HCO9, nanotoxicologie
Dosis-effect relatie, bij toxicologie kijken we vaak naar dosis-respons curves en daaruit blijkt dat het
effect gerelateerd is aan het aantal moleculen dat je binnenkrijgt. Je kan hierbij naar vloeistoffen,
vaste stoffen en gassen kijken.
Nanomateriaal, eenzelfde stof kent soms heel veel verschillende verschijningsvormen. Goud kan
bijvoorbeeld in kubussen, balletjes, staafjes, schijfjes etc voorkomen. Verder kan koolstof als grafeen
voorkomen waarbij je één laag koolstofatomen hebt, maar het komt bijvoorbeeld ook voor in de
vorm van diamanten of als carbon nanotubes wanneer je grafeen oprolt. Als meerdere nanotubes
vormen kunnen zij vezels vormen. Denk bij vezels bijvoorbeeld aan het schadelijke asbest. Fysische
aspecten zijn dus erg belangrijk en bij nanomaterialen hoeft het aantal moleculen dus niet
proportioneel te zijn met het effect.
Definitie nanomateriaal, de EU definieert nanomateriaal als volgt: ‘A natural, incidental, or
manufactured material containing particles, in an unbound state or as an aggregate or as an
agglomerate and where, for 50% or more of the particles in the number size distribution, one or more
external dimensions is in the size range 1 nm - 100 nm.’ Minimaal 50% van de deeltjes moet dus
binnen de grootte van 1 en 100 nm zitten. Waar die 50% en 100 nm echter vandaan komen is een
goeie vraag. Een alternatieve definitie is: ‘A material should be considered as falling under the
definition where the specific surface area by volume of the material is greater than 60 m2/cm.’ Hoe
Kleiner het volume is, hoe groter het relatieve oppervlak is.
Deeltjes in de lucht, als je wil laten zien hoe het zit met de
verdeling van deeltjes in de lucht is het afhankelijk van de
dosis maat die je neemt wat voor grafiek je krijgt. Als je
bijvoorbeeld uitgaatvan het volume zal je vooral de groffe en
fijne deeltjes zien, maar als je het aantal deeltjes uitzet op de
Y-as zie je juist een piek bij de ultrafijne deeltjes.
Dosis nanomaterialen, als je voor een specifiek deeltje een
NOAEL hebt gevonden middels vele studies, kan je dan
dezelfde NOAEL gebruiken voor een deeltje dat 10 keer
kleiner is? Waarschijnlijk kan dit niet, maar als toxicoloog wil
je niet alle onderzoeken voor elk deeltje opnieuw te hoeven
doen, want dat kost je veel tijd en geld. Je wilt dus uitzoeken
wat voor dosismaat je kan gebruiken om voorspellingen te
kunnen doen voor andere deeltjes. Je kan hierbij denken aan: grootte, dichtheid, aggregatie, vorm,
oppervlak, oppervlakte chemie, compositie (inclusief coating en oppervlakte modificaties), lading,
oplosbaarheid etc. Het is hierbij ook van belang dat je de dosimetry weet, dus in welke hoeveelheid
een deeltje op welke plek terechtkomt.
Afwijking nanomaterialen, nanomaterialen zijn afwijkend van andere materialen
binnen de toxicologie. Dit hoorcollege wordt duidelijk waarom en hoe. Rechts is te
zien hoe zilverdeeltjes van verschillende groottes verschillende EC20’s hebben bij
blootstelling aan fibroblasten. Bij de EC20 is de metabole activiteit met 20% procent
gedaald. Verder is op de volgende pagina links te zien dat er qua massa veel minder
kleine deeltjes (blauw) nodig zijn om veel neutrofielen aan te trekken dan grote
deeltjes (rood). Als je deze grafiek ziet, zou je zeggen dat je de twee deeltjes niet als
dezelfde stof kan beschouwen. Als je echter het totale oppervlak van de deeltjes als
dosis maat neemt i.p.v. de massa dan overlappen de curves elkaar best goed. Dat is
in de rechter grafiek op de volgende pagina te zien. Oppervlakte is dus een belangrijke maat en het is
dan ook het oppervlak van deeltjes en niet de massa die de acute toxiciteit van vaste deeltjes
voorspelt.
, Voorbeeld, kan je het effect van nieuwe deeltjes met dezelfde chemische samenstelling voorspellen?
Aan de hand van een voorbeeld met ratten die 4 verschillende maten nano zilver inhaleren kan deze
vraag beantwoord worden. Hierbij wordt als effect gekeken naar het aantal vrij-bewegende cellen in
de alveoli. In onderstaande grafieken is te zien dat ze hebben gekeken naar de externe concentratie
en de curves vergeleken hebben op basis van massa, aantal deeltjes en oppervlak. Van links naar
rechts verschuiven de curves steeds verder naar elkaar, maar het is nog niet ideaal. Je kan nog niet
met zekerheid zeggen wat er zal gebeuren met deeltjes van een andere afmeting.
We moeten het dus anders aanpakken. We kunnen ervoor kiezen de interne dosis te meten i.p.v. de
externe dosis. Vervolgens test je dezelfde parameters en hieronder is te zien dat de curves heel dicht
bij elkaar gaan liggen als je weet wat er enkel in de longen aanwezig is. Met het meten van de interne
dosis in combinatie met het oppervlakte kan je dus vrij goed voorspellingen maken over andere
groottes.
