Zvětšit obrázek

Oxid zinečnatý ZnO je bílá práškovitá látka, nerozpustná ve vodě. Známější je jako zinková běloba. Nebezpečný má být jen pro vodní organismy.

Nanočástice se zabydlely v kosmetice, elektronice, potravinářství, medicíně, pletou se do úklidu v domácnostech, i životního prostředí. Na trhu jsou s nimi již tisíce produktů, ale prý to ještě nic není. Do tří let se má ve světě za ně utrácet ve šminkovém oděvnickém průmyslu, okolo 50 000 000 000 dolarů ročně. Reklama na nich vyzdvihuje jak účinně zabíjejí mikroby, zlepšují  texturu tkanin, zvyšují trvanlivost atd atd.  Že příliv nanočástic do našeho světa není bez rizika už tak přitažlivé téma není. Ale mělo by být. Mnohé z nich považujeme za neškodné jen proto, že nemáme dost informací. Nevíme o nich totiž to hlavní – na jak malé částečky je základní surovina rozmrvena. Pokud si výrobci dávají hodně záležet a drtí zvláště na jemno, aniž by to možná tušili, získají prášek, který dokáže být nezvykle zákeřný.

Zvětšit obrázek

Jeden z asi půl miliónu přípravků na trhu, které se honosí nálepkou „naturální, nealergizující antiperspirant“. Pro většinu z nás jsou to slůvka lákavá, zvláště když je doplněno poznámkou že tlumí i začínající zánětlivé reakce. O toxicitě nebývá uvedeno nic. Proč také, když hlavní substance je schválena pro použití ke konzumaci v potravě.

Ani ne před půl rokem tým Yue-Wern Huanga z Missouri University zkoumal, jak nanočástice oxidů přechodných kovů (kam patří i obě výše zmíněné látky) působí na lidské plicní buňky. Testovali: titan, chróm, mangan, železo, nikl, měď a zinek. Zjistili, že sloučeniny oxidů takzvaných přechodných kovů, které jsou na čtvrtém řádku periodické tabulky, jsou svému okolí tím nebezpečnější, čím jsou v Mendělejevově tabulce víc vpravo. Nebo-li s narůstající atomovou hmotností a zvětšujícím se protonovým číslem je třeba si na ně dávat více pozor. Vědcům z Missuri v přítomnosti nanočástic oxidu mědi a oxidu zinečnatého hynulo v kultuře 80 procent buněk. Potvrdili, že nanočástice, zvláště ty o velikosti 16-80 nanometrů, snadno pronikají buňkám do cytoplazmy a pak ničí jejich membrány zevnitř. Toxické účinky vědci připisují elektrickému náboji iontů. 

Ještě novější studie z MIT a Harvard School of Public Health (HSPH), která se některými ze zmíněných látek také zabývala, je ještě pesimističtější. Vypovídá o mnohem zákeřnějším efektu. Nejen, že nano ničí buňkám membrány, až některé z nich usmrtí (což je záležitost TOXICITY), buňkám ale přivodí škody, které působí dlouhodobě a skrytě, poněvadž jim vnesly zmatek do jejich informací zapsaných ve formě vláken DNA. Kódu života. Jsou tedy navíc i GENOTOXICKÉ.

Zvětšit obrázek

Yue-Wern Huang, profesor biologie na Missouri University of Science and Technology: Nanočástice oxidů přechodných kovů jsou pro buňky toxické“.

Problematikou genotoxicity se zabývaly dva spolupracující kolektivy. Jeden vedla Bevin Engelward z MIT a druhý Philip Demokritou, ředitel Centra HSPH. Posvítili si na účinky látek, které jsou často považovány pro člověka za toxikologicky neškodné. Ne náhodou mezi nimi byl i oxid zinečnatý. Základní účinná substance pudrů všeho druhu, bio dermálních nočních krémů, rtěnek, výživových a antialergických denních krémů, antibakteriálních mýdel, zubních past, cukrovinek a dalších přípravků denní potřeby. Před oxidem zinečnatý neutečeme ani o dovolené, je součástí opalovacích krémů a mlék, zvláště těch s vysokým faktorem. Ten se už nedá dohnat pouze olejíčkem a vazelínou. I v tomto případě stále hovoříme o tom samém. A i když budeme chtít změnit hovor na téma děti, třeba s čím si rády malují, zase skončíme značky ZnO, neboli zinkové běloby, které je paradoxně víc v tubách, které jako běloba označeny nejsou.

