Jana: Volám sa prof. Mgr. Jana Kukutschová, Ph.D. a som z Materiálovotechnologickej fakulty Vysokej školy Banskej – Technickej univerzity Ostrava. Som garantom študijného programu nanotechnológie. Pokiaľ ide o moje vzdelanie, v minulosti som študovala chémiu a biológiu a bola som stredoškolskou učiteľkou. V rámci diplomovej práce som sa začala zaujímať o vplyv rôznych chemických látok na živé organizmy. Túto tému som ďalej rozpracovala vo svojej dizertačnej práci a od začiatku štúdia sa venujem tejto oblasti. Postupne som sa špecializovala na vplyv rôznych nanomateriálov na živé organizmy, čo bola s nástupom nanotechnológií nová téma. Približne 15 rokov sa zaoberám rizikami nanomateriálov a nanotechnológií vo vzťahu k životnému prostrediu a ľudskému zdraviu.

Jana: Ak vynecháme nanomateriály a zameriame sa na bežné látky, snažím sa obmedziť napríklad konzumáciu údenín, o ktorých je známe, že sú potenciálne karcinogénne, alebo sa to dokonca už dokázalo. Z diskusií s kolegami zo Štátneho zdravotného ústavu vyplýva, že niektoré látky sú vnímané ako tzv. uznané alebo vedomé riziká. To znamená, že spotrebitelia si uvedomujú ich negatívny vplyv na zdravie. Preto sa snažím vyhýbať údeninám a alkoholu, pretože verím, že radosť zo života sa dá nájsť aj inak ako prostredníctvom chemických látok

Jana: Vplyv nanočastíc na človeka je veľmi rozsiahla téma. Keď hovoríme len o zdravotných rizikách nanomateriálov a nanočastíc, ukazuje sa, že toho stále veľa nevieme a stále sú oblasti, kde len očakávame, aké budú účinky, najmä pri dlhodobom vystavení. Máme už nejaké štúdie o krátkodobej expozícii, ktoré sa robia na bunkových líniách, ale tieto podmienky nie sú porovnateľné s ľudským telom. Takže je to skôr o opatrnosti, nie o nadmernom používaní, pretože bol jeden pán, volali ho „Modrý muž“, ktorý nadmerne používal koloidné striebro. Používal ho, pretože mal problémy s trávením a po chvíli používania zmodral. Pretože sa u neho vyvinula argyria, keď sa striebro začalo ukladať pod kožu ako obranný mechanizmus tela. Lekári mu odporučili, aby s tým prestal. Neodfarbil sa, len zmenil odtieň 🙂 . Takže toto je jeden viditeľný vplyv, avšak tie vplyvy na úrovni rôznych fyziologických procesov sú dokázané, ale stále je oblasť nanotoxikológie, čo je nová veda, ktorá vznikla v rámci toxikológie s rozvojom nanotechnológií, plná neznámych. Prezentuje sa, že prínosy sú obrovské, ale to ide ruka v ruke s možnými rizikami a stále nemáme presne definované podmienky bezpečného zaobchádzania s nanomateriálmi.

Jana: Objem nanočastíc bol známy už v starovekom Ríme, kde sa používali, hoci sa vtedy nenazývali nanočastice. Pridávali sa napríklad do skla, ktoré menilo svoju farbu v závislosti od vlnovej dĺžky žiarenia. Takže ľudstvo pozná nanočastice už pomerne dlho, aj pokiaľ ide o ich aplikácie a využitie.

V posledných desaťročiach sa začali intenzívne rozvíjať, najmä s rozvojom experimentálnych techník, ako sú elektrónové mikroskopy, pomocou ktorých dokážeme tieto objekty lepšie popísať, vizualizovať a manipulovať s nimi pri vytváraní cielených štruktúr. Takže povedomie o tom, ako nanočastice vyzerajú, sa rozvíjalo predovšetkým v posledných 50 rokoch, možno ešte menej.

Jana: Nanočastice vrátane nanoplastov sa môžu do ľudského tela dostať rôznymi spôsobmi. Nanočastice sa vo všeobecnosti rozlišujú na nanometrické častice, ktoré sa môžu uvoľňovať ako vedľajšie produkty antropogénnych činností, ako je doprava alebo priemysel. Tie sa odlišujú od takzvaných ultrajemných častíc, ktoré sa zámerne nevyrábajú. Nanočastice sú podstatne menšie ako bežné častice sledované z hľadiska kvality ovzdušia, ako sú PM 10 a PM 2,5. Na rozdiel od väčších mikrometrických častíc, ktoré sedimentujú vplyvom gravitácie, nanočastice a ultrajemné častice zostávajú vo vzduchu dlhšie, čím sa zvyšuje pravdepodobnosť inhalačnej expozície. Vdychovanie je preto najvýznamnejšou cestou, ktorou sa nanočastice dostávajú do organizmu. Ďalšími spôsobmi sú prehltnutie (napr. prostredníctvom potravín obsahujúcich nanočastice, ako sú pigmenty) a intravenózne podanie, ktoré je cielenejšie, napr. pri farmaceutických aplikáciách. Prienik cez kožu sa považuje za najmenej pravdepodobný spôsob vstupu nanočastíc do tela.

