Små lægemidler i miljøet

Frygt er en dårlig rådgiver. I tegneserieserien "Asterix, " den galliske høvding Vitalstatistix kan være bange for, at himlen kan falde ned på hans hoved. I den virkelige verden, imidlertid, risici bør vurderes med et klart sind. For at sikre, at risikovurderinger ikke udføres følelsesmæssigt, men fører til passende beslutninger, videnskabsmænd bruger modeller til at analysere farepotentialet ved stoffer eller teknologier. Empa-forskere undersøger i øjeblikket risiciene ved en relativt ny klasse af stoffer fremstillet af bittesmå materialer:lægemidler fremstillet ved hjælp af nanomaterialer. Det er allerede kendt, at konventionelle lægemidler kan frigives til miljøet efter indgivelse eller indtagelse. I dyrenes verden, for eksempel, hormonlignende stoffer kan føre til tyndskallede fugleæg, fertilitetsforstyrrelser hos fisk og bestandsfald hos oddere.

Små partikler, store opgaver

Nanomedicin, på den anden side, rapporterer allerede lovende resultater med nye lægemidler. Med nano-diamanter, læger overvinder blod-hjerne-barrieren, og med guld nanopartikler bekæmper de kræft. Ingen opgave virker for stor til de små partikler. Man ved kun lidt om risiciene ved denne type nanomateriale, så snart de frigives i miljøet.

Empa-forskere ledet af Bernd Nowack fra "Technology &Society"-laboratoriet i St. Gallen er i øjeblikket ved at beregne risiciene ved disse nanomedicin. Blandt andre aktiviteter, holdet er involveret i det internationale forsknings- og innovationsprojekt "BIORIMA." Det tværfaglige projekt udvikler risikostyring af nanobiomaterialer for mennesker og miljø og er finansieret af "Horizon2020, "EU's forsknings- og innovationsprogram.

Skæbnen i kroppen

Risikoanalyser er grundlæggende en funktion af farepotentiale og eksponering. Med andre ord, et meget farligt stof, som ingen nogensinde bliver udsat for, udgør lige så lille risiko som et ufarligt stof, man kommer i konstant kontakt med. For præcist at kortlægge risiciene ved nye stoffer, forskere bestemmer først tærskelværdien, hvor et stof ikke længere har nogen skadelig virkning, samt den forventede mængde, der frigives til miljøet. Disse data er ikke nemme at få fat i, da lægemidlets skæbne i kroppen og dets vej til spildevandsrensningsanlægget og derfra ind i floder og søer – og dermed ud i biosfæren – først skal fastslås.

Når først de er frigivet til miljøet, polymerer ændres ved biologisk eller fysisk-kemisk nedbrydning til mindre komponenter. Ud over farmakologiske undersøgelser, forskerne anvender analyser af materialestrømme og matematiske miljømodeller. "For de fleste nanobiomaterialer, der er ingen pålidelige skøn over mængden af ​​partikler, der frigives, " siger Nowack. Disse huller i viden skal med alle midler lukkes.

Ingen problemer med nano-guld

Nowack lukkede de første huller for noget tid siden, da han og hans team vurderede risikoen for guldnanopartikler i miljøet. "I øjeblikket, det kan antages, at guldnanopartikler ikke forårsager problemer, når de bruges i medicinske applikationer, " siger forskeren. I deres nye undersøgelse, Nowacks team analyserede andre medicinske nanomaterialer. Partikler mellem 1 og 100 nanometer i størrelse er interessante, fordi de er relativt nemme at fremstille og kan bruges, for eksempel, til medicinsk billeddannelse, antimikrobielle belægninger eller frigivelse af lægemidler.

Nogle hyppigt anvendte nanomaterialer kunne nu undersøges for første gang på baggrund af tilgængelige data. Disse omfatter, for eksempel, nano-chitosan, et derivat af et naturligt forekommende polysaccharid, som findes i skallen på krebsdyr og understøtter sårheling. Andre stoffer under undersøgelse var polyacrylonitril, PAN for kort, som bruges i antibakteriel terapi, og hydroxyapatit (HAP), et naturligt mineral, der bruges i forbindelse med frigivelse af lægemidler eller regenerering af knoglevæv.

Analyserne viste, at chitosan i sin konventionelle form er mere giftig for vandlevende mikroorganismer end i sin nanoform. Nanopolymeren var således væsentligt mindre skadelig end konventionelle lægemidler, der frigives til miljøet, såsom antibiotika eller smertestillende medicin. Den anden nanopolymer, PANDE, samt mineralet HAP klarede sig endnu bedre. "Disse stoffer er næsten ikke-giftige i vand, " siger Nowack.

Imidlertid, situationen er anderledes for sølv nanopartikler, som bruges i medicin for deres antibakterielle virkning. I biosfæren, det uorganiske nanomateriale udøver den samme toksiske effekt på mikroorganismer, som er vigtige for balancen i et økosystem.

Kæmpe overflade

"Det kan antages, at den biologiske, kemiske og fysiske egenskaber af mange nanomaterialer kan afvige væsentligt fra andre lægemidlers, " siger Nowack. En af årsagerne til dette er det ekstraordinært høje antal partikler og deres meget større overfladeareal. Det er vigtigt at bemærke, at det i øjeblikket er muligt at vurdere miljøfaren ved visse stoffer. For fuldstændige risikoanalyser, imidlertid, det er nødvendigt først at fastslå omfanget, hvortil flora og fauna – og i sidste ende mennesker – kommer i kontakt med disse nanomaterialer. Empa-teamet arbejder i øjeblikket på disse eksponeringsdata for den relativt nye klasse af nanomaterialer som en del af "BIORIMA"-projektet.

De data, de får, bruges også i processen med at udvikle nye medicinske produkter. Empa-forsker Claudia Som henviser til "safe by design"-tilgangen:"Vi har udviklet retningslinjer for SMV'er, der gør det muligt at sortere risikable nanobiomaterialer fra tidligt i den kostbare udviklingsproces, " forklarer forskeren. Empas risikoanalyser understøtter således bæredygtig innovation inden for nanomedicin.