Zvětšit obrázek

V Bezpečnostních listech (zde oxidu zinečnatého), jimiž se výrobci kosmetiky a potravináři rádi ohánějí, se o riziku nanočástic, nedočteme. Něco by nám ale mohla naznačit poznámka: Při styku s kůží: odstranit kontaminované součásti oděvu a kontaminovanou obuv. Zasažené místo omývat velkým množstvím vody. Vskutku vhodné pro kosmetický přípravek.

ZnO je tak rozšířenou látkou, protože je levný a také že znepříjemňuje život bakteriím a plísním. Ceníme si ho i proto, že dokáže vysoce efektivně stínit ultrafialové záření a to jak v oblasti 320–400 nm, tak 280–320 nm. T9m, že brání aby nám UV proniklo pokožkou a v jádrech buněk způsobovalo genetické mutace a zvyšovalo tak riziko vzniku melanomu, je chvályhodné. Nehodné chvály na něm  je, že jeho nanočástice pronikají z povrchu kůže do buněk a pak nejen, že poškozují membrány, ale způsobují mutace a rozpadávání vláken DNA v buněčných jádrech. Výsledek pak poněkud připomíná rčení „z bláta do louže“. Zlí jazykové tvrdí, že jeden rozdíl tu přece jen je. Sluníčko nám může přivodit rakovinu kůže jen když svítí, kdežto nanočástice oxidu zinečnatého v buňkách pracují na tomtéž i potmě.

Zvětšit obrázek

Oxidy kovů míváme doma v šatníku i v ledničce. Ve formě nanočástic se v rozporu s předpoklady ukázal být oxid zinečnatý zdatným ničitelem genetické výbavy buněk. (Kredit: Wikipedie)

Podobně zlý dojem,  jako ZnO, udělalo na výzkumníky z Massachusetts i nano-stříbro. To se nejspíš nebude líbit výrobcům hraček lákající maminky na slogan – naše výrobky se desinfikují samy! nano-stříbro je již delší dobu hitem i v dražších zubních pastách. Většinou je tam najdeme spolu s parťákem ZnO.
Nejde ale jen o dutinu ústní, nanočástice si razí cestu i do spoďárů. Bakteriím ve se ve stříbrných  kalhotkách do rozkladu potu na kyselinu máselnou moc nechce.  Stejně tak u ponožek s nano-stříbrem. Ty pak můžeme nosit i týden, aniž by to okolí trklo do nosu. S oxidem zinečnatým a stříbrem se často setkávají celníci v zásilkách ze zemí Asijských tygrů. Ne však v množství k proclení. Bavlněná trička a mikiny s různě vecpanými, a snad někdy i pořádně fixovanými nano-částicemi, snesou i dlouhou plavbu po moři v rozpáleném a vlhkém kontejneru, aniž by nabyly patinu zatuchliny. Navíc nápis „Antibakteriální úprava„ na zákazníka působí povzbudivě.

Zvětšit obrázek

No nekupte to za tu cenu...

To, s čím vědci přišli v nejnovějším čísle časopisu ACS Nano, je pro výrobce a prodejce přípravků s  „nano“ substancemi, tak trochu na infarkt. Popisují totiž vysokorychlostní analýzu poškození DNA a jako přídavek i něco málo výsledků. Na etikety svých výrobků, kterých se to týká, to zcela jistě zapomenou uvádět. Leda by to prodejcům přikázal zákon. Ale i pak by to nejspíš bylo jen oblíbeným písmem  šmejdů na předváděčkách s důchodci. 
Přesto, že si o škodlivosti nanočástic již štěbetají i vrabci na střeše, v nejbližší době se žádná revoluce nechystá. U nejvyšší americké instituce bdící nad bezpečností léků a potravin (Food and Drug Administration), totiž suroviny, které se k výrobě těchto látek používají, již testy na toxicitu proběhly a to bez ztráty kytičky. Týká se to i zde propíraného ZnO. Bylo to v době, kdy nikdo nepředpokládal, že tatáž látka nabude zcela jiných vlastností, když jí mlynář semele ještě jednou a z titěrných částeček udělá ještě o něco titěrnější. Pro stávající legislativu to je ale chemicky stále tatáž látka. Možná to je tak i proto, že testy na genotoxicitu nejsou běžná a ani levná sranda. Vlastně už můžeme říkat, že nebyly.

