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GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 1 Nanopartikel: Herausforderung für den Gesundheitsschutz Dr. Steffen Wengert BAG, Abteilung Chemikalien.

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1 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 1 Nanopartikel: Herausforderung für den Gesundheitsschutz Dr. Steffen Wengert BAG, Abteilung Chemikalien

2 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 2 Nanotechnologie: Chancen und Risiken – Fiction and Facts

3 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 3 Nanometer - Welt der Atome und Moleküle 1 Nanometer = m = 1 Milliardstel Meter ~10 -1 m ~ m km ~10 8 m

4 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 4 Nanometer - Welt der Atome und Moleküle

5 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 5 Nanotechnologien: Zukunft oder Vision?

6 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 6 Nanotechnologie  Bei der Nanotechnologie handelt es sich weniger um eine Technologie als vielmehr um einen Überbegriff für eine Vielzahl von neuen Anwendungen und Produkten in Bereichen wie z.B. Materialtechnik, Oberflächentechnik, Farben- und Lacke, Medizin, Lebensmittel- und Verpackungstechnik, Kosmetik, Elektronik, Solartechnologie, etc. In allen diesen Bereichen macht man sich auf verschiedene Weise die speziellen physikalischen und chemischen Eigenschaften von nanostrukturierten Materialien (Quanteneffekte, grosse spezifische Oberfläche) zu nutzen.

7 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 7 Inhärente Risiken der verschiedenen NT-Felder

8 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 8 Nanotechnologien - Nanopartikel Anlass zur Besorgnis gibt unseres Erachtens nicht die Nanotechnologie als solche, sondern jene Produkten und Anwendungen der Nanotechnologie, bei denen Nanopartikel verarbeitet oder im Laufe des Lebenszyklus eines Produktes (gezielt oder ungewollt) freigesetzt werden. Die Gesundheitsrisiken sind allerdings je nach Exposition (Ausmass, verschiedene Aufnahmewege wie inhalativ, dermal oder oral) und der chemischen Natur der auftretenden Nanopartikel unterschiedlich zu beurteilen.

9 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 9 PC-Eigenschaften von Nanopartikel: Grösseneffekte (nm) Nanoscale = High Ratio of Surface Area to Vol.

10 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 10 ab ~100nm PC-Eigenschaften von Nanopartikel: Quanteneffekte CdTe - Quantendots

11 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 11 Kohlenstoff Allotrope - Nanopartikel Diamant Graphit Fulleren C 60 C-Nanotube

12 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 12 Nanopartikel – Ultrafeinstaub

13 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 13 Synthetische Nanopartikel CNT, C 60, Russ Silica (SiO 2 ) Metalloxide (ZnO, TiO 2, CeO 2,..) Silber …..

14 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 14 Mögliche toxikokinetische Pfade für NP Nanopartikel Magen/DarmHautLunge NaseGehirn Blut KnochenmarkMilzEndothelLeberHerzPlazenta Tran et al. IOM Report, 2005

15 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 15 Eintrittsorgan Lunge: Ablagerung von NP

16 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 16 Clearance der Lungenalveolen: Chemisch (Auflösung, Proteinbindung) Phagozytose durch Makrophagen Ephitel-Endocytose Translokation durch die Alveolarwand und via Blutkreislauf in andere Organe Lunge: Clearance – Biopersistenz von NP 4 Macrophagen beim Versuch eine Asbestfaser (ca. 80  m) aufzu- nehmen (Ken Donaldson, University of Edinburg) Schlechte Clearance/ Biopersistenz: z.B. unlösliche Partikel (insbes. Fibern) Chronische Entzündungen Vernarbung und Zerstörung von Lungengewebe (z.B. Asbestose, Silikose)

17 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 17 Toxische Effekte von NP in der Lunge Adverser Effekt (Entzündung, ausgedrückt durch Anteil neutrophiler Leukozyten in der Lungen Lavage von Ratten), 24h nach intratrachaler Einträufelung von TiO 2 -Nanopartikel. Oberdörster et al.,, Env. Health Persp. 113: 823, 2005

