Rädsla är en dålig rådgivare. I serietidningsserien "Asterix, "Galliens chef Vitalstatistix kan vara rädd för att himlen kan falla på hans huvud. I den verkliga världen, dock, risker bör bedömas med ett klart sinne. För att säkerställa att riskbedömningar inte utförs känslomässigt utan leder till lämpliga beslut, forskare använder modeller för att analysera riskpotentialen för ämnen eller tekniker. Empa -forskare undersöker för närvarande riskerna med en relativt ny klass av ämnen tillverkade av små material:läkemedel som tillverkas med nanomaterial. Det är redan känt att konventionella läkemedel kan släppas ut i miljön efter administrering eller förtäring. I djurvärlden, till exempel, hormonliknande ämnen kan leda till tunnskaliga fågelägg, fertilitetsstörningar hos fisk och befolkningsminskning hos utter.

Små partiklar, stora uppgifter

Nanomedicin, på andra sidan, rapporterar redan lovande resultat med nya läkemedel. Med nanodiamanter, läkare övervinner blod-hjärnbarriären, och med guldnanopartiklar bekämpar de cancer. Ingen uppgift verkar för stor för de små partiklarna. Lite är känt om riskerna med denna typ av nanomaterial så snart de släpps ut i miljön.

Empa -forskare under ledning av Bernd Nowack från labbet "Technology &Society" i St. Gallen beräknar för närvarande riskerna med dessa nanomediciner. Bland andra aktiviteter, teamet är involverat i det internationella forsknings- och innovationsprojektet "BIORIMA." Det tvärvetenskapliga projektet utvecklar riskhanteringen av nanobiomaterial för människor och miljö och finansieras av "Horizon2020, "EU:s finansieringsprogram för forskning och innovation.

Ödet i kroppen

Riskanalyser är i grunden en funktion av riskpotential och exponering. Med andra ord, ett mycket farligt ämne som ingen någonsin utsätts för utgör en lika liten risk som ett ofarligt ämne som du kommer i konstant kontakt med. För att exakt kartlägga riskerna med nya ämnen, forskare bestämmer först tröskelvärdet, där ett ämne inte längre har några skadliga effekter, liksom den förväntade mängden som släpps ut i miljön. Dessa uppgifter är inte lätta att få tag på, eftersom läkemedlets öde i kroppen och dess väg till avloppsreningsverket och därifrån till floder och sjöar - och därmed in i biosfären - först måste bestämmas.

När den väl släppts ut i miljön, polymerer förändras genom biologisk eller fysikalisk-kemisk sönderdelning till mindre komponenter. Förutom farmakologiska studier, forskarna använder analyser av materialflöden och matematiska miljömodeller. "För de flesta nanobiomaterial, det finns inga tillförlitliga uppskattningar om mängden partiklar som släpps ut, "säger Nowack. Dessa kunskapsluckor måste stängas med alla medel.

Inga problem med nano-guld

Nowack stängde de första luckorna för ett tag sedan, när han och hans team utvärderade risken för guldnanopartiklar i miljön. "För närvarande, det kan antas att guldnanopartiklar inte orsakar några problem vid användning i medicinska applikationer, "säger forskaren. I sin nya studie, Nowacks team analyserade andra medicinska nanomaterial. Partiklar mellan 1 och 100 nanometer stora är intressanta eftersom de är relativt lätta att producera och kan användas, till exempel, för medicinsk bildbehandling, antimikrobiella beläggningar eller läkemedelsfrisättning.

Vissa ofta använda nanomaterial kan nu undersökas för första gången på grundval av tillgänglig data. Dessa inkluderar, till exempel, nano-kitosan, ett derivat av en naturligt förekommande polysackarid, som finns i skalet av kräftdjur och stöder sårläkning. Andra ämnen som undersöktes var polyakrylnitril, PAN för kort, som används i antibakteriell terapi, och hydroxiapatit (HAP), ett naturligt mineral som används i samband med läkemedelsfrisättning eller regenerering av benvävnad.

Analyserna visade att kitosan i sin konventionella form är mer giftigt för vattenlevande mikroorganismer än i dess nanoform. Nanopolymeren var alltså betydligt mindre skadlig än konventionella läkemedel som släpps ut i miljön, som antibiotika eller smärtstillande medel. Den andra nanopolymeren, PANORERA, liksom mineralet HAP presterade ännu bättre. "Dessa ämnen är praktiskt taget giftfria i vatten, säger Nowack.

Dock, situationen är annorlunda för silver -nanopartiklar, som används i medicin för sin antibakteriella effekt. I biosfären, det oorganiska nanomaterialet har samma toxiska effekt på mikroorganismer som är viktiga för balansen i ett ekosystem.

Enorm yta

"Man kan anta att det biologiska, kemiska och fysikaliska egenskaper hos många nanomaterial kan skilja sig väsentligt från andra läkemedels egenskaper, "säger Nowack. En av anledningarna till detta är det utomordentligt höga antalet partiklar och deras mycket större yta. Det är viktigt att notera att det för närvarande är möjligt att bedöma miljöfaran för vissa ämnen. För fullständiga riskanalyser, dock, det är nödvändigt att först fastställa omfattningen, till vilken flora och fauna - och i slutändan människor - kommer i kontakt med dessa nanomaterial. Empa -teamet arbetar för närvarande med dessa exponeringsdata för den relativt nya klassen nanomaterial som en del av "BIORIMA" -projektet.

Uppgifterna som de får används också i utvecklingen av nya medicinska produkter. Empa -forskaren Claudia Som hänvisar till metoden "safe by design":"Vi har tagit fram riktlinjer för små och medelstora företag som gör att riskabla nanobiomaterial kan sorteras ut tidigt i den kostsamma utvecklingsprocessen, "förklarar forskaren. Empas riskanalyser stöder alltså hållbar innovation inom nanomedicin.