Въздействие на наночастиците върху човека и околната среда: обобщен преглед на текущата литература
03.06.2023, BMC Public Health, превод на най-важното, Англ ПиДиЕф
Ключови думи: наночастици, нанотръби, нанотоксичност, нанобезопасност,
нано-частици, нано-тръби, нано-токсичност, нано-безопасност
Резюме
Използването на наночастици има установени ползи в широк спектър от приложения, но ефектите от излагането на наночастици върху здравето и рисковете за околната среда, свързани с производството и използването на наночастици, са по-малко установени. Настоящото проучване се справя с тази празнина в знанията, като изследва, чрез преглед на обхвата на текущата литература, ефектите на наночастиците върху човешкото здраве и околната среда. Търсихме в съответните бази данни, включително Medline, Web of Science, ScienceDirect, Scopus, CINAHL, Embase и SAGE списания, както и Google, Google Scholar и сива литература от юни 2021 г. до юли 2021 г. След премахване на дублирани статии, заглавието и резюметата от 1495 статии бяха първо прегледани, последвани от пълните текстове на 249 проучвания, което доведе до включването на 117 проучвания в представения преглед.
В този принос заключаваме, че докато наночастиците предлагат различни предимства в редица приложения, те представляват значителна заплаха за хората и околната среда. Използвайки няколко биологични модела и биомаркери, включените проучвания разкриха токсичните ефекти на наночастиците (главно цинков оксид, силициев диоксид, титанов диоксид, сребро и въглеродни нанотръби), включително клетъчна смърт, производство на оксидативен стрес, увреждане на ДНК, апоптоза и индукция на възпалителни реакции. Повечето от включените проучвания (65,81%) изследват наночастици на неорганична основа. По отношение на биомаркерите, повечето проучвания (76,9%) използват обезсмъртени клетъчни линии, докато 18,8% използват първични клетки като биомаркер за оценка на ефекта на наночастиците върху човешкото здраве. Биомаркерите, използвани за оценка на въздействието на наночастиците върху околната среда, включват почвени проби и семена от соя, ларви на риба зебра, риба и новородени Daphnia magna.
От проучванията, включени в тази работа, Съединените щати регистрират най-голям брой публикации (n = 30, 25,64%), следвани от Китай, Индия и Саудитска Арабия, регистриращи същия брой публикации (n = 8 всяка), с 95,75% от проучванията, публикувани от 2009 г. По-голямата част от включените проучвания (93,16%) оценяват въздействието на наночастиците върху човешкото здраве, а 95,7% използват експериментален дизайн на изследване. Това показва, че съществува ясна празнина в изследването на въздействието на наночастиците върху околната среда.
Акценти
• Въпреки че наночастиците са полезни в редица приложения, те представляват значителна заплаха за хората и околната среда.
• Увековечените клетъчни линии се използват най-вече като биомаркери за оценка на ефекта на наночастиците върху човешкото здраве.
• Биомаркери като почвени проби и ларви на рибата зебра се използват за изследване на въздействието на наночастиците върху околната среда.
• Тази работа разкри токсичните ефекти на наночастиците, включително производството на оксидативен стрес, увреждане на ДНК, апоптоза, клетъчна смърт и индуциране на възпалителни реакции.
Въведение
Важност и значение
Наночастиците са малки частици с размер от 1 до 100 nm (nm) [1]. Те се използват в широк спектър от приложения и могат да бъдат групирани в четири типа: 1) наночастици на неорганична основа, 2) наночастици на въглеродна основа, 3) органични/полимерни наночастици и 4) наночастици на композитна основа [2]. Наночастиците на неорганична основа са съставени от различни метали и метални оксиди. Примерите за неорганични наночастици на основата на метал включват алуминий, сребро, злато, цинк, олово, желязо, кадмий и мед, докато примерите за неорганични наночастици на основата на метален оксид включват алуминиев оксид, меден оксид, железен оксид, силициев диоксид, цинков оксид, титан оксид и магнезиев алуминиев оксид. Въглеродните наночастици включват фулерен, графен, много- и едностенни въглеродни нанотръби, сажди и въглеродни влакна. Наночастиците на органична основа са получени от органични материали без въглерод, например липозоми, дендримери, циклодекстрин и мицели, докато композитните наночастици са направени от комбинации на основата на метален оксид, на основата на метал, на основата на органични вещества и/или въглеродно базирани наночастици.
През последните години наночастиците привличат все по-голямо внимание поради употребата им в потребителски продукти, медицина, почва и водна среда. Например, наночастиците са използвани за текстил [3], обработка на вода [4], възстановяване на околната среда [5,6,7], терапия на рак [8], радиология [9] и козметика [10]. Това нарастващо внимание и широкото използване на наночастици се дължи на специфични нови характеристики, проявени от такива частици, което е резултат от техния малък размер и голяма повърхност [11]. Тези уникални качества, макар и полезни, крият определени рискове за живите организми.