Jana: V posledných rokoch začali rôzne štúdie dokazovať, že nanoplasty sa uvoľňujú do životného prostredia rozkladom mikroplastov. Zdá sa však, že stále nemáme úplné a presné informácie o tom, ako sa tieto typy častíc správajú. Problém spočíva v detekcii týchto častíc a ich charakterizácii v rôznych vzorkách životného prostredia, či už ide o vodu alebo pôdu. Nedávno boli tieto typy častíc, najmä mikroplasty, zistené napríklad v placentách, čo naznačuje, že sme im pravdepodobne všetci vystavení rôznymi spôsobmi. Dlhodobo sa zaoberáme analýzou biologického materiálu, konkrétne z hľadiska detekcie mikro- a nanometrických častíc. Analyzovali sme napríklad vzorky plodovej vody, v ktorých sme našli rôzne častice rôzneho zloženia, čo znamená, že tieto častice prenikli cez placentárnu bariéru. Z toho vyplýva, že podobne ako v prípade vírusov, ani v prípade nanometrických častíc nie je placentárna bariéra úplne účinná. (Poznámka autora: odkaz na štúdiu s názvom Mikroplasty a prídavné látky u pacientok s predčasným pôrodom: prvý dôkaz ich prítomnosti v ľudskej plodovej vode a placente nájdete TU.)

Obávam sa, že stále nemáme kompletné informácie o možnom vplyve nanoplastov. Počas posledných desiatich rokov našej spolupráce s lekármi z rôznych kliník, napríklad z kliniky otorinolaryngológie alebo patológie, sme zistili, že stále existuje veľa takzvaných idiopatických ochorení, ktoré sa považujú za ochorenia bez zjavnej príčiny. Organizmus však na niečo reaguje, pokiaľ to samozrejme nie je psychosomatické. Postupom času sme zistili, že vždy záleží na limitoch metód, ktoré používame, a to platí aj pre nanoplasty. Otázkou je, aké účinky môžu mať nanoplasty na jednotlivcov. Nedávna štúdia, ktorá vyšla v júni tohto roku, ukázala, že pri krájaní potravín na plastovej krájacej doske sa môžu uvoľňovať častice na báze plastov, či už mikro alebo nano. Táto štúdia bola publikovaná v renomovanom časopise zameranom na environmentálne vedy. Existujú teda spôsoby, ako môžeme ovplyvniť úroveň vystavenia mikroplastom a nanoplastom, ale konzumácia vody je iná záležitosť.

Jana: Pokiaľ ide o častice uvoľňované odieraním z bŕzd alebo pneumatík automobilov, touto problematikou sa zaoberáme už približne 15 až 17 rokov, pričom sa zameriavame na častice vznikajúce pri odieraní bŕzd. Ukázalo sa, že emisie z tzv. nespaľovacích procesov v doprave, ktoré sa pri štátnej kontrole vozidiel nemerajú, sú významným zdrojom znečistenia. Hoci sa elektromobily označujú ako „bezemisné“, nie je to celkom pravda, ak majú trecie brzdy a pneumatiky, čo majú všetky. Približne pred 13 rokmi sme ako prví podrobne opísali nanometrické častice uvoľnené počas testovania. Testovali sme skutočný hardvér, t. j. brzdové doštičky a kotúče na vozidle strednej triedy, a zistili sme, že sa objavujú častice s veľkosťou od 5 do 25 nanometrov, väčšinou na báze sadzí a rôznych kovových zlúčenín. Cieľom výskumu bolo opísať, čo vzniká, ako to môžeme vzorkovať a charakterizovať. Ďalším cieľom je vyvinúť také zloženie brzdových doštičiek, ktoré by malo nižšiu mieru emisií týchto nanometrových častíc, ako aj mikročastíc. Pri každom stlačení brzdového pedála vznikajú abrazívne častice a cieľom je, aby tieto častice nemali veľkosť pod 100 nanometrov, ale aby boli väčšie a usadzovali sa na povrchu vozovky, a nie vo vzduchu.

