Jana: Sem prof. Jana Kukutschová, doktorica znanosti, in prihajam s Fakultete za tehnologijo materialov na Univerzi za rudarstvo in metalurgijo – Tehnična univerza v Ostravi. Odgovorna sem za študijski program nanotehnologije. Kar zadeva moje predznanje, sem v preteklosti študirala kemijo in biologijo ter bila srednješolska učiteljica. Med pisanjem magistrske naloge me je začel zanimati vpliv različnih kemičnih snovi na žive organizme. To temo sem nadalje razvijala v svoji disertaciji nalogi, zato se s tem področjem ukvarjam že od začetka študija. Postopoma sem se specializirala za vpliv različnih nanomaterialov na žive organizme, kar je bila nova tema, ko je nanotehnologija pridobila na pomenu. Približno 15 let se osredotočam na tveganja nanomaterialov in nanotehnologije v povezavi z naravnim okoljem in zdravjem ljudi

Jana: Če pustimo ob strani nanomateriale in se osredotočimo na običajne snovi, poskušam omejiti uživanje na primer prekajenega mesa, za katerega je znano, da je potencialno rakotvorno, ali pa je to celo že dokazano. Pogovori s kolegi z Nacionalnega inštituta za zdravje kažejo, da se nekatere snovi dojemajo kot tako imenovana priznana ali zavestna tveganja. To pomeni, da se potrošniki zavedajo njihovega negativnega vpliva na zdravje. Zato se poskušam izogibati prekajenemu mesu in alkoholu, saj verjamem, da je veselje do življenja mogoče najti tudi drugače kot s kemičnimi snovmi.

Jana: Vpliv nanodelcev na ljudi je zelo obsežna tema. Če govorimo o zdravstvenih tveganjih nanomaterialov in nanodelcev, se izkaže, da še vedno ne vemo veliko in da še vedno obstajajo področja, na katerih le domnevamo, kakšni bodo učinki, zlasti pri dolgotrajni izpostavljenosti. Obstaja že nekaj študij o kratkotrajni izpostavljenosti, ki so bile vse opravljene na celicah, vendar ti pogoji niso primerljivi s celotnim človeškim telesom. Zato gre bolj za varnost in previdnost pri pretirani uporabi. Nekdo, ki se je imenoval “Modri mož”, je pretiraval z uporabo koloidnega srebra. Uporabljal ga je, ker je imel prebavne težave, na koncu pa je po daljšem času uporabe postal moder. To se je zgodilo, ker se je pri njem pojavila argirija, saj se je srebro kot obrambni mehanizem telesa začelo nalagati pod kožo. Zdravniki so mu svetovali, naj preneha uporabljati zdravilo. Njegova barva kože se ni nikoli popolnoma povrnila, le spremenila je odtenek 🙂. To je bil očiten vpliv in dokazani so tudi drugi učinki na ravni različnih fizioloških procesov, vendar je področje nanotoksikologije, ki je nova veda, ki se je znotraj toksikologije pojavila z razvojem nanotehnologije, še vedno polno neznank. Vemo, da so koristi velike, vendar gredo zraven tudi možna tveganja, zato še vedno nimamo dobro opredeljenih pogojev za varno ravnanje z nanomateriali.

Jana: Obsežnost uporabe nanodelcev so poznali že v starem Rimu, kjer so jih uporabljali, čeprav jih takrat niso imenovali nanodelci. Dodajali so jih na primer steklu, da so spremenili valovno dolžino svetlobe, ki je ustrezno spremenila barvo. Človeštvo je torej nanodelce poznalo že precej dolgo, tudi z vidika njihove uporabe.
V zadnjih desetletjih jih intenzivno raziskujemo, zlasti z razvojem eksperimentalnih tehnik, kot so elektronski mikroskopi, ki nam omogočajo boljše opisovanje, vizualizacijo in manipulacijo teh objektov za ustvarjanje ciljnih struktur. Tako se je zavedanje o tem, kako so videti nanodelci, razvijalo predvsem v zadnjih 50 letih, morda celo manj.