Вредното въздействие на наночастиците
Малките размери на наночастиците им дават способността да проникват през физиологичните бариери на живите организми, причинявайки вредни биологични реакции. Известно е, че наночастиците навлизат в човешкото тяло през белия дроб, чревния тракт или кожата и могат да бъдат токсични за мозъка, да причинят възпаление на белите дробове и сърдечни проблеми [12]. Всъщност е установено, че някои наночастици причиняват трайно увреждане на клетките чрез нараняване на органи и оксидативен стрес, поради техния размер и състав. В проучване на Magrez et al. [13] за оценка на токсичния ефект на базираните на въглерод наночастици върху раковите клетки на белия дроб, авторите докладват констатации, които предполагат, че наночастиците на въглеродна основа причиняват зависима от размера цитотоксичност. Предполага се, че нивото на токсичност на наночастиците зависи от фактори като състав на наночастиците, размер, повърхностна функционалност, кристалност и агрегация [14]. Освен това токсичността на дадена наночастица в даден индивид зависи от генетичния състав на този индивид, който се определя от способността на индивида да се адаптира и да реагира на токсични вещества.
Пропуските на предишни проучвания
Има нарастващи опасения относно токсикологичните ефекти на наночастиците и честото излагане на наночастици се счита за заплаха за общественото здраве [15]. Въпреки че има обширни доказателства за ползите от наночастиците, както и за потенциалните рискове за здравето и околната среда, свързани с тяхното производство и употреба, сегашното разбиране за въздействието на излагането на наночастици върху човешкото здраве и околната среда е ограничено. Настоящият преглед се стреми да изследва, чрез преглед на обхвата на текущата литература, ефектите на наночастиците върху човешкото здраве и околната среда. Този преглед е уникален, тъй като възприема систематичен подход за изследване на текущата литература относно рисковете за здравето, породени от производството, разпространението и употребата на наночастици. Публикуваните проучвания в тази област използват главно подход за наративен литературен преглед [2, 16, 17].
Обективни и изследователски въпроси
Целта на този преглед е да картографира разпределението на текущата литература за въздействието на нанотоксичността върху човека и околната среда. По-конкретно, този преглед на обхвата ще се ръководи от следните изследователски въпроси:
1. Какво е относителното разпределение на настоящата литература относно въздействието на нанотоксичността върху човека и околната среда?
2. Кои пътища на експозиция и наночастици са изследвани и кои не?
3. Какви биомаркери са използвани при оценката на въздействието върху хората и околната среда от излагането на наночастици?
…
Изводи
Този преглед предоставя обширен синтез на текущата литература за ефектите на наночастиците върху човешкото здраве и околната среда. Прегледът показа, че докато наночастиците са полезни в редица приложения, те представляват значителна заплаха за хората и околната среда. Чрез използването на няколко биологични модела и биомаркери (напр. човешки бронхиални епителни клетки (Beas-2), почвени проби и семена от соя), включените проучвания разкриват токсичните ефекти на наночастиците, като най-изследваните наночастици са цинков оксид, MWCNT, титанов диоксид, цериев оксид, SWCNTs, железен оксид и силициев диоксид. Основните въздействия на наночастиците върху здравето, идентифицирани в този преглед, са намалена клетъчна жизнеспособност, клетъчна смърт, генериране на реактивни кислородни видове, производство на оксидативен стрес (зависим от дозата), увреждане на ДНК, апоптоза и индукция на възпалителни реакции.
Този преглед разкри значителна празнина в научната литература по отношение на въздействието върху околната среда на наночастиците от всички видове. Бъдещите проучвания трябва да бъдат насочени към изследване на въздействието на различните видове наночастици върху водната, сухоземната и почвената среда. Констатациите от този преглед също показват ограничени данни относно относителната ефективност на обезсмъртени клетъчни линии и първични клетки като биомаркери в проучвания за нанобезопасност. Бъдещите изследвания трябва да се съсредоточат върху оценката на ефективността на тези два вида клетки, за да се определи клетката, която може да се използва като надежден биомаркер за проучвания за нанобезопасност. Съществува също необходимост от бъдещи проучвания в тази област, които да се съсредоточат върху изследването на токсичните ефекти на наночастиците от платина, злато, магнезиев оксид, молибденов триоксид, волфрамов триоксид и сажди, тъй като констатациите от този преглед показват, че тези наночастици са най-слабо проучени. Констатациите от този преглед ще бъдат полезни за политиците и заинтересованите страни при оценката на потенциалните ефекти от наночастиците.
…
