Nano-partiklars effekter på humana lungceller utveckling av ett integrerat system med partikelgenerering och celler. Slutrapport 2007-12-21

Relevanta dokument
Nanopartiklar - från Hornsgatan till solkrämer Hanna Karlsson

PAH i Stockholm Källor och effekter

Trafikverket har också publicerat en rapport som behandlar frågeställningen; Dubbdäck- regler och erfarenheter från utlandet.

Partiklar och Hälsa. Länsluftsdagen Jönköping, , Helen Karlsson Med Dr Miljökemist

Luften i Sundsvall Miljökontoret

NANOTOXIKOLOGI: OM MÖJLIGA HÄLSORISKER MED NANOMATERIAL

Partikelburna organiska luftföroreningar från förbränning och trafik förekomst identifiering prevention,

Luftföroreningar i de Värmländska tätorterna

Luften i Sundsvall 2011

Inandningsbara partiklar i järnvägsmiljö - kartläggningsstudie Mats Gustafsson, Göran Blomqvist, Anders Gudmundsson, Andreas Dahl.

Vinterdäckseminarium, Göteborg 14/

Luftföroreningar i tätorter är ett hälsoproblem. De orsakar en ökad

Korroterm AB. Översiktlig studie av miljöpåverkan vid jämförelse mellan att byta ut eller renovera en belysningsstolpe. Envima AB.

Partikelutsläpp och hälsa

Luften i Sundsvall 2014 Mätstation för luftkvalité i centrala Sundsvall.

Submikrona partiklar Gunnar Omstedt, SMHI

Inducerar exponering av friska försökspersoner i tunnelbanemiljö akuta luftvägseffekter?

Luften i Sundsvall 2012

Inverkan av förbränningsbetingelser på emitterade vedpartiklar

Nanopartiklar i luften du andas

luftburna nanopartiklar Anders Gudmundsson Ergonomi och aerosolteknologi Lunds tekniska högskola

Camfil Farr svepelektronmikroskop. Camfil Farr clean air solutions

Luftföroreningar i tunnlar

Partikelhalten i våra städer når kostsamma nivåer: biogasens hälsoaspekter överlägsna?

Partiklar i inomhusmiljön - en litteraturgenomgång. Claes-Gunnar Ericsson, Greta Smedje, Gunilla Wieslander

Partikelemissioner från Sjöfart

Hur ser vår luftkvalitet ut? - UTOMHUSLUFTEN

SvD: Luften inomhus lika farlig som luften utomhus. Stockholms Universitet, inst. för Tillämpad Miljövetenskap

Hälsoeffekter av luftföroreningar

Luften i Sundsvall 2010

LUFT, VATTEN, MARK, SYROR OCH BASER

Miljökontoret. Luften i Sundsvall 2017

R 1 Explosivt i torrt tillstånd Explosive when dry. R 5 Explosivt vid uppvärmning Heating may cause an explosion. R 7 Kan orsaka brand May cause fire

Luftföroreningar och hälsoeffekter? Lars Modig Doktorand, Yrkes- och miljömedicin Umeå universitet

Effekter av dagens o morgondagens fordonsutsläpp på befolkningens exponering för gaser och partiklar

Stadsluftens hälsoeffekter - vilken roll spelar kvävedioxid respektive partiklar Slutsatser från REVIHAAP

Bertil Forsberg, Kadri Meister Yrkes- och miljömedicin, Umeå universitet Christer Johansson, Slb/ITM

Luftkvalitet och människors hälsa

RENARE LUFT MED ECO- DRIVING I BRASKAMINEN

BASF Coatings Safety Week. Andning

Lite damm är väl inte så farligt? Var och när dammar det?

Arbetsmiljö. Skyddsutrustning förr. Statens kriminaltekniska laboratorium - SKL Sign/Enhet 1

RENARE LUFT MED ECO- DRIVING I BRASKAMINEN

Presentation 3: Utgör nanomaterial en risk för arbetstagarnas hälsa och säkerhet?

Viktigt att minska utsläppen

Hälsoeffekter från vedeldning

Primära partikelkällor

Arbets- och miljömedicin vid Norrlands

Terminsplanering i Kemi för 7P4 HT 2012

Vedeldning. Hänsyn och ansvar. Information Miljö & Teknik

KROPPEN Kunskapskrav:

Energiförsörjningen och människans hälsa. Riskbedömningar under osäkerhet.