Jana: Nanodelci, vključno z nanoplastiko, lahko v človeško telo vstopijo na različne načine. Nanodelce na splošno ločimo na nanometrske delce, ki se lahko sproščajo kot stranski produkti antropogenih dejavnosti, kot sta promet ali industrija. Ti se razlikujejo od tako imenovanih ultrafinih delcev, ki se ne proizvajajo namerno. Nanodelci so precej manjši od običajnih delcev, ki se spremljajo za kakovost zraka, kot sta PM 10 in PM 2,5. V nasprotju z večjimi mikrometrskimi delci, ki se zaradi gravitacije usedajo, ostanejo nanodelci in ultrafini delci dlje časa v zraku, kar povečuje verjetnost izpostavljenosti pri vdihavanju. Zato je vdihavanje najpogostejša pot, po kateri nanodelci vstopajo v telo. Drugi načini so zaužitje (npr. z živili, ki vsebujejo nanodelce, kot so pigmenti) in intravensko dajanje, ki je bolj ciljno usmerjeno, na primer pri farmacevtskih aplikacijah. Pronicanje skozi kožo velja za najmanj verjeten način vstopa nanodelcev v telo.

Jana: V zadnjih nekaj letih so različne študije začele dokazovati, da se nanoplastika sprošča v okolje z razgradnjo mikroplastike. Vendar se zdi, da še vedno nimamo popolnih in natančnih informacij o tem, kako se te vrste delcev obnašajo. Težava je v odkrivanju teh delcev in njihovi karakterizaciji v različnih okoljskih vzorcih, bodisi v vodi bodisi v zemlji. Nedavno so bili tovrstni delci, zlasti mikroplastika, najdeni na primer v placentah, kar nakazuje, da smo jim verjetno vsi izpostavljeni na več načinov. Že dolgo se ukvarjamo z analizo biološkega materiala, zlasti v smislu odkrivanja mikro- in nanometričnih delcev. Analizirali smo na primer vzorce plodovnice, v katerih smo odkrili različne delce različne sestave, kar pomeni, da so ti delci prodrli skozi placentarno pregrado. To kaže, da tako kot pri virusih tudi pri nanometričnih delcih placentarna pregrada ni povsem učinkovita. (Opomba avtorja: povezava na študijo Mikroplastika in aditivi pri bolnikih s prezgodnjim porodom: Prvi dokazi o njihovi prisotnosti v človeški plodovnici in posteljici so na voljo TUKAJ).

Bojim se, da še vedno nimamo popolnih informacij o morebitnem vplivu nanoplastike. V zadnjih desetih letih sodelovanja z zdravniki z različnih klinik, kot sta klinika za otorinolaringologijo ali patologijo, smo ugotovili, da je še vedno veliko tako imenovanih idiopatskih bolezni, za katere velja, da nimajo očitnega vzroka. Še vedno obstaja nekaj, na kar se organizem odzove, če seveda ne gre za psihosomatiko. Sčasoma smo se naučili, da je to vedno odvisno od omejitev metod, ki jih uporabljamo, in to velja tudi za nanoplastiko. Vprašanje je, kakšne učinke ima lahko nanoplastika na posameznike. Nedavna študija, ki je izšla junija letos, je pokazala, da se lahko delci na osnovi plastike, mikro- ali nanooblike, sproščajo pri rezanju hrane na plastični deski za rezanje. Ta študija je bila objavljena v ugledni reviji za okoljsko znanost. Obstajajo torej načini, s katerimi lahko vplivamo na stopnjo izpostavljenosti mikro- in nanoplastiki, čeprav je uživanje vode druga stvar.

Jana: Glede delcev, ki se sproščajo pri obrabi zavor ali pnevmatik avtomobilov, se s tem vprašanjem ukvarjamo že približno 15 do 17 let, pri čemer se osredotočamo na delce, ki nastajajo pri obrabi zavor. Emisije iz tako imenovanih nezgorevalnih procesov v prometu, ki se ne merijo med državnim pregledom vozil, so se izkazale za pomemben vir onesnaževanja. Čeprav so električni avtomobili opisani kot “brezemisijski”, to ne drži povsem, če imajo torne zavore in pnevmatike, kar imajo vsi. Pred približno 13 leti smo bili prvi, ki smo podrobno opisali nanometrične delce, ki se sproščajo med testiranjem. Testirali smo pravo strojno opremo, tj. zavorne ploščice in diske na vozilu srednjega razreda, in ugotovili, da se pojavljajo delci velikosti od 5 do 25 nanometrov, večinoma na osnovi saj in različnih kovinskih spojin. Cilj raziskave je bil opisati, kaj nastaja, kako ga lahko vzorčimo in opišemo. Drugi cilj je razviti formulacije zavornih oblog, ki imajo nižjo stopnjo emisije teh nanometrskih delcev in tudi mikrodelcev. Pri vsakem pritisku na zavorni pedal nastajajo abrazivni delci, cilj pa je, da ti delci niso velikosti pod 100 nanometrov, temveč da so večji in se ne odlagajo v zraku, temveč na površini ceste.