V priebehu rokov sme zistili, že pri každom zošliapnutí brzdového pedála vznikajú čiastočky oderu, a to buď z brzdovej platničky, alebo z brzdového kotúča. Na charakter emisií a na to, čo sa uvoľňuje, má veľký vplyv štýl jazdy vodiča, nielen materiály použité vo vozidle. Existujú dva základné scenáre: buď brzdíte prudko a uvoľňujú sa väčšie častice, alebo brzdíte pomaly a kotúč sa neochladí, čo zvyšuje teplotu a vedie k produkcii veľmi malých častíc na báze sadzí. Tieto výsledky sme poskytli rôznym inštitúciám, ktoré sa zaoberajú reguláciou emisií z automobilov, keďže emisie sa neobmedzujú len na výfukové plyny, ale zahŕňajú aj emisie z nespaľovacích procesov.

Jana: Je to zložitá otázka. Častice sa môžu uvoľňovať, ale nemusíme ich byť schopní zachytiť metódami, ktoré používame. Často je to ovplyvnené týmito metódami, pretože niekto sa môže pozrieť na komín a nič nevidieť a povedať, že sa nič neuvoľňuje. Nanometrické častice však nie sú viditeľné voľným okom, a preto by sme na ich pozorovanie mali použiť iné nástroje. To platí aj pre štúdium a analýzu rôznych materiálov pomocou rôznych metód. Je nevyhnutné upraviť citlivosť týchto metód tak, aby boli schopné odhaliť veľmi malé častice. Je to diskutabilné, ale je možné, že materiály odolné voči oderu neuvoľňujú také veľké množstvo častíc. Domnievam sa však, že úplne nulová miera uvoľňovania je veľmi nepravdepodobná. Závisí to od podmienok, v ktorých je materiál vystavený opotrebovaniu, pretože tu hovoríme o opotrebovaní. Ak je materiál len zavesený v priestore a v kontakte s prúdením vzduchu, je to iná situácia, ako keď sa kĺbový implantát pri každom kroku neustále trie o inú pevnú časť. Tým sa problematika značne komplikuje.

Jana: Je pravda, že menšie častice môžu predstavovať väčší problém, ale závisí to od ich zloženia a spôsobu použitia. Napríklad vo farmakológii sa prejavuje tendencia odklonu od tradičných liekov k nanoformám. To znamená, že tá istá účinná látka sa prevedie do nanoformy, ktorá môže zmeniť rýchlosť vstrebávania alebo správanie sa liečiva v organizme žiaducim spôsobom. V tomto prípade nemusia byť menšie častice vždy problematické. V prípade opaľovacích krémov však môže byť pravdepodobnosť, že sa menšie častice dostanú do tela, vyššia. Napriek tomu by som sa aplikáciou na pokožku príliš nezaoberala. Samozrejme, je rozdiel medzi nanesením opaľovacieho krému na chrbát dospelého človeka a na tvár malého dieťaťa, kde sa líši aj hrúbka jednotlivých vrstiev pokožky. Ku každému prípadu a aplikácii by sa malo pristupovať individuálne a skôr by sa malo diskutovať o konkrétnych materiáloch a ich použití, než zovšeobecňovať.

Pokiaľ ide o vplyv na vodné organizmy, v našom prípade ide pravdepodobne o sladkovodné organizmy. Oxid titaničitý je nerozpustný, takže jeho účinok bude skôr nepriamy, napríklad prostredníctvom UV žiarenia, ktoré môže produkovať reaktívne kyslíkové radikály. Tie môžu inhibovať fyziologické funkcie niektorých organizmov alebo v najhoršom prípade mať smrteľné následky (poznámka autora: smrteľné následky sú také, ktoré vedú k smrti alebo sú schopné spôsobiť smrť). V prípade oxidu zinočnatého, ktorý je rozpustný, sa môžu uvoľňovať zinočnaté ióny. Zinok je nevyhnutný a relatívne neškodný pre suchozemské organizmy a ľudí, ale pre vodné organizmy je toxický. K problému preto nemôžeme pristupovať len z antropocentrického hľadiska, pretože aj my ako ľudia sme súčasťou ekosystému a potravinového reťazca. Nedávno som čítala štúdiu, ktorá sa zaoberala najdôležitejším organizmom pre ekosystém, a ukázalo sa, že sú to včely ako opeľovače. Preto nemôžeme myslieť len na seba.