Dosis-effect relatie, bij toxicologie kijken we vaak naar dosis-respons curves en daaruit blijkt dat het
effect gerelateerd is aan het aantal moleculen dat je binnenkrijgt. Je kan hierbij naar vloeistoffen,
vaste stoffen en gassen kijken.
Nanomateriaal, eenzelfde stof kent soms heel veel verschillende verschijningsvormen. Goud kan
bijvoorbeeld in kubussen, balletjes, staafjes, schijfjes etc voorkomen. Verder kan koolstof als grafeen
voorkomen waarbij je één laag koolstofatomen hebt, maar het komt bijvoorbeeld ook voor in de
vorm van diamanten of als carbon nanotubes wanneer je grafeen oprolt. Als meerdere nanotubes
vormen kunnen zij vezels vormen. Denk bij vezels bijvoorbeeld aan het schadelijke asbest. Fysische
aspecten zijn dus erg belangrijk en bij nanomaterialen hoeft het aantal moleculen dus niet
proportioneel te zijn met het effect.
Definitie nanomateriaal, de EU definieert nanomateriaal als volgt: ‘A natural, incidental, or
manufactured material containing particles, in an unbound state or as an aggregate or as an
agglomerate and where, for 50% or more of the particles in the number size distribution, one or more
external dimensions is in the size range 1 nm - 100 nm.’ Minimaal 50% van de deeltjes moet dus
binnen de grootte van 1 en 100 nm zitten. Waar die 50% en 100 nm echter vandaan komen is een
goeie vraag. Een alternatieve definitie is: ‘A material should be considered as falling under the
definition where the specific surface area by volume of the material is greater than 60 m2/cm.’ Hoe
Kleiner het volume is, hoe groter het relatieve oppervlak is.
Deeltjes in de lucht, als je wil laten zien hoe het zit met de
verdeling van deeltjes in de lucht is het afhankelijk van de
dosis maat die je neemt wat voor grafiek je krijgt. Als je
bijvoorbeeld uitgaatvan het volume zal je vooral de groffe en
fijne deeltjes zien, maar als je het aantal deeltjes uitzet op de
Y-as zie je juist een piek bij de ultrafijne deeltjes.
Dosis nanomaterialen, als je voor een specifiek deeltje een
NOAEL hebt gevonden middels vele studies, kan je dan
dezelfde NOAEL gebruiken voor een deeltje dat 10 keer
kleiner is? Waarschijnlijk kan dit niet, maar als toxicoloog wil
je niet alle onderzoeken voor elk deeltje opnieuw te hoeven
doen, want dat kost je veel tijd en geld. Je wilt dus uitzoeken
wat voor dosismaat je kan gebruiken om voorspellingen te
kunnen doen voor andere deeltjes. Je kan hierbij denken aan: grootte, dichtheid, aggregatie, vorm,
oppervlak, oppervlakte chemie, compositie (inclusief coating en oppervlakte modificaties), lading,
oplosbaarheid etc. Het is hierbij ook van belang dat je de dosimetry weet, dus in welke hoeveelheid
een deeltje op welke plek terechtkomt.
Afwijking nanomaterialen, nanomaterialen zijn afwijkend van andere materialen
binnen de toxicologie. Dit hoorcollege wordt duidelijk waarom en hoe. Rechts is te
zien hoe zilverdeeltjes van verschillende groottes verschillende EC20’s hebben bij
blootstelling aan fibroblasten. Bij de EC20 is de metabole activiteit met 20% procent
gedaald. Verder is op de volgende pagina links te zien dat er qua massa veel minder
kleine deeltjes (blauw) nodig zijn om veel neutrofielen aan te trekken dan grote
deeltjes (rood). Als je deze grafiek ziet, zou je zeggen dat je de twee deeltjes niet als
dezelfde stof kan beschouwen. Als je echter het totale oppervlak van de deeltjes als
dosis maat neemt i.p.v. de massa dan overlappen de curves elkaar best goed. Dat is
in de rechter grafiek op de volgende pagina te zien. Oppervlakte is dus een belangrijke maat en het is
dan ook het oppervlak van deeltjes en niet de massa die de acute toxiciteit van vaste deeltjes
voorspelt.
, Voorbeeld, kan je het effect van nieuwe deeltjes met dezelfde chemische samenstelling voorspellen?
Aan de hand van een voorbeeld met ratten die 4 verschillende maten nano zilver inhaleren kan deze
vraag beantwoord worden. Hierbij wordt als effect gekeken naar het aantal vrij-bewegende cellen in
de alveoli. In onderstaande grafieken is te zien dat ze hebben gekeken naar de externe concentratie
en de curves vergeleken hebben op basis van massa, aantal deeltjes en oppervlak. Van links naar
rechts verschuiven de curves steeds verder naar elkaar, maar het is nog niet ideaal. Je kan nog niet
met zekerheid zeggen wat er zal gebeuren met deeltjes van een andere afmeting.
We moeten het dus anders aanpakken. We kunnen ervoor kiezen de interne dosis te meten i.p.v. de
externe dosis. Vervolgens test je dezelfde parameters en hieronder is te zien dat de curves heel dicht
bij elkaar gaan liggen als je weet wat er enkel in de longen aanwezig is. Met het meten van de interne
dosis in combinatie met het oppervlakte kan je dus vrij goed voorspellingen maken over andere
groottes.