Z leti smo ugotovili, da se ob vsakem pritisku na zavorni pedal na zavorni ploščici ali na zavornem kolutu pojavijo abrazivni delci. Na vrsto emisij in na to, kaj se sprošča, v veliki meri vpliva voznikov način vožnje in ne le materiali, uporabljeni v vozilu. Obstajata dva osnovna scenarija: ali zavirate močno in se sproščajo večji delci, ali pa zavirate počasi in se zavorni kolut ne ohlaja, kar povečuje temperaturo in povzroča nastajanje zelo majhnih delcev na osnovi saj. Te rezultate smo posredovali različnim institucijam, ki se ukvarjajo z urejanjem emisij iz avtomobilov, saj emisije niso omejene le na izpušne pline, ampak vključujejo tudi emisije, ki nastajajo pri procesih brez zgorevanja.

Jana: To je zapleteno vprašanje. Delci se lahko sproščajo, vendar jih z metodami, ki jih uporabljamo, ne moremo zajeti. Pogosto na to vplivajo te metode, saj lahko nekdo pogleda dimnik, ne vidi ničesar in reče, da se nič ne sprošča. Vendar nanometrični delci niso vidni s prostim očesom, zato moramo za njihovo opazovanje uporabiti druga orodja. To velja tudi za študije in analize različnih materialov z uporabo različnih metod. Občutljivost teh metod je treba prilagoditi tako, da je mogoče zaznati zelo majhne delce. To je sicer sporno, vendar je mogoče, da materiali, odporni proti obrabi, ne sproščajo tako velikih količin delcev. Vendar menim, da je povsem ničelna stopnja sproščanja zelo malo verjetna. To je odvisno od pogojev, v katerih je material izpostavljen obrabi, saj tu govorimo o obrabi. Če material samo visi na nekem mestu in je v stiku z zračnim tokom, je to drugačen položaj kot pri sklepnem vsadku, ki se pri vsakem koraku nenehno drgne ob drug trden del. To precej otežuje odgovor.

Jana: Res je, da so manjši delci lahko večja težava, vendar je to odvisno od njihove sestave in načina uporabe. Na primer, v farmakologiji je opazna težnja po odmiku od tradicionalnih zdravil k nanooblikam. To pomeni, da se ista učinkovina pretvori v nanoobliko, ki lahko na želen način spremeni stopnjo absorpcije ali obnašanje zdravila v telesu. V tem primeru manjši delci niso vedno problematični. Vendar pa je pri kremah za zaščito pred soncem verjetnost, da bodo manjši delci vstopili v telo, večja. Kljub temu ne bi bil pretirano zaskrbljen zaradi uporabe na koži. Seveda je razlika med nanašanjem kreme za sončenje na hrbet odraslega in na obraz majhnega otroka, kjer je celo debelina različnih plasti kože različna. K vsakemu primeru in uporabi je treba pristopiti individualno ter razpravljati o posebnih materialih in njihovi uporabi, ne pa posploševati.

Kar zadeva vplivov na vodne organizme, v našem primeru verjetno govorimo o sladkovodnih organizmih. Titanov dioksid je netopen, zato bo njegov učinek bolj posreden, na primer prek UV-sevanja, ki lahko povzroči nastanek reaktivnih kisikovih radikalov. Ti lahko zavirajo fiziološke funkcije nekaterih organizmov ali pa imajo v najslabšem primeru smrtne posledice (opomba avtorja: smrtne posledice so tiste, ki povzročijo smrt ali lahko povzročijo smrt). Pri cinkovem oksidu, ki je topen, se lahko sproščajo cinkovi ioni. Cink je nujno potreben in razmeroma neškodljiv za kopenske organizme in ljudi, vendar je strupen za vodne organizme. Zato k problemu ne moremo pristopiti le z antropocentričnega vidika, saj smo tudi ljudje del ekosistema in prehranjevalne verige. Pred kratkim sem prebrala študijo, ki je preučevala najpomembnejši organizem za ekosistem in izkazalo se je, da so to čebele kot opraševalke. Zato ne smemo razmišljati samo o sebi.