Jana: Pri aplikácii injekcií nanočastíc sa použil oxid titaničitý vo forme anatasu, pričom je dôležité rozlišovať medzi rôznymi formami, ako je anatas, rutil alebo brookit, pretože to má vplyv na účinky. Podľa spoločnosti, ktorá vykonala aplikáciu, mali tieto nanočastice veľkosť približne 5 až 7 nanometrov, čo sú veľmi malé častice. Cieľom bolo dosiahnuť novú definíciu hygienickej čistoty a bojovať proti detskej chorobnosti, najmä v období respiračných ochorení. Obrátili sme sa na Magistrát mesta Ostravy s tým, že si nevie poradiť s narastajúcim počtom takýchto ponúk, ktoré prišli po alebo počas obdobia COVID. Argumentovali tým, že neaplikovaním týchto injekcií neriešime zdravie detí. Tí, ktorí o tom rozhodovali, však nemali dostatok informácií o správaní nanomateriálov a boli presvedčení, že to bude pre deti najlepšie. Následne sa spreje aplikovali na stoly, hračky a iné predmety v škôlkach v presvedčení, že sa tým zníži chorobnosť. Táto prax sa rozšírila do približne tridsiatich materských škôl v Moravskosliezskom kraji, konkrétne v Ostrave.

Pýtali sme sa, kto a na základe čoho to schválil. Tí, ktorí to schválili, neboli schopní svoje rozhodnutie podložiť argumentmi. Naliehavo sme žiadali, aby sa tieto aplikácie nedostali do prostredia detí, pretože sme nevedeli, aký to bude mať vplyv. Oxid titaničitý je veľmi stabilný a nerozkladá sa, takže sa dá predpokladať, že ak sa dostane do organizmu, môže mať negatívne účinky. Boli sme vyzvaní, aby sme dokázali negatívne účinky, čo bolo ťažké. Našou snahou bolo zabrániť aplikáciám v prostredí s deťmi, čo sa nakoniec podarilo a aplikácie boli vylúčené zo stratégií mesta. Bolo zaslané odporúčanie nepoužívať postreky v prostredí s deťmi. Rozdiel je v tom, či sa aplikuje v domove dôchodcov alebo v škôlke, pretože perspektíva ďalšieho života dieťaťa s nanočasticami v tele je oveľa dlhšia ako u klienta domova dôchodcov. Boli sme tiež vyzvaní, aby sme dokázali, že to môže mať vplyv na vznik rakoviny, čo je extrémny prípad. O takýchto extrémnych prípadoch nemusíme diskutovať, ale môžeme diskutovať o možnom vplyve na vznik alergických reakcií, o ktorých tiež nič nevieme. A kto to potom dokáže, keď sa takáto reakcia objaví u dieťaťa na základnej alebo strednej škole po rokoch ukladania nanočastíc v tele a zrazu ju niečo spustí?

Jana: Použitie nanotechnológií v boji proti COVID-19 má svoje opodstatnenie, ako sme to videli v prípade závesov z nanovlákien alebo vakcín obsahujúcich lipidové nanočastice. Tieto aplikácie majú zmysel. Použitie sprejov s nanočasticami oxidu titaničitého na stoly a hygienické zariadenia ako prevencia respiračných ochorení sa však zdá byť menej logické. Respiračné ochorenia sa zvyčajne prenášajú kvapôčkovou cestou, t. j. vdychovaním vzduchu, nie kontaktom s kontaminovanými povrchmi. V štúdii uverejnenej v časopise Nature sa uvádza, že pravdepodobnosť nákazy pri kontakte s kontaminovaným povrchom je len približne päť percent. Naproti tomu vdýchnutie infekčných častíc, či už vírusov alebo baktérií, je oveľa pravdepodobnejšie. Z tohto pohľadu sa zdá, že chýba racionálne zdôvodnenie používania týchto sprejov na boj proti respiračným ochoreniam a motivácia ich používania môže byť iná ako riešenie respiračných ochorení.

Jana: Uvoľňovanie nanočastíc z masiek na tvár je pravdepodobne skôr záležitosťou fragmentov nanovlákien ako samotných nanočastíc, pokiaľ nejde o nanovlákna s nanočasticami nanesenými na povrchu. Je dôležité rozlišovať medzi týmito dvoma typmi. Na rozdiel od nanočastíc oxidu titaničitého, o ktorých sme hovorili skôr, materiály použité vo fasádnych maskách sú zvyčajne organického pôvodu a sú rozložiteľné. To znamená, že sa môžu časom rozložiť, na rozdiel od zlúčenín kovov, ktoré sú nerozložiteľné. V prípade tvárových masiek, respirátorov a nanovlákien ide teda o iný scenár v porovnaní s nanočasticami oxidu titaničitého, najmä kvôli ich chemickému zloženiu.

