Bloki nowoczesnych materiałów, nanorurek węglowych są cenione ze względu na ich wytrzymałość i specjalne właściwości elektryczne. Jednak rosnące obawy pojawiły się o to, jak szkodliwe mogą być, gdy są wdychane do płuc. Ponieważ więcej z tych materiałów jest wytwarzanych na całym świecie, naukowcy ścigają się, aby dowiedzieć się, w jaki sposób wpływają one na zdrowie ludzkie. Szczególną uwagę zwraca się na sposób, w jaki ich kształt i sztywność mogą wpływać na ryzyko chorób płuc, w tym raka.

Grupa badawcza kierowana przez profesora Hiroyuki Tsudę z Nagoya City University przyglądała się zarówno sztywnym, jak i elastycznym wersjom tych maleńkich rur. Ich badania, opublikowane w czasopiśmie Nanomaterials, dokonują przeglądu szeregu wcześniejszych eksperymentów na zwierzętach, które badały, w jaki sposób materiały oddziałują z tkanką płuc. Ich przegląd zawiera nowe dowody, które podważają wcześniejsze decyzje dotyczące tego, jak ryzykowne są te materiały dla zdrowia. Grupa zauważyła: „MWCNT-7 działa podobnie do długich włókien bez nanocząstek i indukuje rakotwórczość międzybłoniową”.

Wcześniej Międzynarodowa Organizacja Zdrowia IARC wymieniła rodzaj nanorurki węglowej o nazwie Mitsui Missui Multi-Walled Nanotube numer 7 jako potencjalnie szkodliwy dla ludzi, ale że nie było wystarczającej ilości informacji, aby określić wpływ innych rodzajów nanorurek węglowych na zdrowie ludzi. Wielokarżne nanorurki węglowe to małe cylindryczne włókna wykonane z warstw atomów węgla, a nanorurki węglowe o większej liczbie warstw wykazują zwiększoną sztywność. W związku z tym ich długości i sztywność sugerują, że mogą być rakotwórcze, podobnie jak długie sztywne włókna azbestowe, dobrze znane ludzkie rakotwórcze. Sugeruje to również, że cieńsze elastyczne nanorurki węglowe mogą nie być rakotwórcze. Jednak nowsze długoterminowe badania z wykorzystaniem wkroplenia w płucach szczura pokazują, że zarówno sztywne, jak i elastyczne typy mogą prowadzić do raka płuc. To wyzwanie stanowi wcześniejsze badania, które były krótkoterminowe lub zastosowane wstrzyknięcie do jamy otrzewnej. W szczególności nawet niewielkie narażenie na sztywne typu doprowadziły do rozwoju międzybłoniaka, ciężkiego raka wpływającego na podszewkę wnęki opłucnej. Podczas gdy zginalne typy wydają się mniej niebezpieczne, one również mogą spowodować uszkodzenie płuc z czasem, jeśli regularnie wdychane.

Być może najważniejszym na wynos jest to, że jak pokazano na rysunku, kształt i fizyczny skład tych cząstek powodują różne efekty w jamie opłucnej i płucach. Sztywniejsze i grubsze nanorurki mogą łatwiej nakłuwać i uszkodzić komórki oraz powodować uszkodzenie tkanek i stan zapalny – podobnie jak azbest. MITSUI NANOTUKA NANOTURA NANOTURA NANOTU 7, która składa się z wielu koncentrycznych probówek, działa podobnie do długich włókien bez nanocząstek i wyzwala aktywność powodującą raka w międzybłoniniku. Podkreśla to, w jaki sposób kształt nanorurki odgrywa dużą rolę w tym, jak niebezpieczna może być w jamie opłucnej. Jak wyjaśnił profesor Tsuda: „Sztywne MWCNT nie są łatwo fagocytowane, pozostają w jamie opłucnej i indukują przewlekłe zapalenie i genotoksyczność”. Natomiast zapalenie płuc wiąże się z aktywacją makrofagów i wytwarzaniem zapalnych cytokin, a zarówno grubsze, sztywniejsze nanorurki węglowe, jak i cieńsze, elastyczne nanorurki węglowe oddziałują z makrofagami w płucach i indukują zapalenie i uszkodzenie tkanki. Jeśli nanorurki węglowe nie zostaną usunięte z płuc, powodują cykle zapalne i uszkodzenia tkanki, co może powodować rakotwórczość.

Naukowcy zbadali kilka badań, w których nanorurki węglowe wprowadzono albo przez wstrzyknięcie, wkroplanie lub oddychanie. Wstrzyknięcie oznacza dostarczanie materiału bezpośrednio do ciała za pomocą strzykawki i ekspozycja na zapłonę naśladuje inhalację w powietrzu. Podczas gdy testy iniekcyjne pomogły zidentyfikować podstawowe zagrożenia, to długoterminowe badania narażenia na oddychanie i instalacje ujawniły najsilniejsze powiązanie z rakiem w bardziej realistycznych warunkach pracy. W tych testach zwierzęta zaszczepione sztywnymi nanorurkami i zwierzętami zaszczepione elastycznymi nanorurkami rozwinęły guzy w płucach, potwierdzając obawy dotyczące długotrwałego uszkodzenia oddechowego.