18 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 18 Toxische Effekte von NP in der Lunge Klassische Toxizität = F (Dosis) Nanotoxicity = F (Masse, Grösse, Form, Oberflächen, Oberflächen- aktivität, etc) S. Hirano et. al (2000) Cytotoxicität von TiO 2 -NP in alveo- laren Makrophagen von Ratten

19 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 19 Translokation inhalierter Partikel zu anderen Organen? Epidemiologische Befunde: Korrelation zwischen Feinstaubbelastung und Herz-Kreislauf Erkrankungen (  UFP gelangen in den Blutkreislauf nehmen Einfluss auf Herz und Blutgefässe ?) Exposition von 5 Freiwilligen mit ultrafeinem Tc-gelabelten Kohlenstoffpartikeln (<100nm) Nemmar et. Al. Circulation 2002; 105(4):411

20 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 20 Hinweise auf Translokation von NP via olfaktorischen Nerven ins Gehirn Inhalations-Experimente mit 13 C-Carbon (< 100nm) an Ratten weisen auf eine Translokation ins Gehirn hin, Signifikanz für Menschen muss noch betätigt werden. Oberdörster et al., Translocation of inhaled particles to the brain, Inhalation Toxicology 16:437, 2004

21 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 21  Zwischen dem 27. und 30. März wurden den Giftinformationszentren in Deutschland 97 Fälle von zum Teil schwerwiegenden Atmungsstörungen bis hin zum Lungenödem nach der Anwendung von „Magic Nano Bad- und WC- Versiegler“ und „Magic Nano Glas- und Keramikversiegler“ des Herstellers Kleinmann gemeldet. Vergiftungsfälle mit „Magic-Nano“ Wirkungsweise: Siloxan-Lacke, „Nanolacke“ Sprayproblematik – alveolengängige Aerosole (vgl. Imprägniersprays) Keine Nanopartikel!

22 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 22 Aufnahme von NP über die Haut? Langzeit-Applikation von Sonnencreme mit TiO 2 - Nanopartikel  NP finden sich vornehmlich in den oberen Bereich der Hornschicht, d.h. es erfolgt keine Aufnahme ( Lademann et al, Skin Pharm. 12, 247, 1999 ) Projekt Nanoderm (unterstützt durch EU)  Vorläufige Ergebnis scheinen zu bestätigen, dass über die gesunde Haut keine Aufnahme von NP (d.h. keine Translokation Haut – Blut) erfolgt

23 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 23 Aufnahme von NP via Magen-Darm-Trakt (oral) Es gibt deutliche Hinweise, dass Mikropartikel und in weit höherem Ausmass auch Nanopartikel die Darm-Barriere (über die sogenannten „Peyerschen Platten“) überwinden und via Lymphsystem in die Blutbahn gelangen können. (Desai et. al, Pharm.Res. 13, 1838, 1996) es existieren keine Studien zu möglichen Schädigungen des Darms durch NP.

24 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 24 Toxische Effekte von NP in Zielorganen zu toxischen Effekten von NP auf Zielorgane liegen – abgesehen von der Lunge – wenig oder keine publizierten Daten vor. die wenigen vorhanden Tierstudien zeigen keine akuten adversen Effekte im Zentrum des wissenschaftlichen Interesses stehen momentan Untersuchungen zur Cytotoxizität von NP, die meist in-vitro an Zelllinien durchgeführt werden. Diese erlauben allerdings nur eingeschränkte Aussagen zur tatsächlichen Toxizität der untersuchten NP.