Medborgarundersökning hösten 2009 Miljökontorets tilläggsfrågor

Matlagning på traditionell vedspis

FoU för säkert dricksvatten så detekteras kemiska hälsorisker Karin Wiberg

Kan vi åtgärda utsläpp av koldioxid och luftföroreningar samtidigt?

En artikel från - varuhus för en naturlig & hälsosam livsstil

In vitro tester vilken syn har myndigheter på dem? 4 maj 2007

Svara på följande frågor som träning inför kemiprovet om gaser, luft och vatten.

Hälsoeffekter av luftföroreningar Hur påverkar partiklar i stadsluften befolkningen?

Verkliga utsläpp från fartyg

Volontärutbildning. Modul 1: Introduktion / Motivation

Information om luftmätningar i Sunne

Åtgärdsprogram för att klara miljökvalitetsnormerna för kvävedioxid och PM10 i Stockholms län remiss från kommunstyrelsen

Metallåtervinning från avfallsaska

Vägtrafikens och sjöfartens emissioner. Erik Fridell

1. NAMN PÅ ÄMNET/PREPARATET OCH BOLAGET/FÖRETAGET

I Konsekvenser av luftföroreningar i Europa. Bertil Forsberg, Yrkes- och miljömedicin, Umeå universitet

Att mäta luftkvalitet Christer Johansson

ÄR DET FARLIGT ATT VALLA SKIDOR? Helena Nilsson MTM Forskningscentrum Örebro universitet

HÄLSOEFFEKTER AV LUFTFÖRO- RENINGAR

Hormonstörande ämnen - barnen i fara? Annika Hanberg, professor i toxikologi

Partiklar i inomhusluft

SafeDrink - Bättre kontroll av hälsofarliga kemiska föroreningar i dricksvatten Prof. Karin Wiberg

Trådlös teknik skadar alla, men barnen mest!

Partiklar i Stockholmsluften

MILJÖ- CHEFS- NÄTVERK SKL

Arbets- och miljömedicin Lund

Kronobergs Miljö. - Din framtid!

E 4 Förbifart Stockholm

Vedeldning exponering och hälsoeffekter

På väg mot friskare luft i Skåne? LUNDS UNIVERSITET

Hur påverkas inomhusluftens föroreningsinnehåll av uteluftens kvalitet? Ventilation och filtrering

Luften i Lund: Rapport för sommarhalvåret 2008 Dnr

Information om luftmätningar i Sunne

Lignin i pulverpannor

STOCKHOLMS OCH UPPSALA LÄNS LUFTVÅRDSFÖRBUND

En sammanställning av luftmätningar genomförda i Habo och Mullsjö kommuner under åren Malin Persson

MILJÖMÅL: FRISK LUFT. Stiftelsen Håll Sverige Rent E-post: Telefon: Webbplats:

Luftens skurkar luftföroreningar som påverkar oss

Kan man förlita sig på koppar som korrosionsbarriär?

Luftmätningar i Ystads kommun 2012

Godkänt dokument - Monika Rudenska, Stadsbyggnadskontoret Stockholm, , Dnr

EN LITEN HANDBOK OM INOMHUSLUFT FÖR ELITIDROTTARE. Inomhusluftkvalitet IAQ Indoor Air Quality

Målet med undervisningen är att eleverna ska ges förutsättningar att:

Bakgrund och syfte Material och metoder

Luftkvaliteten vid utbyggnad av fastigheten Rickomberga 29:1

MEMBRANTEKNIK FÖR URAN OCH RADIOAKTIVT VATTEN

Objektiv skattning av luftkvalitet för Nordanstigs kommun

En bild säger mer än tusen ord?

Transkript:

