NANOPATOLOGIE - nov vûdeck obor Minireview

TRENDY V MEDICÍNù

NANOPATOLOGIE - nov˘ vûdeck˘ obor Minireview Jana Dvofiáãková,1,2 Hana Bielniková,2 Jirka Maãák1,2 1 2

Lékafiská fakulta Ostravská univerzita v Ostravû Ústav patologie, Fakultní nemocnice v Ostravû

SOUHRN Nálezy ãástic kovÛ v patologicky zmûnûn˘ch tkáních, jako jsou zánûtlivé léze, nádory a jiné, vedly k my‰lence, Ïe mohou souviset se vznikem nûkter˘ch idiopatick˘ch chorob. Pro pochopení etiopatogeneze nemocí, spojen˘ch s pfiítomností nano- a mikroãástic v organizmu, vznikla nová oblast patologie - nanopatologie. âetné v˘zkumy prokázaly, Ïe nanoãástice mohou vstupovat do lidského organizmu vdechováním nebo poÏitím. PrÛchodem pfies plicní alveoly, kÛÏi nebo stfievní sliznici se dostávají do krve a lymfy, kdy jsou dále rozvádûny do dal‰ích orgánÛ. Existuje fiada studií, ve kter˘ch byl popsán negativní vliv ultrajemn˘ch ãástic na respiraãní a kardiovaskulární systém. RovnûÏ dochází k ukládání tûchto ãástic v tkáních. V˘zkumy také prokázaly, Ïe nûkteré nanoãástice jsou schopny procházet póry jaderné membrány, kdy hrozí riziko po‰kození genetické informace buÀky. RovnûÏ jsou schopny procházet pfies hematoencefalickou a placentární bariéru. Nelze také opomenout jejich úlohu v indukci oxidativního stresu. Hlavním nástrojem k identifikaci tûchto ãástic je skenovací elektronová mikroskopie s energiovû disperzní spektroskopií (ESEM-EDS). Na základû tohoto vy‰etfiení lze zjistit pfiibliÏnou velikost, morfologii a elementární sloÏení ãástic. Chybí v‰ak metodika, která by umoÏnila kvantitativní hodnocení. Potenciál nanopatologie lze spatfiovat v objasnûní etiopatogeneze fiady onemocnûní a to nejenom respiraãního, kardiovaskulárního, ale i fiady dal‰ích orgánov˘ch systémÛ. Klíãová slova: nanoãástice – nanopatologie – nemoci z nanoãástic – ESEM-EDS

Nanopathology as a new scientific discipline. Minireview SUMMARY The detection of metal particles in the pathologically altered tissues (eg. in inflammatory lesions or tumors) led to the idea that they might be associated with emergence of some idiopathic diseases. To understand the etiopathogenesis of diseases associated with the presence of nanoparticles in the tissue there is a new area of patology - nanopathology. Numerous studies have shown that nanoparticles can enter the human body through inhalation or ingestion. Through the pulmonary alveoli, skin and intestinal mucosa, the nanoparticles may reach the blood and lymphatic system, which subsequently distributes them to other target organs. Epithelial surfaces of conjunctiva and skin represent another potential way of penetration of nanoparticles into the body. There is a number of studies, which described the adverse effects of ultrafine particles on respiratory and cardiovascular system. Recent studies have also shown that some nanoparticles are able to pass through the pores of the nuclear membrane, where they may pose a risk of damage to cells and genetic information and they are also potentially capable to cross the placental and hematoencephalic barriers. Further, their role in the induction of oxidative stress is significant in relation to the mutagenesis. Scanning electron microscopy with energy disperse spectroscopy (SEM-EDS) represents a suitable tool for identification of metal-based particles in tissues and body fluids. Importance of nanopathogy can be seen in the elucidation of the etiopathogenesis of many diseases, not only of respiratory and cardiovascular systems, but also of many other organ systems. Keywords: nanoparticles – nanopathology – diseases of nanoparticles (nanopathologies) – ESEM-EDS Cesk Patol 2013; 49(1): 46–50.

Pfiedmluva Tímto ãlánkem bychom rádi zv˘‰ili povûdomí odborné patologické vefiejnosti o problematice nanoãástic a nanotechnologiích, které v posledních letech zaznamenávají takfika ve v‰ech odbornostech expanzívní rozvoj, a kromû v˘hod, které s sebou pfiiná‰ejí, mohou zpÛsobovat i zdravotní rizika lidské populaci. Objasnit úlohu potencionálního úãinku nanoãástic na zdraví ãlovûka a zhodnocení environmentálních rizik nanoãástic v pracovním i Ïivotním prostfiedí patfií

k prioritám v˘zkumn˘ch aktivit ãetn˘ch oborÛ zdravotnictví. Obor patologie by proto nemûl zÛstávat pozadu a mûl by se urychlenû zapojit do studia vlivu nanoãástic na etiopatogenezu lidsk˘ch onemocnûní. Identifikace zdravotních rizik a hodnocení vlivu na zdraví, dále v˘voj, ovûfiení a validace nov˘ch citliv˘ch biomarkerÛ expozice a úãinkÛ nanoãástic, stejnû jako individuální, genetické, behaviorální, socioekonomické, environmentální a institucionální determinanty zdraví a zpÛsoby eliminace rizikov˘ch faktorÛ na v‰ech úrovních, patfií k hlavním nosn˘m bodÛm vyhlá‰eného Resortního programu v˘zkumu a v˘voje Ministerstva zdravotnictví III (RPV III)(1).

✉ Adresa pro korespondenci: MUDr. Jana Dvofiáãková, Ph.D. Ústav patologie FNO, Ostrava 17. listopadu 1790 708 00 Ostrava-Poruba [email protected]

46

ÚVOD DO PROBLEMATIKY Nano je pfiedpona soustavy SI a znamená jednu miliardtinu. Pochází z fieckého slova νανοζ, coÏ znamená trpaslík. Od pfielomu

âESKO-SLOVENSKