Nanohiukkaset tappavat sairaalan bakteereja ja puhdistavat kosketusnäyttöjä, mutta mitä ne tekevät terveydelle?

Nanohiukkaset yllättävine ominaisuuksineen ovat keksijöille ja teollisuudelle aarre. Pienuus on myös salakavalaa. Hiukkanen voi kulkea jopa aivoihin.

Henki salpautuu ja iho ärtyy. Osa kemikaalien aiheuttamista haitoista tuntuu ja näkyy, mutta osa vaikutuksista on näkymättömiä. Entä nanomateriaalit, joita on jo monissa teollisissa tuotteissa? Voiko niiden turvallisuuteen luottaa?

Nanokokoisia hiukkasia ui iholla, ruoansulatuskanavassa ja hengitysteissä. Saamme niitä kosmetiikasta, tekstiileistä ja lääkkeistä. Hajuttomissa sukissa ja sairaanhoitajan kyynärtaipeeseen kiinnittämässä kanyylissä on bakteereja tappavia hopeananohiukkasia. Itse puhdistuvat kosketusnäytöt ja lasit perustuvat niin ikään nanoteknologiaan.

Elintarvikepakkausten valmistajat ja rehuntuottajat ovat nanohiukkasista yhä kiinnostuneempia, ja ainakin Yhdysvalloissa ja Kiinassa nanohiukkasia lisätään myös ruokaan.

— Kun jonkin tuotteen ominaisuudet tuntuvat melkein liian hyviltä ollakseen totta, aika monesti siitä löytyy nanopartikkeleita, immunologian tutkija Piia Karisola lääketieteellisestä tiedekunnasta sanoo.

Nanomittakaava muuttaa aineen kemiallisia, fysikaalisia ja biologisia ominaisuuksia. Keksijöille ja teollisuudelle uudet ominaisuudet ovat mahdollisuuksien sammio. Karisolaa ja hänen kollegoitaan kiinnostaa, kuinka nanohiukkaset vaikuttavat ihmisen elimistössä.

Vaarattomia ja tappavia

Nanohiukkasia lähtee luonnossa liikkeelle esimerkiksi tulivuorenpurkauksissa, mutta ihmisen valmistamia synteettisiä nanohiukkasia on virrannut hengitysilmassa ja vesissä vasta parikymmentä vuotta. Osa niistä ei vaikuta terveyteen mitenkään, pahimmat voivat tappaa.

Moni Helsingin yliopiston laboratorio tutkii joko nanopartikkeleita tai mikrobiomia eli kehomme jatkeena toimivia pieneliöitä. Näiden kahden tutkimusaiheen yhdistäminen on kuitenkin uutta. Karisola ryhmineen tarttui toimeen saatuaan hankkeelleen rahoituksen Suomen Akatemialta.

— Nanohiukkaset voivat vahingoittaa ihon ja hengityselimistön bakteereita sekä suoraan että aiheuttamalla tulehdusreaktion, joka vaikuttaa mikrobitasapainoon, Karisola kertoo.

Tutkijat seuraavat ihon kuhinaa

Nanopartikkelien haitat eivät välttämättä tule näkyviin, jos seuraa vain yksittäisten solujen reaktioita. Riskejä tutkivan olisi siksi hyvä pitää silmällä koko organismia.

— Me selvitämme ihon reaktioita.

Tutkimusryhmä kävi ongelmaan käsiksi yhdistämällä joka kodin vessasta löytyvät välineet geeniteknologiaan ja jykevään laskentatehoon.

Nanomateriaaleille altistuvasta ihon mikrobistosta otetaan näyte tavallisella pumpulipuikolla, minkä jälkeen näytteestä jäljitetään eri bakteerilajien perimän jaksoja. Tarkoituksena on kartoittaa iholla kuhiseva tai hiipuva elämä laidasta laitaan.

Tutkijat seuraavat myös solujen liikkeitä ja muutoksia ihon paksuudessa. Heitä kiinnostaa, kuinka geenien ilmentyminen eli ”päälläolo” ihon soluissa muuttuu, jos nanopartikkelit pääsevät ihon suojakerroksen läpi tai sekoittavat mik­robien elämänkulkua. Lopulta mikrobeista saatu tieto yhdistetään eri geenien aktiivisuudesta kertovaan tietoon.

Hajuhermosäikeiden kautta aivoihin

Nanopartikkelit saattavat vaikuttaa elimistössä yllättävillä tavoilla vaikkapa vuoropuhelussa proteiiniemme kanssa.

Suuri kysymys on nanohiukkasten käyttäytyminen iholla tai limakalvolla: pysyvätkö ne erillään pieninä partikkeleina vai klimppiytyvätkö suurempaan, terveyden kannalta turvallisempaan mittakaavaan?

Kehon puolustusjärjestelmä on haavoittuvainen, jos vastustajat ovat millin miljoonasosan suuruusluokkaa. Eniten keskustelua ovat herättäneet keuhkoihin päätyvät partikkelit sekä nanohiukkasiin liittyvät syöpäriskit.

Veren hyytymistä ja hiussuonten verenkiertoa haittaavien titaani- ja mangaanioksidihiukkasten on havaittu livahtavan nenän hajuhermosäikeiden kautta myös aivoihin. Aivoihin päätyvillä hiukkasilla saattaa olla osuutensa aivoja rappeuttavissa sairauksissa. Niistä voi muodostua kuonaa kerääviä tukikohtia, jotka ovat yksi juonne ainakin Alzheimerin taudissa.