Nano-partiklars effekter på humana lungceller utveckling av ett integrerat system med partikelgenerering och celler. Slutrapport 2007-12-21 Bakgrund Under det senaste decenniet har många studier visat på hälsoeffekter vid exponering för luftburna partiklar vid halter normalt förekommande i städer. Hälsoeffekterna är både påtagliga på kort sikt, exempelvis i form av ökad användning av läkemedel för astmatiker och ökat antal sjukhusinläggningar på grund av lungsjukdom under dagar med förhöjda partikelhalter, men visar sig också på längre sikt i form av ökad dödlighet i cancer samt hjärt- och kärlsjukdomar. De största partikelkällorna i Sverige är trafik och småskalig vedeldning. Under senare år har pannor för förbränning av ved och pellets utvecklats som ger betydligt lägre utsläpp av partiklar och flyktiga luftföroreningar. Vi har dock i en nyligen utförd studie visat att partiklar från förbränning av pellets skadar arvsmassan i odlade lungceller lika mycket som partiklar insamlade vid förbrännig av ved i en gammal icke miljögodkänd panna (1). I en annan studie visade vi att partiklar från tunnelbanan (vilka har ett högt järninnehåll) var betydligt mer skadliga för odlade lungceller än partiklar från Hornsgatan (2). För att ytterligare kunna utveckla pannor och bränslen krävs mer kunskap om vilka partiklar som är farligast för hälsan då partiklar uppvisar stora skillnader i toxicitet och DNA-skador. Under de senare åren har de allra minsta partiklarna, så kallade ultrafina partiklar eller nanopartiklar satts i allt mer fokus eftersom man misstänker att de är extra farliga för människors hälsa. För att undersöka dessa partiklar utan att behöva exponera djur eller människor krävs nya typer av testsystem. Den vanligast förekommande metodiken för att undersöka hur celler påverkas av partiklar är genom att; 1) samla in partiklar på filter 2) extrahera partiklarna med något lösningsmedel 3) blanda partiklarna med cellmedium 4) utsätta odlade lungceller för medium-partikelblandningen. Det finns dock en uppenbar risk för att de ultrafina partiklarna dels inte kan extraheras effektivt från filtret och dels kan förändras exempelvis med avseende på storlek innan cellerna exponeras. Ett annat problem är risken att man lösgör filtermaterial vid extraktion av partiklarna. För att på ett bättre sätt studera partiklars effekter på lungceller krävs att partiklar genereras och direkt leds till cellerna utan att blandas med cellmedium. Metodik Vi utvecklar och testar ett system där nanopartiklar genereras varefter celler direkt exponeras för dessa. Nanopartiklar genereras genom två olika metoder: i) Kommersiellt tillgängligt där nanopulver av metalloxider görs lufburna med hjälp av en rotationsborstegenerator (RBG). ii) Metaller förångas i en ugn kopplad till CULTEX-systemet. Partiklarna leds först till en SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer) för karaktärisering och sedan till ett så kallat CULTEX-system (Vitrocell, http://www.vitrocell.com) som nyligen utvecklats för att möjliggöra exponering för

exempelvis gaser och partiklar (3). En schematisk beskrivning av experimentuppställningen visas i figur 1. Partikelgenerering Karaktärisering av Partiklarna (SMPS) Cellexponering CULTEX Flödeskontroll Vakumpump Vattenbad 37 C Figur 1. Schematisk beskrivning av experimentuppställningen CULTEX-systemets princip är att lungceller odlas på ett membran ( transwells ) som innebär att cellerna får näring från ett cellmedium under membranet, medan det ovan cellerna enbart finns en exponeringsaerosol (en blandning av luft och partiklar) (se figur 2). Hela systemet värms med ett vattenbad (37 C). Genom detta system Figur 2. Schematisk beskrivning av principen för cellexponering med hjälp av CULTEXsystemet. Celler odlas på en membran ( transwell ) med cellmedium under membranet och med ett flöde av luft/partiklar ovanifrån, vilket hindrar partiklarna från att interagera med cellmediet.

exponeras cellerna i gränsen mellan luft och vätska för direktgenererade partiklar. Jämfört med den traditionella metodiken för att studera partiklars effekter på lungceller är detta system betydligt mer likt en verklig exponeringssituation. Utveckling och utvärdering av CULTEX-systemet CULTEX-systemet är en ny metodik uppsatt på Institutionen för Biovetenskaper och Näringslära på Karolinska Institutet med hjälp av ett anslag från Ångpanneföreningen. Systemet är i funktion och optimeras fn för nano-partiklar. 1. Vid cellexponering av kommersiellt tillgängligt nanopulver av järnoxid eller kopparoxid, som gjorts luftburna med hjälp av en rotationsborstegenerator (RBG), inducerades inte signifikant mer DNA-skador av partiklar än av luft, mätt med metoden Comet assay (se figur 3). Vidare inducerades inte heller celldöd i en högre utsträckning efter exponering varken av järnoxid eller kopparoxid jämfört med kontroller, mätt med infärgning av trypanblått (se figur 4). Figur 3. DNA-skada i odlade lungceller mätt med metoden Comet assay. Cellerna har exponerats för luft (kontroll), Fe 2 O 3 (järnoxid) och CuO (kopparoxid) i ett CULTEX-system. De odlade lungcellerna dog i större utsträckning i CULTEX-systemet jämfört med celler odlade i ett konventionellt cellskåp. För att åtgärda detta problem har gassammansättningen i kontrollen optimerats. Vidare har buffertkapaciteten i cellmediet optimerats. Avsaknaden av signifikant ökning av DNA-skador efter exponering av metalloxider tros bero på en låg nivå av partikeldeponering på cellerna

