Česká republika vyniká ve vývoji nanotechnologií. Úspěchy v oblasti nanovláken se na mezinárodní úrovni může chlubit nejen například Nanocentrum Technické univerzity v Liberci, ale i řada ústavů Akademie věd ČR a vysokých škol. Nanočástice jsou všude okolo nás: používají se při výrobě kosmetiky, sportovních potřeb, ve stavebnictví i v potravinářství.
V euforii z komerčních úspěchů tohoto odvětví se jaksi ztrácejí varování pár jedinců, kteří už nějakou dobu upozorňují na vážná zdravotní rizika, jež může nekontrolované používání nanočástic způsobovat. Dohnat informační deficit se snaží obor nanotoxikologie, který je zatím na začátku. Jeho průkopníkem v České republice je Jan Topinka z Ústavu experimentální medicíny Akademie věd.
ČESKÁ POZICE: Čeští vědci patří ve výzkumu nanomateriálů ke špičce. Co je to vlastně za látky?
TOPINKA: Souhrnně tak nazýváme objekty různých tvarů a chemického složení (uhlík, kovy, oxidy kovů, polymery), jejichž jeden rozměr je menší než 100 nanometrů. Z hlediska původu rozlišujeme dvě základní kategorie: Nanomateriály úmyslně vyráběné s cílem konkrétního využití v rozmanitých aplikacích souhrnně nazývaných nanotechnologie. A nanočástice, které vznikají jako nechtěný vedlejší produkt při různých spalovacích a dalších fyzikálních či chemických procesech. Některé nanočástice vznikají i jako důsledek přirozených přírodních procesů.
ČESKÁ POZICE: V čem jsou nanočástice unikátní?
„Jinak zcela běžné materiály mají ve formě nanočástic zcela nové unikátní vlastnosti“TOPINKA: Nanotechnologie přinášejí zcela nové možnosti v řadě průmyslových odvětví – od elektroniky přes chemický a textilní či automobilový průmysl až po potravinářství, biomedicínu a farmakologiii. Jde o velmi perspektivní odvětví vesměs s malými materiálovými náklady a velkou přidanou hodnotou. Je to dané především tím, že jinak zcela běžné materiály mají ve formě nanočástic zcela nové unikátní vlastnosti.
ČESKÁ POZICE: Kde konkrétně se můžeme s nanočásticemi setkat?
TOPINKA: V potravinářském průmyslu se často využívají nanočástice oxidu titaničitého jako zvláčňovadla například v čokoládách či kečupech. K eliminaci bakteriemi způsobenými zápachy z prádla se v textilním průmyslu používají antimikrobiální částice nanostříbra. Ve stavebnictví se dostává pozornosti katalytickému působení nanočástic oxidu titaničitého jako přísady do omítek, které by měly rozkládat některé znečišťující látky v ovzduší.
ČESKÁ POZICE: V čem jsou nanomateriály lidem nebezpečné?
„Nanočástice se od částic větších rozměrů liší především schopností snadno pronikat do lidského organismu“TOPINKA: Nanočástice se od částic větších rozměrů liší především schopností snadno pronikat do lidského organismu, do řady tkání, včetně mozku, ale někdy i přes buněčnou membránu. Těchto unikátních vlastností lze úspěšně využívat v různých vědních oblastech, například v biomedicíně či farmakologii, ale nese to s sebou i jistá rizika spojená s některými toxickými účinky, jako je oxidační poškození biologicky důležitých molekul (DNA, RNA, proteiny, lipidy).
ČESKÁ POZICE: Jaké nemoci či poruchy může dle dosavadních výzkumů dlouhodobá expozice nanočásticím způsobovat?
TOPINKA: Při studiu nežádoucích účinků nanomateriálů jsou v popředí zájmu zejména kardiovaskulární, neurodegenerativní a karcinogenní účinky. Významný může být i vliv na imunitu.
ČESKÁ POZICE: Před nějakou dobou jste tvrdil, že zkoumání působení nanočástic na člověka, jemuž se věnuje nanotoxikologie, za vývojem nanotechnologií zaostává. Platí to stále?
TOPINKA: Ano, a souvisí to především s nevídaným rozmachem nanotechnologií, které jsou nepochybným přínosem. Nanotoxikologie je v tomto kontextu považovaná trochu za brzdu tohoto rozvoje, což není správné, neboť jsou-li tyto nové formy jinak často netoxických látek uváděny do životního prostředí ve velkém množství, je třeba se komplexně zajímat o důsledky těchto aktivit.
ČESKÁ POZICE: Některé nanočástice tu ale byly odnepaměti jako důsledek přírodních procesů. Proč se máme nyní znepokojovat?
TOPINKA: Problém je především v mimořádně rychlém růstu použití různých nanomateriálů v řadě oborů. Tento rychlý technologický pokrok vede jednak k tomu, že do styku s nanomateriály přicházejí osoby při výrobních procesech používajících nanomateriály, jednak k nekontrolovanému uvádění nanotechnologií do životního prostředí, takže se s nimi běžně setkává i populace.