Bevin Engelward, profesorka biologie na Massachusetts Institute of Technology

Brzo nás čeká dost podstatná změna v uvažovaní. I když nanočástice pocházejí z něčeho, co bylo již označeno za bezpečný materiál, nemusí to být tak docela pravda. Výzkumníci z Massachusetts zatím zvládli prověřit jen pět typů umělých nanočástic: stříbra, oxidu zinečnatého, oxidu železa , oxidu ceru a oxidu křemičitého ale kvapem jich teď bude přibývat. Ten poslední ze jmenovaných, někdy se ve výrobcích skrývá pod termínem amorfní oxid křemičitý, se zdá být z těch dosud prověřených, nejméně problémový. Zato stříbro a ZnO v buňce produkují volné radikály a „reaktivní kyslík“ je zvlášť ochotným ničitelem DNA. Bohužel se právě těch organismus těžko zbavuje a tak se v  tkáních hromadí. Je to další rána pod pás, protože původně neškodné substance to v jejich zákeřnosti ještě posílilo. Měnit náš názor budeme muset i proto, že většina studií zjišťujících toxicitu nanočástic, měla jednu chybičku – sledovala přežití buněk po expozici těmito materiály. To ale není totéž jako zjišťovat, zda neškodí v jádře buňky. Šťastné se nám dlouho mohou  zdát i ty buňky, které jsou plny zlomů, translokací, bodových i jiných mutací. Netřeba zdůrazňovat, že právě takové jsou skrytou hrozbou rakoviny. Machři z MITU již pro věc udělali to podstatné. Dali praxi nástroj, kterým lze genotoxicitu zjistit. Pokud to nyní úřady vezmou za správný konec mohou začít nutit výrobce hraček, krémů, pudrů,...aby hledaly mezi nanomateriály takové, které budou pro nás co nejméně rizikové. 

Šmejdům by měl udělat čáru přes rozpočet kometární test. (Kredit: MIT)

Testu, který by se k nátlaku na výrobce měl propůjčit, se podle laboratorní hantýrky začalo říkat kometární. V publikacích se více podrobností o metodě dočteme pod heslem Single Cell Gel Electrophoresis assay. Pomocí nové techniky by mělo jít snadno zjišťovat, jak moc je DNA v buňce poničená. Když to nepatřičně zjednodušíme, tak základem je vlastně vegetariánský sulc. Dá se ukuchtit i z mořských řas. Po projití varem ještě za tepla sos nalijeme do vaničky s  ponořeným hřebenem. Po zchladnutí máme huspeninu s důlky do nichž se nasází testované buňky. Do jednoho každého po jedné. Pokud jsme to nezapomněli na začátku osolit, vede to elektrický proud. Zavedeme-li ten jednosměrný, tak protože DNA vlákna mají od přírody negativní náboj, začnou mít nutkání navštívit anodu. Pokud buňce v kontaktu s testovanou látkou zůstala její vlákna DNA zdravá, jsou to stále rozměrné molekuly, kterým se ve snaze procpat se huspeninou kýženým směrem nedaří. Molekuly se zaseknou hned na samém začátku a zůstanou sedět na startu jako pecky. Když ale testovaná látka buňkám jejich DNA poškodí, rozláme ji na různě dlouhé kousky. Těm už prolézačka molekulárním sítem takový problém nedělá. Tak nějak v duchu hesla „malý ale mrštný“ se ti prckové proderou, kam chtějí. 
DNA má poměrně družnou povahu a když jí dáme dohromady s „Fittcem“ (prosím neplést do toho politiku, jde o barvičku fluorescein isothiokyanát), můžeme výsledek pozorovat v UV světle. Od jamek s buňkou s poničenou DNA se za tečkou vytváří jakoby zářící ohon a celé to vypadá jako kometa. Test dovoluje dokonce kvantifikovat škodlivost testované látky. I to je jednoduché -  čím větší genotoxicita, tím větší ocas FITTCo ukáže. 

Zvětšit obrázek

Zjištěná toxicita oxidů na buňky plicní tkáně závisí na umístění prvku v periodické tabulce. Podle Huanga to souvisí s uvolňovanými ionty, jejich reaktivita hraje významnou roli v usmrcování buněk.

