Teollisten nanomateriaalien vaikutus immuunijärjestelmään

Hiilinanoputkilla, selluloosananofibrilleillä, metallioksideilla ja muilla teollisilla nanomateriaaleilla saattaa olla terveyshyötyjä, mutta myös haittavaikutuksia. Yleensä näille nanomateriaaleille altistutaan hengitysteiden ja ihon välityksellä. Helsingin yliopistossa vastikään valmistuneen tutkimuksen mukaan teollisesti valmistetuilla nanomateriaaleilla on monenlaisia vaikutuksia immuunijärjestelmään.

Sekä kuluttajat että työntekijät altistuvat teollisesti valmistetuille nanomateriaaleille todennäköisimmin hengitysteiden ja ihon välityksellä. Pienen kokonsa ansiosta teollisesti tuotetut nanomateriaalit kykenevät ohittamaan kehon fysikaaliset ja kemialliset esteet ja pääsemään kosketuksiin immuunijärjestelmän kanssa, joka reagoi nanomateriaalien kaltaisille vieraille rakenteille. Marit Ilveksen tutkimus tarjoaa lisätietoa näiden materiaalien vaikutuksista keuhkoihin ja ihoon. Tulokset osoittavat, että fysikaalis-kemiallisilta ominaisuuksiltaan vaihtelevat, teollisesti tuotetut nanomateriaalit pystyvät vaikuttamaan immuunijärjestelmään, joko voimistamalla tai vaimentamalla immuunivasteita.

– Havainnot korostavat materiaalien moninaisuutta ja monimutkaisuutta, niiden erilaisia vaikutuksia immunologiseen järjestelmään sekä niistä seuraavia terveysvaikutuksia. Nämä tulokset edistävät teollisesti tuotettujen nanomateriaalien turvallisuusmääritysten tekemistä ja lisäävät tietoa, jota voidaan hyödyntää nanolääketieteessä, kertoo Marit Ilves Helsingin yliopiston bio- ja ympäristötieteellisestä tiedekunnasta. 

Materiaalien mittasuhteiden pienentäminen tehostaa niiden kemiallista reaktioherkkyyttä. Tämä reaktiivisuus yhdistettynä pieneen kokoon ja muihin fysikaalis-kemiallisiin ominaisuuksiin tarkoittaa sitä, että teollisesti tuotetut nanomateriaalit voivat vaikuttaa ihmisen immuunijärjestelmään tuottamalla terveyshyötyä tai toisaalta aiheuttamalla haittavaikutuksia. Ilves tutki teollisesti tuotettujen nanomateriaalien vaikutuksia sekä terveeseen että heikentyneeseen immuunipuolustukseen keuhkoissa ja ihossa sekä näiden vaikutusten seurauksia. 

Hän havaitsi, että terveissä hengitysteissä jäykät ja sauvamaiset, mutta eivät pitkät ja lankakerämäiset, hiilinanoputket aktivoivat synnynnäistä immuniteettia, mikä aiheutti allergista hengitysteiden tulehdusta vastaavan tilan. Myös selluloosananofibrillit saivat aikaan akuutin keuhkotulehduksen, joka kuitenkin rauhoittui kuukauden kuluessa keuhkoihin jääneestä nanomateriaalista huolimatta. Tutkimustulosten perusteella nanoselluloosamateriaalit eivät aiheuttaneet samanlaisia pitkäaikaisia patologisia terveysvaikutuksia kuin jäykät ja sauvamaiset hiilinanoputket. 

Päällystämättömät ja funktionalisoidut kuparioksidi-nanomateriaalit pahensivat hengitysteiden tulehdusta kun immuunipuolustus oli heikentynyt, esimerkiksi allergisilla ne aiheuttivat keuhkojen neutrofiliaa. Toisaalta Ilves havaitsi, että päällystämättömien kuparioksidihiukkasten pinnoittaminen polyetyleeniglykolilla vähensi selvästi kuparioksidin tulehdusvaikutusta. Atooppisen ihottuman hiirimallissa havaittiin, että nanokokoiset sinkkioksidihiukkaset läpäisivät mekaanisesti rikkoutuneen allergisen ihon. Materiaalin tunkeutuminen ihon läpi vähensi tulehdusta ja allergisia reaktioita paikallisesti, vaikka lisäsikin IgE-vasta-ainetuotantoa koko elimistössä. 

Väitöskirja

FM Marit Ilves väitteli 14.12.2018 kello 12.00 Helsingin yliopiston bio- ja ympäristötieteellisessä tiedekunnassa aiheesta "Immunomodulatory Effects of Engineered Nanomaterials in Healthy and Diseased Lungs and Skin". Väitöstilaisuus järjestettiin osoitteessa Physicum, auditorio E204, Gustaf Hällströmin katu 2, Helsinki.

Vastaväittäjänä oli professori Fritz Krombach, Ludwig-Maximilians-Universität München, ja kustoksena oli professori Juha Partanen.

Väitöskirja on julkaistu sarjassa Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis. 

Väitöskirja on myös elektroninen julkaisu ja luettavissa E-thesis-palvelussa.