ČESKÁ POZICE: To platí i pro nanočástice vznikající například při spalování?
TOPINKA: Bezesporu. Některé lokality České republiky jsou bohužel velmi zatížené emisemi submikronových částic i nanočástic vznikajících v důsledku spalovacích procesů v těžkém průmyslu a dopravě. Nyní se této problematice věnujeme v projektu CENATOX (více se dozvíte v článku Unikátní vzducholoď měří znečištění ovzduší nanočásticemi – pozn. red.).
Z hlediska těchto zdrojů znečištění je největším problémem dlouho diskutovaná nevyhovující legislativa o imisních limitech založená na hmotnosti frakce hrubých částic menších než 10 mikrometrů (PM10). Tyto limity mohou být splněny, ale ty nejnebezpečnější látky typu karcinogenních polyaromatických uhlovodíků jsou vázané především na jemnější částice, které ale mají nízkou hmotnost. Jinými slovy, nebere se v úvahu chemické složení částic, ale jejich celková hmotnost. Zde však naráží tvorba nové celoevropské legislativy na problém finanční a přístrojové náročnosti měření velikostní distribuce částic a jejich chemické analýzy na mnoha monitorovacích stanicích.
ČESKÁ POZICE: Je oblast nanočástic nějak regulovaná?
„Často se ukazuje, že změna tvaru, velikosti nebo dalších vlastností chemicky identických nanočástic má zásadní vliv na jejich toxicitu“TOPINKA: Na normách se intenzivně pracuje, ale stále nejsme zejména kvůli obrovské různorodosti nanomateriálů u cíle. Vytváření zákonných norem z toxikologických a dalších experimentálních studií je v případě nanočástic velmi obtížné. Často se ukazuje, že změna tvaru, velikosti nebo dalších vlastností chemicky identických nanočástic má zásadní vliv na jejich toxicitu.
Stanovení limitů, aby byly použitelné v praxi, chránily člověka před nežádoucími účinky nanomateriálů a současně zbytečně neomezovaly důležitý rozvoj nanotechnologií, je velmi zdlouhavý úkol. Stále více se v této souvislosti používají i matematické modely predikce toxických vlastností nanočástic, což je mnohem levnější než experimentální studie. I když je v této oblasti zveřejněno mnoho studií, zdaleka ne všechny mají takovou kvalitu, aby se mohly stát podkladem pro novou legislativu.
ČESKÁ POZICE: To skutečně zatím neexistuje žádná zákonná norma, která by počítala s existencí nanomateriálů?
„Pro drtivou většinu nanomateriálů platí princip předběžné opatrnosti“TOPINKA: Pro některé materiály, například uhlíkové nanotrubky, byly navrženy expoziční limity, ale pro drtivou většinu nanomateriálů platí princip předběžné opatrnosti, takže samozřejmě existují pracovní pomůcky k minimalizaci expozice nanočásticím. Jinak je ale zlepšení v této oblasti skutečně pomalé.
ČESKÁ POZICE: Jak daleko je nyní vývoj nanotoxikologie ve světě a jak v České republice?
TOPINKA: Nanotoxikologii v Česku nelze dělat odděleně minimálně od Evropy. Přestože máme vlastní Centrum nanotoxikologie, pro řadu svých experimentů počítáme s využitím například nabízené celoevropské infrastruktury v rámci unijního projektu QNano, jehož jsme nyní aktivní účastníci.
ČESKÁ POZICE: Příští týden pořádáte v Praze celosvětovou konferenci o nanotoxikologii. Jak se to podařilo, je-li Česká republika ve vývoji nanotoxikologie spíše pozadu?
TOPINKA: Před dvěma lety jsme ve spolupráci s britskou ambasádou v Praze a dalšími partnery organizovali na stejném místě podobnou celosvětovou konferenci a ukázalo se, že to mělo zásadní význam pro rozvoj nanotoxikologie v Česku. Díky podpoře z Grantové agentury ČR bylo vytvořeno mezioborové Centrum excelence pro základní výzkum v nanotoxikologii (CENATOX; jde o sedmiletý projekt na roky 2012 až 2018 – pozn. red.) a postupně se rozvíjí i dříve neexistující spolupráce se špičkovými evropskými pracovišti.
Současná konference je vlastně výroční konferencí jednoho z největších integrovaných EU projektů o bezpečnosti nanotechnologiíí v rámci FP7 QNano, který spočívá zejména ve vytvoření špičkové celoevropské přístrojové a metodické infrastruktury, která umožní získávat velmi kvalitní výsledky v oblasti hodnocení toxicity nanočástic. Považuji za velký úspěch, že naše skupina z Ústavu experimentální medicíny Akademie věd byla právě v těchto dnech přizvána jako plnohodnotný partner tohoto eurounijního projektu.
Pražská mezinárodní konference o nanotoxikologii
Proběhne od 27. února do 1. března 2013 v Konferenčním centru Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR v Praze-Krči. Konference je přístupná veřejnosti, v současnosti je registrace možná již pouze na místě. Podrobné informace včetně program je možné nalézt na stránkách projektu QNano.