Dostęp Otwarty

Nauka

Bezpieczeństwo nanomateriałów w stomatologii – co mówią badania

Dr n. med. Anna Tomusiak-Plebanek

Katedra Mikrobiologii Collegium Medicum UJ w Krakowie

Small anna tomusiak opt

Dr n. med. Anna Tomusiak-Plebanek

Właściwości nanocząsteczek sprawiają, że mogą stać się one niezwykle pomocne w medycynie. Doniesienia naukowców wskazują jednak, że potrzebujemy wiedzieć więcej o ich toksyczności

Nanomateriały są nowoczesną grupą materiałów, w których zgodnie z obowiązująca definicją co najmniej 50 proc. cząstek ma jeden lub więcej wymiarów w zakresie 1-100 nm. O przynależności danego materiału do tej grupy decyduje nie tylko wielkość cząsteczek, ale przede wszystkim pewne właściwości, których materiały o klasycznej mikrostrukturze nie uzyskają np. twardość, wytrzymałość, odporność na korozję, odporność na ścieranie, czy właściwości antybakteryjne.

Przeglądając najnowszą literaturę dotyczącą tego tematu, można znaleźć liczne publikacje opisujące sposoby wykorzystania nanotechnologii w dziedzinie stomatologii. W jednym z ostatnio przeprowadzonych badań wykazano, iż nanocząsteczki fluorku wapnia (CaF2-NPs) zarówno w warunkach in vitro, jak i in vivo znacząco hamują proces tworzenia biofilmu Streptococcus mutans. Sugeruje to możliwość miejscowego wykorzystania CaF2-NPs w celu zmniejszenia zachorowalności na próchnicę zębów.[1]

Bezpieczeństwo

Niestety oprócz wymiernych korzyści płynących ze stosowania nanomateriałów pojawia się coraz więcej obaw o ich bezpieczeństwo dla zdrowia. W niektórych badaniach przeprowadzonych na zwierzętach wykazano, iż nanocząsteczki ze względu na swoje nadzwyczaj małe wymiary (porównywalne ze składnikami komórek organizmów żywych) mogą przenikać do krwi, a następnie lokalizować się w narządach, takich jak serce, wątroba, śledziona, nerki czy płuca, wywołując tam szkodliwe reakcje na poziomie komórkowym i subkomórkowym. Ponadto niektóre nanocząsteczki mogą przedostawać się do układu nerwowego, pokonując barierę krew-mózg lub też mogą przenikać do mózgu drogą inhalacyjną za pośrednictwem opuszki węchowej.[2] W związku z tym, iż większość nanomateriałów stomatologicznych stosowana jest bezpośrednio w obrębie jamy ustnej, istnieje ryzyko pokonania bariery błony śluzowej, a następnie przeniknięcia nanocząsteczek bezpośrednio do krwi, a stamtąd do innych narządów, w tym również do mózgu. Zagrożenie może wynikać także z bezpośredniej inhalacji nanomateriałów stomatologicznych podczas ich mechanicznego polerowania. Istnieje bowiem prawdopodobieństwo, iż rozproszone w powietrzu nanocząsteczki mogą przenikać do ośrodkowego układu nerwowego wzdłuż nerwu węchowego.[2] Czy rzeczywiście jest się czego obawiać?

Co mówią badania

Zaobserwowano, że wiele substancji w postaci nanocząsteczek charakteryzuje się inną toksycznością w zależności od ich kształtu, rozmiaru czy właściwości powierzchni. W badaniu przeprowadzonym na modelu zwierzęcym przez zespół Zhang L i wsp. wykazano, że nanocząsteczki ditlenku tytanu (TiO2) podawane myszom na drodze inhalacji są bardziej neurotoksyczne niż ich większe formy.[3] W tym samym badaniu wykazano, że bardziej toksyczne działanie mają również nanocząsteczki z powierzchnią o charakterze hydrofilowym w porównaniu z tymi o właściwościach hydrofobowych. Powodują one bardzo wyraźne zmiany w morfologii komórek nerwowych kory mózgowej, a także zaburzają poziom neuroprzekaźników monoamin. Główny mechanizm toksycznego działania nanocząsteczek w obrębie układu nerwowego polega na wywoływaniu stresu oksydacyjnego.

Wpływ na procesy poznawcze

W jednym z niedawno przeprowadzonych badań sprawdzono skutki oddziaływania nanocząsteczek TiO2, ZnO i Al2O3 na mózg i wątrobę myszy. Zwierzętom podawano wymienione substancje doustnie przez kolejne 21 dni, co skutkowało nadmierną akumulacją reaktywnych form tlenu (RFT) w badanych narządach oraz zmianą aktywności enzymów antyoksydacyjnych.[4] W zależności od ilości zakumulowanych RFT skutkiem oddziaływania nanocząsteczek mogą być objawy stanu zapalnego, uszkodzenia DNA, a nawet zmiany nowotworowe. Badania na zwierzętach pokazały ponadto, że nanomateriały mają wpływ nie tylko na funkcjonowanie narządów i tkanek w organizmie, ale również oddziałują na procesy poznawcze, takie jak pamięć i uczenie się. Chen i wsp. w badaniu przeprowadzonym na szczurach zaobserwowali, że dootrzewnowe wstrzyknięcie nanokryształów fulerenu (C60) miało wpływ na poprawę pamięci przestrzennej zwierząt oraz prowadziło do wystąpienia zjawiska długotrwałego wzmocnienia synaptycznego, które polega na wzmocnieniu przekazywania sygnału z neuronu do neuronu i jest podstawą uczenia się i zapamiętywania informacji.[5]

W badaniu przeprowadzonym przez Cui i wsp. stwierdzono natomiast niekorzystne oddziaływanie nanocząsteczek na zachowanie szczurów. Ekspozycja rozwijających się płodów na cząsteczki TiO2 skutkowała bowiem pojawieniem się zachowań depresyjnych u dorosłych już osobników.[6]

Podsumowanie

Dostępne wyniki nielicznych prac badawczych przeprowadzonych na zwierzętach wskazują, iż niektóre nanomateriały mogą działać toksycznie na układ nerwowy. Chociaż w ostatnich latach temat oddziaływania nanocząsteczek na ośrodkowy układ nerwowy wzbudza spore zainteresowanie, liczba przeprowadzonych badań w tym zakresie jest niewielka. Wynika to z faktu, że badania nad ich bezpieczeństwem prowadzone są dopiero od niedawna.

Badania, które do tej pory przeprowadzono, mają niestety spore ograniczenia. Główną ich przyczyną jest brak standaryzacji stosowanych metod badawczych, co utrudnia właściwą interpretację wyników z przeprowadzonych doświadczeń, a także uniemożliwia ich powtarzalność. Zatem prowadzone eksperymenty nie dają na razie w pełni miarodajnych wyników. W celu zapewnienia bezpiecznego korzystania z nanomateriałów potrzebne są dalsze badania i opracowanie odpowiednich metod analitycznych. Przed nami jeszcze długa droga, zanim z etapu badań prowadzonych na zwierzętach będziemy mogli przejść do badań klinicznych z udziałem ludzi, które pozwolą określić rzeczywisty wpływ nanomateriałów na organizm człowieka.