— Veikkaisin, että nanopartikkeleilla on myös epigeneettisiä vaikutuksia: äidissä tapahtuvat geenimuutokset saattavat vaikuttaa seuraavankin sukupolven elämään kuten lasten allergisoitumiseen, Karisola sanoo.

Mittakaavan hämmentävä pienuus

Kun nanohiukkasia luokittelee haitallisuuden mukaan, läpimitan ja pinta-alan suhde ratkaisee paljon. Ulokkeiset hiukkaset ovat ongelmallisimpia, koska niillä on iso pinta-ala ja siis paljon ympäristöön vaikuttavaa pintaa. Pallomaisen hiukkasen pinta-ala on läpimittaan nähden pieni, mikä vähentää riskejä.

Haitallisimmille partikkeleille ei ole selkeitä tunnusmerkkejä. On siis tutkittava, tapauskohtaisesti. Mahdollisia tutkimuskohteita on lukematon määrä, sillä erimuotoisia ja -kokoisia hiukkasia valmistetaan eri alkuaineista, minkä lisäksi partikkelien vaikutukset riippuvat niiden pintaominaisuuksista kuten sähkövarauksesta.

Nanohiukkasten valikoimaa kasvattaa entisestään se, että partikkeleita muokataan teollisuuden tarpeisiin: hiukkasiin liitetään erilaisia kemiallisia ryppäitä eli toiminnallisia ryhmiä, joiden avulla ne voidaan liittää vaikkapa lääkeaineeseen tai lasin pintaan. Niitä myös pinnoitetaan eri alkuaineilla tai esimerkiksi muovilla.

Teollisia nanohiukkasia ei yhdistä oikeastaan mikään muu kuin vaikeasti käsitettävä pienuus. Eurooppalainen kosmetiikka-asetus määrittelee nanomateriaalin liukenemattomaksi tai biologisesti pysyväksi materiaaliksi, jonka joku ulottuvuus on yhdestä sataan nanometriä eli yhdestä sataan millin miljoonasosaa.

Nanosta ammentaa sekä hienostunein bio- ja teknologiateollisuus että raskas teollisuus, liikenne ja rakentaminen. Nanopartikkeleilla voi vaikkapa vahvistaa betonia tai ehkäistä teräksen ruostumista.

Nanokuitujen suuret odotukset

Karisolan tutkimusryhmän urakka koskee jokapäiväisen elämämme nanohiukkasia. Kolme ensimmäistä tutkittavaa ovat sinkkioksidi, titaanidioksidi ja hopeiset nanopartikkelit.

Kaupallisista nanotuotteista löytyy useita sellaisiakin nanopartikkeleita, joiden löytäjille ja rakentajille on kilistelty onnittelumaljoja. Kirkkaimpaan kärkeen yltävät pallohiili eli fullereeni sekä hiilinanoputket, joista ohuus tekee sekä hyvin kestäviä että hyvin vaarallisia.

Hiilimolekyylien ja Karisolan tutkimien hiukkasten lisäksi keskeisiä ovat muiden muassa palladium-partikkelit sekä pinnoitteissa ja elektroniikassa hyödynnettävä nanopiidioksidi.

Selluloosaakin hienonnetaan nanokuiduiksi, joiden mahdollisiin terveyshaittavaikutuksiin Karisolan yksikössä perehdytään. Aihe on tärkeä, sillä biohajoavaan nanoselluloosaan kohdistuu suuria toiveita muovien ja metallien korvaajana.

Asbesti jää vaarallisuudessa kakkoseksi

Nanomateriaalien valmistamiseen ja hävittämiseen liittyy myös työsuojelukysymyksiä. Esimerkiksi hiilinanoputkilla vahvistetut sukset tai sauvat eivät juuri vaikuta hiihtäjään, mutta tehtaan työolot pitää miettiä tarkasti.

— Elimistöön päästessään tietyt hiilinanoputket aiheuttavat pahempaa tuhoa kuin asbesti, Karisola vertaa.

Myös elektroniikassa käytetään nanomateriaaleja, joista voi olla haittaa tuotteiden valmistusvaiheessa ja jätteidenkäsittelyssä.

Vuosikymmenen alussa tehdyn kyselyn aikaan suurimmalla osalla jätealan yrityksistä ei ollut ohjeistusta nanojätteiden kuljettamisesta tai käsittelystä. Valtaosa vastanneista ei edes tiennyt, vastaanottaako oma työpaikka nanomateriaaleja.

Työsuojelukysymysten ja hopeasukkaurheilijan hyvinvoinnin rinnalla — kansanterveydellisenä päähuolena — on mietittävä karkaavia hiukkasia. Pienuus on kätevää, mutta se voi olla myös salakavalaa. Tarvitaan mielikuvitusta, onnea, malttia, sääntöjä ja valvontaa, jotta pahoilta saasteongelmilta vältytään.

Tarvitaan myös paljon lisää tutkimusta, joka auttaa luomaan uusia, entistä turvallisempia nanotuotteita.

Artikkeli on julkaistu Yliopisto-lehdessä Y/03/18.

Yliopisto-lehti on kaikille tarkoitettu, monipuolinen tiedelehti Helsingin yliopistosta.
Tilaa ja rakastu tieteeseen.

Lue lisää aiheesta: Terveys