Princip testu byl znám, jen se dělal v maxi provedení, které je pracné a nákladné, zabere moc místa a musí kolem toho běhat moc lidí. Když se praxe postavená před problém otestovat hodně vzorků snažila v dobré víře proces popohnat zvýšením voltáže a proudu, molekuly DNA sice  přidaly do kroku, ale gel se zahříval až se to občas všechno uvařilo. Proto Engelwardová se Sangeetou Bhatia a dalšími dali hlavy dohromady a vyvinuli pro kometární test čip. Zlepšovák nazvali CometChip. Ten umožňuje zpracovat 1000 vzorků za stejnou dobu, jakou laborka klasickým přístupem zvládala s vypětím všech sil, maximálně 30.
Miniaturizace dovoluje vyhodnocovat výsledky přímo na čipu, výsledek snímá kamera, která je připojena k počítači s instalovaným programem, kterému se říká analýza obrazu. Čip tak dovoluje  číst, stovky vzorků najednou. Když k tomu přičteme, že pro otestování nějaké látky teoreticky stačí jediná buňka. Je nasnadě, že i spotřeba reagencií a náklady na provoz, jsou v tak malých objemech prakticky zanedbatelné. Jmenované ženštiny daly praxi pořádné kladivo na odhalování šmejdů.  

Zvětšit obrázek

Sangeeta Bhatia, profesorka biologie na Massachusetts Institute of Technology a šéfka laboratoře v Howard Hughes Medical Institute (Kredit: Ed Quinn, MIT Spectrum)

O Indce Sangeeta Bhatia, spolutvůrkyni CometChipu,  zaměstnané v Massachusetts Institute of Technology budeme brzo psát znovu. Nebude to v souvislosti s „kometárním testem“. Ještě větší věhlas jí začíná přinášet nápad využít nepříjemných vlastností  nanočástic v náš prospěch. Nalepuje je na vlákna ribonukleové kyseliny. Vybírá si jen krátká vlákna, to aby se vzniklý konglomerát  snadno dostával přes buněčnou membránu. Když je příslušný kousek ribonukleové kyseliny té správné konfigurace, umí si v buňce najít i správný cíl. Bathia tak vytváří něco, co se chová jako atentátnice opásaná výbušninou. Pomocí ribonukleových nositelek jedovatých nanočástic se jí daří likvidovat některé typy nádorových buněk. Na toto nové zaměření tým, jehož je členkou, dostal téměř 13 milionů dolarů. A s tím by již mohli získat poznatky o nichž bude radost psát.
    

Ale zpět k zveřejněným výsledkům z minulého týdne.  V zahřívacím kole prověřování CometChipu zkoušeli vědci účinky nanočástic a to hned na dvou typech buněk. Jedním byly lidské bílé krvinky (lymphoblastoidní buňky), druhým linie ovariálních buněk čínského křečka. V obou testech dopadly oxid zinečnatý a nanočástečky stříbra špatně a to již při koncentraci 10 mikrogramů na mililitr. Lidem i křečkům to v genech dělalo takovou paseku, že to jejich buňky spolehlivě zabíjelo. Oxid křemičitý budiž pochválen, v množstvích běžně přidávaných do potravin a léčiv, generoval v buňkách jen malé poškození jejich genetického kódu. Z případného uvedení na etiketě: „Obsahuje emulgátor SiO2“ (případně E 551) nemusíme být vystrašeni.  Oxid železitý a oxid ceru stály někde mezi a tak nejspíš v budoucnu dostanou jejich nano-formy nálepku „látky s nízkým genotoxickým účinkem“.

Zvětšit obrázek

Výřez mikročipu na test „comet assay“. Vyhodnocení genotoxicity provádí program analýzou obrazu automaticky.

