit.

Je potřeba se tedy obávat, je vůbec možné nějak ovlivnit vznikající nanočástice? Některé nanočástice jsou i přínosné, je to tak?

Obavy z nanočástic jsou opodstatněné, a to by mohlo být téma na celý semestr přednášek. Když se zaměříme na různé scénáře a procesy, při kterých se nanočástice uvolňují do prostředí a my jsme jim vystaveni, zjistíme, že existují nanočástice, nebo ultrajemné částice, které jsou součástí našeho prostředí od nepaměti. Příkladem jsou saze, které vznikají při lesních požárech, vulkanické činnosti nebo jakémkoliv spalovacím procesu. Náš organismus je na boj s nimi nějakým způsobem připraven a má určité obranné mechanismy. Avšak existují i nanočástice, které jsou zcela nové, vznikající ve spojitosti s vývojem nových chemických látek a sloučenin pro různé aplikace. Například nanočástice na bázi stříbra nebyly vždy součástí našeho prostředí. Pokud bychom například začali masivně používat ponožky s nanostříbrem a textilie s tímto materiálem, které se postupně uvolňují do odpadních vod, mohlo by to vyvolat potřebu nových technologií čištění odpadních vod, protože běžné čistírny možná s tím nebudou schopny efektivně zvládnout. To je jeden z mnoha aspektů, které je třeba zvážit.

Samozřejmě existují aplikace nanomateriálů, které jsou velmi přínosné, například v oblasti farmacie. Je však důležité přistupovat k vývoji a používání nanomateriálů obezřetně a s rozmyslem, a ne nechat trh, aby tuto oblast plně řídil.

Příkladem může být používání automobilů. Ačkoliv jsou automobilové nehody běžné, lidé stále používají auta, ale s vědomím pravidel a opatření pro zajištění bezpečnosti, jako je používání bezpečnostních pásů a dodržování dopravních předpisů. U nanomateriálů však chybí jasně definovaná pravidla a doporučení pro jejich bezpečné používání.

Zde je tedy potřeba zásahu ze strany vládních institucí, jako je ministerstvo zdravotnictví nebo ministerstvo životního prostředí, a dalších relevantních resortů, aby byla stanovena jasná pravidla a doporučení pro bezpečné používání nanomateriálů. Tato regulace je nezbytná pro minimalizaci rizik spojených s používáním nanotechnologií.

Kde všude ale nanočástice mohou pomoci? Hodně jsem četla, že ve farmacii a obecně zdravotnictví, jak to vidíš ty?

Kde mohou nanočástice pomoci? Určitě v oblasti zdravotnictví. Existují však i takzvané environmentální nanotechnologie, ve kterých se využívají různé nanokatalyzátory a nanosorbenty k čištění ovzduší, vody a k provedení různých dekontaminací. Tyto aplikace určitě mají smysl. Nicméně existuje zde určité riziko, že při některých aplikacích může dojít k nekontrolovanému úniku těchto nanočástic do životního prostředí. Takže znovu se dostáváme k otázce podmínek, za kterých je manipulace s nimi bezpečná.

Je něco, co bys ráda řekla závěrem?

Závěrem bych možná ráda motivovala k tomu, abychom neposuzovali nanočástice a nanomateriály pouze z jednoho úhlu pohledu. Tato mince má totiž dvě strany. Jednou jsme se bavili o rizicích, která mohou mít negativní dopady a vypadají ne příliš nadějně. Nicméně tato mince má i druhou stranu, a tou jsou přínosy. Během pandemie covidu jsme dokázali situaci řešit i s využitím nanomateriálů, což ukazuje, že pokud s nimi nakládáme obezřetně, mohou mít významný pozitivní dopad. Nanomateriály mohou skutečně pomoci lidstvu, ale nesmíme je používat neuváženě, zejména ne na dětech, protože bychom se mohli setkat s nepříjemnými překvapeními týkajícími se jejich účinků.

 

Autor: Žaneta Milošová (Havírová)

Zdroj: GreenGate