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纳米安全 · 环境中的微型药品

ANDREA SIX / Empa

纳米医学正在取得进展。 但是,被用作药物载体的微小纳米颗粒可能会进入水,土壤和空气中。 Empa研究人员正在调查潜在风险。

显微镜下的银和铁纳米颗粒

微型花展:显微镜下的银和铁纳米颗粒。一朵“花”大约有100纳米大小。图片:L. Driencourt CSEM / M. Schönenberger 纳米成像实验室,SNI / 巴塞尔大学(University of Basel),彩色。

恐惧是个糟糕的顾问。在连环画《阿斯特里克斯》中,高卢酋长维塔斯蒂克斯可能担心天空会落到他的头上。然而,在现实世界中,风险评估应该头脑清醒。为了确保风险评估不是在情绪上进行的,而是导致适当的决定,科学家使用模型来分析物质或技术的潜在危害。Empa的研究人员目前正在调查一类由微小材料制成的相对较新物质的风险:使用纳米材料制成的药物。众所周知,传统药物在服用或摄入后会释放到环境中。例如,在动物界,激素类物质会导致鸟蛋薄壳、鱼类生育障碍和水獭数量下降。

小颗粒,大任务

纳米金

纳米金:前景中的微小金颗粒直径约为10纳米。图片:D.Keller / Empa,扫描透射电子显微镜,彩色。

另一方面,纳米医学已经报告了新药物的有希望的结果。有了纳米钻石,医生们正在克服血脑屏障,而有了纳米金,他们正在对抗癌症。对于微小的粒子来说,没有什么任务显得太大了。这种纳米材料一旦被释放到环境中,人们对其风险知之甚少。

由圣加伦“科技与社会”实验室Bernd Nowack领导的Empa研究人员目前正在计算这些纳米药物的风险。除其他活动外,该小组还参与了国际研究和创新项目“BIORIMA”。该跨学科项目为人类和环境开发纳米生物材料的风险管理,并由欧盟研究和创新资助计划“地平线2020”资助。

体内宿命

风险分析基本上是潜在危险和暴露的函数。换言之,一种没有人接触过的高度危险物质和一种你经常接触的无害物质所带来的风险一样小。为了准确地描绘出新物质的风险,研究人员首先确定一种物质不再具有任何有害影响的阈值,以及释放到环境中的预期量。这些数据不容易掌握,因为首先必须确定药物在体内的命运,以及它进入废水处理厂和从那里进入河流和湖泊,进而进入生物圈的路线。一旦释放到环境中,聚合物通过生物或物理化学分解成更小的组分而改变。除了药理学研究外,研究人员还使用物质流动分析和数学环境模型。”对于大多数纳米生物材料来说,目前还没有可靠的估算出被释放的粒子数量。必须千方百计弥合这些知识差距。

纳米金没有问题

不久前,诺瓦克和他的团队评估了环境中金纳米颗粒的风险,填补了第一个空白。”目前,可以假设金纳米粒子在医学应用中不会引起任何问题,”研究人员说。在他们的新研究中,诺瓦克的团队分析了其他医学纳米材料。粒径在1到100纳米之间的粒子很有趣,因为它们相对容易产生,可以用于医学成像、抗菌涂层或药物释放。

一些常用的纳米材料现在可以在现有数据的基础上进行首次研究。其中包括,例如,纳米壳聚糖,一种天然多糖的衍生物,存在于甲壳类动物的外壳中,支持伤口愈合。其他正在研究的物质有聚丙烯腈(PAN),简称PAN,用于抗菌治疗,以及羟基磷灰石(HAP),一种天然矿物,用于药物释放或骨组织再生。

分析表明,传统壳聚糖对水生微生物的毒性大于纳米壳聚糖。因此,这种纳米聚合物的危害性明显低于释放到环境中的常规药物,如抗生素或止痛药。第二种纳米聚合物PAN和矿物HAP的性能甚至更好。”这些物质在水中几乎无毒,”诺瓦克说。

然而,由于银纳米粒子具有抗菌作用,其在医学上的应用情况却有所不同。在生物圈中,无机纳米材料对微生物具有同样的毒性作用,对生态系统的平衡至关重要。

巨大的表面

诺瓦克说:“可以假设,许多纳米材料的生物、化学和物理性质可能与其他药物有很大不同。”。其中一个原因是粒子的数量和比表面积非常大。必须指出,目前有可能评估某些物质的环境危害。然而,为了进行全面的风险分析,有必要首先确定动植物以及最终人类与这些纳米材料接触的程度。Empa团队目前正在为相对较新的纳米材料类别研究这些暴露数据,作为“BIORIMA”项目的一部分。

他们获得的数据也用于开发新的医疗产品。Empa研究人员Claudia Som提到了“按设计安全”的方法:“我们已经为中小企业制定了指导方针,允许在昂贵的开发过程中尽早对风险纳米生物材料进行分类,”研究人员解释说。因此,Empa的风险分析支持了纳米医学领域的可持续创新。

原文链接:https://www.empa.ch/web/s604/nanosafety

声明:本文由 Cpolymer 编译,中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。

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