To, jak v testech dopadl ZnO můžeme odhadnout, že opalovací krémy řady nano, čeká neradostná éra. Lépe na tom budou výrobci, kteří místo zinku vsadili na oxid titaničitý, který je ke genům poněkud mírumilovnější. Bez oxidu zinku se ale jen těžko obejdeme u antibakteriálních krémů. Důvody pro jejich používání jsou dva. ZnO se váže se na Omf protein, který je součástí buněčné membrány a ovlivňuje její permeabilitu s čímž se zvlášť těžce vyrovnávají stafylokoky a escherichie. ZnO tím zvyšuje účinnost dalších antibakteriálních přípravků. Oxid zinku v nano formě interferuje v buňkách s dalším proteinem (NorA). Ten hraje významnou roli v odstraňování antibiotik z těl buněk a snižuje tak rezistenci našim bakteriálním nepřátelům. Oxid zinku je jednou z  látek, která pomáhá vrátit sebevědomí teenagerům postiženým těžkou formou akné. Do našich tělesných schránek se nejvíc ZnO má šanci vedrat z antiperspirantů, gelů a sprejů proti pocení a pudrů. Také proto, že i z toho, co neprojde pokožkou, když vyschne, práší a pak to vdechujeme. O míře jejich rizika těchto látek budou rozhodovat dva faktory. O jak velké částice půjde, protože od toho se odvíjí jejich vlezlost do buněk. A  jak moc škody budou schopny v buňkách páchat zase na tom, zda jejich povrch bude něčím ošetřen, nebo nějak strukturován. A právě na to by měla kometární analýza dávat odpověď.

Zvětšit obrázek

Nejspíš nás brzo čeká zjištění, že zkrášlující kosmetika je plná „geno-jedů“. Možná pak zase uvidíme naše holky zdravé a jak skutečně vypadají a ne kolik za to utrácejí. (Kredit: Charolet, Wikipedia)

Proto také na dotazy novinářů jak moc těchto látek je pro člověka příliš, odpovídají vědci obligátně: „K tomu bude třeba dalšího výzkumu.“ Vlastně ani nic jiného říkat nemohou. Oxid zinečnatý se v rozporu s očekáváním také ukázal být mnohem horším zloduchem.  Navíc bezpečná hranice bude jiná pro dospěláky a jiná pro děti a plody. Záležet bude i na vstupní bráně, zda nám budou do těl pronikat přes kůži, střevním traktem, nebo plícemi. Nejvíc do škodlivosti dané látky bude mluvit velikost částeček. Pro nás laiky, kteří bychom se chtěli podívat, zda něco takového nevlastníme doma, nejspíš překvapí, že ZnO který má krystalovou mřížku šesterečnou, se v mikroskopu jevil jako hranolky okolo   čtyřiceti  nanometrů dlouhé a téměř poloviční šířkou. Zlobivé částečky stříbra s krychlovou krystalovou strukturou, zase tvořily nepravidelné kuličky. Většinou o průměru mezi dvaceti a padesáti nanometry.

Testům chtějí Američané podrobit nyní i další látky, jsou mezi nimi i obsahy tonerových kazet z kopírek a laserových tiskáren. Jejich velikost je často v „nano“ a ví se o nich, že jim nedělá problém dostat se do buněk. Snadné testování genotoxicity nejspíš laserové členy našich domácností a kanceláří, proti těm inkoustovým, poněkud znevýhodní. Jednoduše proto, že při nanášení barviček z kazet na fotoválec, do doby než dojde k jejich zapečení do papíru, se práší a dovybavení výkonným odsávacím a filtračním zařízením, na tak malé poletující částice, u těch nejlevnějších modelů, může být drahý špás.  CometChip by měl v krátké době dát odpověď na škodlivost mnoha podezřelých i nepodezřelých substancí. Výrobci, kteří se svým tovarem na tom budou dobře, se s tím veřejnosti v rámci reklamy rádi pochlubí. Nic lepšího bychom si ani nemohli přát. Alespoň budeme vědět, že tam, kde bude vládnout ze strany prodejců mlčení, je třeba zbystřit pozornost. Náhrada účinných látek a náplní za takové, které budou k našim informacím zapsaným v DNA přátelštější by proto nemusela trvat dlouho. Však se  již také začíná mluvit o ENPs (engineered nanoparticles). Dosud se tím myslela tvorba částic šitých na míru danému účelu (skladbou, velikostí, úprava povrchu,...) především z fyzikálního hlediska. Bioinženýři nyní dostávají nástroj který jim usnadní hledat cesty k respektování i zdravotního hlediska.

I když ty holky ve skutečnosti neudělaly nic moc objevného a vědecky převratného, daly světu levný test. A konkurenční boj u informované veřejnosti svede víc, než usnášení poslanců a fascikly ministerských vyhlášek o bezpečnosti.

V I D E O

Jsou i neškodlivé barvy

Literatura:
Vyhláška č. 54/2004 Sb., o potravinách pro zvláštní výživu
ACS Nano
Massachusetts Institute of Technology