Rozkładając swoje wyniki w szerszym kontekście, naukowcy wzywają urzędników zdrowia do świeżo spojrzenia na obecną ocenę toksyczności nanorurek węglowych. Ponowna ocena odnosi się do starannej ponownej oceny istniejących klasyfikacji zdrowotnych. Stwierdzają, że obecne ustalenia potwierdzają ponowną ocenę klasyfikacji wielościennych nanorurek węglowych. Twierdzą, że wszystkie formy-czy to grube czy cienkie-powinny być oceniane na podstawie tego, jak zachowują się w długoterminowej ekspozycji, nie tylko w przypadku starszych testów krótkoterminowych. Ta zmiana byłaby szczególnie ważna dla branż wykorzystujących te materiały, pomagając chronić pracowników i kształtować lepsze zasady bezpieczeństwa. Profesor Tsuda podkreślił: „Wyniki te potwierdzają ponowną ocenę klasyfikacji rakotwórczości MWCNT”.

Szersze zastosowanie wielościennych nanorurek węglowych w produktach komercyjnych sprawia, że badanie to jest terminowe czujne. Produkty komercyjne odnoszą się do produktów wyprodukowanych na sprzedaż na rynku. Przesłanie jest jasne: w miarę pojawienia się nowe technologie muszą więc staranna ocenić ich zagrożenia dla zdrowia. Badanie to zachęca do zmiany sposobu oceniania materiałów-nie tylko z tego, co są stworzone, ale także z tego, jak zachowują się, gdy są stosowane w rzeczywistych warunkach.

Co ważne, przemysł, naukowcy i rząd muszą współpracować. Identyfikacja toksycznych materiałów jest pierwszym krokiem w zapewnieniu bezpiecznej produkcji i wykorzystania tego materiału. Co ważne, fakt, że materiał jest toksyczny, nie oznacza, że należy go zakazać, ale raczej należy wprowadzić środki, aby zapewnić bezpieczną produkcję i wykorzystanie tego materiału. Aby stworzyć kolejną analogię do azbestu, to wtedy śmierć ludzka była powiązana z azbestem, które azbest produkujący firmy w wielu krajach wyszedł poza biznesem. Natomiast produkcja i stosowanie wielu innych toksycznych związków jest rutynowa. Na przykład formaldehyd jest dobrze znaną toksyną, która jest również rakotwórcza u ludzi. Jednak rządowe przepisy bezpieczeństwa pozwalają na powszechne wykorzystanie w przemyśle, produktach konsumenckich, badaniach i medycynie. Podobnie uważamy, że przepisy bezpieczeństwa dotyczące produkcji i stosowania nanorurek węglowych mogą również pozwolić na bezpieczne wykorzystanie tych niezwykle cennych materiałów. Jednak pierwszym krokiem we wdrażaniu tych przepisów bezpieczeństwa jest identyfikacja materiałów toksycznych/rakotwórczych. Naukowcy stwierdzają, że przedstawione przez nich dane wskazują, że rakotwórczość nanorurek węglowych powinna być ponownie oceniona, i proponują, aby po zidentyfikowaniu rakotwórczych nanorurków węglowych wprowadzono przepisy bezpieczeństwa w celu umożliwienia bezpiecznej produkcji i wykorzystania tych niezwykle cennych materiałów.

Referencje dziennika

Ahmed Ohm, Naiki-Ito A., Takahashi S., Alexander WT, Alexander DB, Tsuda H. „Przegląd potencjału rakotwórczego grubego i cienkiego elastycznego wielościennego nanorurek węglowych w płucach”. Nanomateriały, 2025; 15 (168). Doi: https://doi.org/10.3390/nano15030168

O autorach

Omnia Hosny Mohamed Ahmedurodzony w 1989 r. W Aswan w Egipcie, jest klinicznym toksykologiem i badaczem. Zasłużyła na licencjat w medycynie na Uniwersytecie Sohag w 2012 roku i ukończyła magister W toksykologii klinicznej na Uniwersytecie Aswan w 2019 r. Obecnie służy jako wykładowca na Wydziale Medycyny Kwinerycznej i Toksykologii klinicznej na Uniwersytecie Aswan. Ahmed jest również powiązana z laboratorium Nanotoksykologii na Uniwersytecie City City w Japonii, gdzie przyczynia się do badań toksyczności płuc i rakotwórczości nanomateriałów, w tym nanohorn węglowych i nanobrushes węglowych. Jej badania zostały zaprezentowane na międzynarodowych konferencjach, takich jak doroczne spotkanie Japońskiego Towarzystwa Toxicology. Jako członek studenckiego japońskiego Towarzystwa Toksykologii Ahmed aktywnie angażuje się w dziedzinie toksykologii zarówno poprzez akademickie, jak i oparte na współpracy działania badawcze.

Dr Aya Naiyi-it jest lekarzem i badaczem specjalizującym się w patologii eksperymentalnej i biologii nowotworów. Posiada zarówno MD, jak i doktorat. stopnie i jest powiązane z Nagoya City University w Japonii. Jej badania koncentrują się na mechanizmach rakotwórczości, szczególnie w odniesieniu do nanomateriałów i toksyn środowiskowych. Naiki-ITO przyczynił się do badań badających toksykologiczne skutki różnych substancji, w tym nanorurek węglowych, na układy narządów. Jej praca często obejmuje opracowanie nowych modeli zwierzęcych w celu badania postępu choroby i potencjalnych interwencji terapeutycznych. Poprzez swoje badania ma na celu zwiększenie zrozumienia rozwoju raka i przyczynienie się do rozwoju skutecznych strategii zapobiegania i leczenia.