Figur 4. Celldöd i odlade lungceller mätt med infärgning med trypanblått. Cellerna har exponerats för luft (kontroll), Fe 2 O 3 (järnoxid) och CuO (kopparoxid) i ett CULTEX-system. Cellerna har analyserats direkt efter samt två timmar efter exponering. vid exponeringen. För att partiklarna ska ha möjlighet att deponera på cellerna istället för att flöda förbi används nu ett pulserande (jmf med andning) partikelflöde vilket har visats ge en högre partikeldeponering analyserat med transmissionselektronmikroskop (TEM). 2. Koppar (i form av en kopparaerosol genererad i ugnen kopplad till CULTEXsystemet) orsakar mer DNA-skador än kontrollen (en blandning av kvävgas, syre och koldioxid) vid användning av pulserande flöde (se figur 5). Framtida applikationer Genom detta system kommer nanopartiklar att kunna testas avseende deras giftighet (toxicitet). Exempelvis kan frågor angående hur toxiciteten påverkas av den kemiska sammansättningen hos partiklarna utredas. Vidare är det möjligt att välja ut olika storleksfraktioner för att testa om/hur toxiciteten beror på storleken på partiklarna. Med hjälp av sådana resultat finns större möjligheter för industrin att tillverka bättre pannor, partikelfilter etcetera. Med hjälp av detta system kan djurförsök undvikas.

Figur 5. DNA-skada i odlade lungceller mätt med metoden Comet assay. Cellerna har exponerats för en kopparaerosol respektive en gasblandning (kontroll), i ett CULTEX-system. **, signifikant med ett p-värde <0.01.

Referenser 1. Hanna L. Karlsson, Lennart Nilsson och Lennart Möller. Subway particles are more genotoxic than street particles and induce oxidative stress in cultured human lung cells. Chem Res Toxicol. 2005 Jan;18(1):19-23. 2. Hanna L. Karlsson, Anders G. Ljungman, John Lindbom och Lennart Möller. Comparison of genotoxic and inflammatory effects of particles generated by wood combustion, a road simulator and collected from street and subway. Toxicol Lett. 2006 Sep 10;165(3):203-11. 3. Knebel JW, Ritter D, Aufderheide M. Exposure of human lung cells to native diesel motor exhaust - development of an optimized in vitro test strategy. Toxicol In Vitro. 2002 Apr;16(2):185-92. Dr-avhandling där Ångpanneföreningen finns med i "acknowledgements" Particularly harmful particles? - A study of airborne particles with a focus on genotoxicity and oxidative stress av Hanna Karlsson (handledare Prof L Möller) Institutionen för biovetenskaper och näringslära, Karolinska Institutet, 2006. http://diss.kib.ki.se/2006/91-7140-972-6/ Vetenskapliga artiklar där Ångpanneföreningen har varit medfinasiärer och finns med i "acknowledgements" Hanna L. Karlsson, Åsa Holgersson and Lennart Möller (2007). Mechanisms related to the genotoxicity of particles in the subway and from other sources. Chem Res Toxicol, In Press. Hanna L. Karlsson, Pontus Cronholm, Johanna Gustafsson and Lennart Möller (2007). Copper oxide nanoparticles are highly toxic in vitro a comparison between different nanoparticles. Submitted Johanna Gustafsson, Hanna L. Karlsson, Pontus Cronholm and Lennart Möller (2007). The importance of particle size on the toxicity of nano and micrometer sized metal oxide particles. Final manuscript, submission in January 2008. L. Möller (Prof), H. Karlsson (Dr) C. Johansson (Doktorand) och P. Cronholm (Doktorand) Karolinska Institutet, Inst för Biovetenskaper, Novum, SE 141 57 Huddinge, Stockholm lennart.moller@ki.se 08-608 91 89, 08-608 33 26