Počas pandémie COVID-19 sa vyrobilo obrovské množstvo jednorazových ochranných prostriedkov. Naša fakulta sa zaoberá metódami recyklácie niektorých z týchto materiálov, ako sú ochranné štíty a iné predmety, a ich opätovným uvedením do obehu s cieľom znížiť množstvo jednorazového odpadu. Cieľom je zabrániť ich spaľovaniu alebo vyhadzovaniu na skládky. Hoci je problém odpadu na jedno použitie zrejmý, nepredpokladáme, že by sa z týchto materiálov uvoľňovali veľké množstvá nanočastíc. Môžu sa uvoľňovať fragmenty nanovlákien, ktoré by sa však mali časom rozložiť.

Jana: Obavy z nanočastíc sú opodstatnené a táto téma by mohla byť témou na celý semester prednášok. Keď sa pozrieme na rôzne scenáre a procesy, pri ktorých sa nanočastice uvoľňujú do životného prostredia a my sme im vystavení, zistíme, že existujú nanočastice alebo ultrajemné častice, ktoré sú súčasťou nášho životného prostredia od nepamäti. Príkladom sú sadze, ktoré vznikajú pri lesných požiaroch, sopečnej činnosti alebo pri akomkoľvek spaľovacom procese. Náš organizmus je na boj s nimi nejakým spôsobom pripravený a má určité obranné mechanizmy. Existujú však aj nanočastice, ktoré sú úplne nové a vznikajú v súvislosti s vývojom nových chemických látok a zlúčenín pre rôzne aplikácie. Napríklad nanočastice na báze striebra neboli vždy súčasťou nášho životného prostredia. Ak by sme napríklad začali masovo používať ponožky a textílie s nanostriebrom, ktoré sa postupne uvoľňujú do odpadových vôd, mohlo by to vyvolať potrebu nových technológií na čistenie odpadových vôd, pretože bežné čističky by si s tým nemuseli vedieť účinne poradiť. Toto je jeden z mnohých aspektov, ktoré je potrebné zvážiť.

Samozrejme, existujú aplikácie nanomateriálov, ktoré sú veľmi prospešné, napríklad v oblasti farmácie. Je však dôležité pristupovať k vývoju a používaniu nanomateriálov opatrne a uvážene, a nie nechať túto oblasť úplne riadiť trhom.

Príkladom je používanie automobilov. Hoci sú autonehody časté, ľudia stále používajú autá, ale s vedomím pravidiel a bezpečnostných opatrení, ako je používanie bezpečnostných pásov a dodržiavanie dopravných predpisov. V prípade nanomateriálov však chýbajú jasne definované pravidlá a odporúčania pre ich bezpečné používanie.

V tejto oblasti je preto potrebný zásah vládnych inštitúcií, ako sú ministerstvo zdravotníctva alebo ministerstvo životného prostredia a ďalšie príslušné ministerstvá, aby stanovili jasné pravidlá a odporúčania pre bezpečné používanie nanomateriálov. Táto regulácia je potrebná na minimalizáciu rizík spojených s používaním nanotechnológií.

Jana: Kde môžu nanočastice pomôcť? Určite v oblasti zdravotníctva. Existujú však aj tzv. environmentálne nanotechnológie, v ktorých sa používajú rôzne nanokatalyzátory a nanosorbenty na čistenie vzduchu, vody a vykonávanie rôznych dekontaminácií. Tieto aplikácie majú určite zmysel. Existuje však určité riziko, že niektoré aplikácie môžu viesť k nekontrolovanému uvoľňovaniu týchto nanočastíc do životného prostredia. Opäť sa teda dostávame k otázke, za akých podmienok je manipulácia s nimi bezpečná.

Jana: Na záver by som možno chcela motivovať, aby sme nanočastice a nanomateriály neposudzovali len z jedného hľadiska. Táto minca má dve strany. Raz sme hovorili o rizikách, ktoré môžu mať negatívne účinky a nevyzerajú veľmi sľubne. Existuje však aj druhá strana tejto mince, a to sú výhody. Počas pandémie COVID sme dokázali situáciu riešiť pomocou nanomateriálov, čo ukazuje, že ak sa s nimi zaobchádza obozretne, môžu mať výrazný pozitívny vplyv. Nanomateriály môžu ľudstvu skutočne pomôcť, ale nesmieme ich používať neuvážene, najmä nie na deťoch, pretože by nás mohli nepríjemne prekvapiť ich účinky.