Jana: Pri uporabi nanodelcev v obliki pršil je bil uporabljen titanov dioksid v obliki anataza, pri čemer je pomembno razlikovati med različnimi oblikami, kot so anataz, rutil ali brookit, saj to vpliva na učinek. Po podatkih podjetja, ki je izvedlo aplikacijo, so bili ti nanodelci veliki približno 5 do 7 nanometrov, kar so zelo majhni delci. Cilj je bil doseči novo definicijo higienske čistoče in se boriti proti otroški obolevnosti, zlasti v obdobjih bolezni dihal. Obrnili smo se na mestni svet mesta Ostrava (KR), da se ne more spopasti z vse večjim številom takšnih ponudb, ki so prišle po ali med obdobjem COVID. Trdili so, da z neuporabo teh pršil ne varujemo zdravja otrok. Vendar tisti, ki so sprejeli odločitev, niso imeli dovolj informacij o obnašanju nanomaterialov in so bili prepričani, da bo to najboljše za otroke. Nato so pršila nanašali na mize, igrače in druge predmete v vrtcih v prepričanju, da bo to zmanjšalo obolevnost. Ta pristop se je izvajal v približno tridesetih vrtcih v Moravsko-šlezijski regiji, natančneje v Ostravi.

Vprašali smo se, kdo je to odobril in na kakšni podlagi. Tisti, ki so to odobrili, svoje odločitve niso mogli podpreti z argumenti. Pozvali smo, naj se te aplikacije ne uporabljajo v otroškem okolju, ker ne vemo, kakšen bo njihov učinek. Titanov dioksid je zelo stabilen in se ne razgradi, zato lahko domnevamo, da bi lahko imel negativne učinke, če bi prišel v telo. Izziv je bil, da dokažemo negativne učinke, kar je bilo težko. Naše prizadevanje je bilo preprečiti njihovo uporabo v okoljih z otroki, kar je bilo na koncu uspešno in aplikacija je bila izključena iz mestnih strategij. Poslano je bilo priporočilo, naj se pršila ne uporabljajo v okoljih z otroki. Razlika je v tem, ali se uporablja v domu za ostarele ali v vrtcu, saj je možnost, da bo otrok še naprej živel z nanodelci v telesu, veliko daljša kot pri uporabniku doma za ostarele. Prav tako smo morali dokazati, da lahko vplivajo na razvoj raka, kar je skrajni primer. O takšnih skrajnih primerih nam ni treba razpravljati, lahko pa razpravljamo o možnem vplivu na razvoj alergijskih reakcij, o katerih prav tako ne vemo ničesar. Kdo bo torej dokazal, ko se takšna reakcija pojavi pri otroku v osnovni ali srednji šoli, ko nanodelci po letih odlaganja v telesu nenadoma nekaj sprožijo?

Jana: Uporaba nanotehnologije v boju proti COVID-19 je upravičena, kot smo videli pri zavesah iz nanovlakenskih tkanin ali cepivih, ki vsebujejo lipidne nanodelce. Te aplikacije so smiselne. Manj logična pa se zdi uporaba pršil z nanodelci titanovega dioksida na mizah in sanitarnih prostorih za preprečevanje bolezni dihal. Bolezni dihal se običajno prenašajo po kapljevinah , tj. z vdihavanjem zraka, in ne s stikom z okuženimi površinami. Študija, objavljena v reviji Nature, navaja, da je verjetnost okužbe zaradi stika z okuženo površino le približno petodstotna. Nasprotno pa je verjetnost vdihavanja kužnih delcev, bodisi virusov bodisi bakterij, veliko večja. S tega vidika se zdi, da racionalna utemeljitev uporabe teh pršil za boj proti boleznim dihal manjka, motivacija za njihovo uporabo pa je morda drugačna od obravnave bolezni dihal.

Jana: Pri sproščanju nanodelcev iz obraznih mask gre verjetno bolj za delce nanovlaken kot za same nanodelce, razen če gre za nanovlakna z nanodelci, ki so naneseni na površini. Pomembno je razlikovati med obema vrstama. Za razliko od nanodelcev titanovega dioksida, ki smo jih obravnavali prej, so materiali, uporabljeni v obraznih maskah, običajno organskega izvora in so razgradljivi. To pomeni, da se lahko sčasoma razgradijo, za razliko od kovinskih spojin, ki so nerazgradljive. Tako gre v primeru obraznih mask, respiratorjev in nanovlaken za drugačen scenarij v primerjavi z nanodelci titanovega dioksida, predvsem zaradi njihove kemične sestave.