25 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 25 Nanopartikel: Entscheidende toxikologische Parameter Particle behaviour in biological fluids T2 Influence of chemical composition T4 Different cell types T8 Mobility studies T7 Chemical effects Physical effects Interesting particles for toxicology studies Sources of danger for different cell types Biological effects Studies on oxidation activity T5 Studies on redox potential T6 Size, degree of aggregation, surface and Morphology dependence T3 Production, Preparation and Characterization T1 W.J. Stark, Cytotoxicity of Nanoparticles, ETHZ (2005)

26 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 26 Exposition des Menschen gegenüber Nanopartikel (NP) Umgang mit Produkten, die Nanopartikel enthal- en (z.B. Verpackungs-, Funktionsmaterialien etc.  Lebenszyklus) Synthetische NP in Umwelt (direkt oder indirekt eingebracht) Synthetische NP mit Target Mensch  Genuss- und Lebens- mittel, Kosmetika Umgang mit freien/ unge- bunden synthetischen NP (unbeabsichtigte Expo- sition des Menschen) Freie synthetische NP mit Target Mensch  Medikamente UFP/Feinstaub natürl. und antropogenen. Ursprungs (z.B. aus Verbrennungsprozessen, Abrieb, etc.)

27 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 27 Gesetzliche Grundlagen Lebensmittelgesetz, LMG Art. 13 Nahrungs- und Genussmittel 1 Nahrungsmittel dürfen bei ihrem üblichen Gebrauch die Gesundheit nicht gefährden. 2 Genussmittel dürfen bei ihrem üblichen Gebrauch und Genuss die Gesundheit nicht unmittelbar oder in unerwarteter Weise gefährden. Art. 14 Gebrauchsgegenstände 1 Gebrauchsgegenstände dürfen bei bestimmungsgemässem oder üblicherweise zu erwartendem Gebrauch die Gesundheit nicht gefährden. Chemikaliengesetz, ChemG Art. 5 Selbstkontrolle 1 Wer als Herstellerin Stoffe oder Zubereitungen in Verkehr bringt, muss dafür sorgen, dass diese das Leben und die Gesundheit nicht gefährden….

28 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 28 Lücken in der Regulierung  „ Dosis“ (Exposition) muss neu definiert werden: Anzahl Partikel, total Oberfläche und Oberflächenbeschaffenheit scheinen wichtiger als die Menge/Masse  Bestehende Teststrategien verlangen keine Analyse der systemischen Verteilung  Bestehende Testmethoden decken mögliche nanospezifische, adverse Effekte ungenügend ab – neue toxikologische Endpunkte?  Die gesetzlichen Regelungen zu bestimmten chemischen Stoffen (z.B. Altstoffe im Chemikalienbereich oder Lebensmittelzusatzstoffe) machen keine Aussagen über deren Partikelgrösse. Konkrete gesetzliche Änderungen, die einen Schutz vor möglichen negativen Auswirkungen von Nanopartikel gewährleisten könnten, benötigen zunächst weitere Forschungsdaten!

29 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 29 Wie weiter ? Vorsorgeprinzip?  Sollte nicht dazu benutzt werden Forschung und Entwicklung im Bereich Nanotechnologie und Nanopartikel zu verlangsamen oder zu behindern. Aber !  Anwendungsorientierte, technische Weiterentwicklung der Nanotechnologie muss mit entsprechender Forschung hinsichtlich möglicher Risiken ergänzt werden  Spezifische ungebundene Nanopartikel und Prozesse, welche solche beinhalten, müssen (vorläufig) individuell betrachtet werden  Ungebundene Nanopartikel und Produkte, die solche enthalten, sollen gekennzeichnet werden.  Starke nationale und internationale Zusammenarbeit zwischen Industrie, Wissenschaft und regulatorischer Behörde ist unabdingbar (Aktionsplan CH, EU, USA, OECD).

30 GSG-Frühjahrstagung 10./11. Mai 2006 Seite 30 Aktivitäten BAG  Forschung Risiken Labor: W.J. Stark ETHZ, „Cytotoxicity of Nanoparticles“ EMPA St. Gallen, „Safety and Risks of Carbon Nanotubes“ IST Lausanne, „Nanoinventar“  Kommunikation TA-Suisse, „Publifocus Nanotechnologie“  Politik Aktionsplan CH, Nanoregulation Plattform OECD, internationale Interessengruppen (USA, EU)


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