Med pandemijo COVID-19 so bile proizvedene ogromne količine zaščitne opreme za enkratno uporabo. Naša fakulteta preučuje metode za recikliranje nekaterih od teh materialov, kot so zaščitni ščitniki in drugi predmeti, in njihovo ponovno dajanje v promet, da bi zmanjšali količino odpadkov za enkratno uporabo. Cilj je preprečiti, da bi jih sežigali ali odlagali na odlagališčih. Čeprav je problem odpadkov za enkratno uporabo očiten, ne predvidevamo, da bi se iz teh materialov sproščale velike količine nanodelcev. Lahko se sproščajo delci nanovlaken, ki pa bi se morali sčasoma razgraditi.

Jana: Zaskrbljenost zaradi nanodelcev je upravičena in to bi lahko bila tema za cel semester predavanj. Ko si ogledamo različne scenarije in procese, pri katerih se nanodelci sproščajo v okolje in smo jim izpostavljeni, ugotovimo, da obstajajo nanodelci ali ultrafini delci, ki so del našega okolja že od nekdaj. Primer so saje, ki nastajajo pri gozdnih požarih, vulkanski dejavnosti ali katerem koli procesu izgorevanja. Naš organizem je nekako pripravljen na boj proti njim in ima določene obrambne mehanizme. Obstajajo pa tudi nanodelci, ki so povsem novi in se pojavljajo v povezavi z razvojem novih kemikalij in spojin za različne uporabe. Nanodelci na osnovi srebra na primer niso bili vedno del našega okolja. Če bi začeli množično uporabljati nogavice in tekstil z nanosrebrom, ki bi se postopoma sproščali v odpadne vode, bi to lahko sprožilo potrebo po novih tehnologijah za čiščenje odpadnih voda, saj običajne čistilne naprave morda ne bi mogle učinkovito ravnati z njimi. To je eden od številnih vidikov, ki jih je treba upoštevati.

Seveda obstajajo aplikacije nanomaterialov, ki so zelo koristne, na primer v medicini. Vendar je pomembno, da se razvoja in uporabe nanomaterialov lotevamo previdno in premišljeno, namesto da bi to področje v celoti prepustili trgu.

Primer tega je uporaba avtomobilov. Čeprav so avtomobilske nesreče pogoste, ljudje še vedno uporabljajo avtomobile, vendar se zavedajo pravil in varnostnih ukrepov, kot sta uporaba varnostnih pasov in upoštevanje prometnih predpisov. Pri nanomaterialih pa ni jasno opredeljenih pravil in priporočil za njihovo varno uporabo.

Zato morajo vladne institucije, kot sta ministrstvo za zdravje ali ministrstvo za okolje in druga ustrezna ministrstva, posredovati, da se določijo jasna pravila in priporočila za varno uporabo nanomaterialov. Takšna ureditev je potrebna za zmanjšanje tveganj, povezanih z uporabo nanotehnologij.

Jana: Kje lahko nanodelci pomagajo? Nedvomno v zdravstvu. Obstajajo tudi tako imenovane okoljske nanotehnologije, pri katerih se različni nanokatalizatorji in nanoabsorbenti uporabljajo za čiščenje zraka in vode ter za različna dekontaminacijska dela. Te aplikacije so vsekakor smiselne. Vendar pa še vedno obstaja tveganje, da lahko nekatere aplikacije povzročijo nenadzorovano sproščanje teh nanodelcev v okolje. Zato se ponovno srečamo z vprašanjem, pod kakšnimi pogoji je ravnanje z nanodelci varno.

Jana: Na koncu bi morda rada spodbudila, da nanodelcev in nanomaterialov ne bi presojali le z enega vidika. Ta kovanec ima dve strrani. Nekoč smo govorili o tveganjih, ki imajo lahko negativne učinke in niso videti preveč obetavna. Vendar pa obstaja tudi druga stran tega kovanca, in sicer koristi. Z uporabo nanomaterialov nam je uspelo rešiti razmere med pandemijo COVID, kar kaže, da imajo lahko ob previdnem ravnanju znaten pozitiven učinek. Nanomateriali lahko res pomagajo človeštvu, vendar jih ne smemo uporabljati nepremišljeno, zlasti ne pri otrocih, saj nas lahko pri njihovih učinkih čakajo neprijetna presenečenja.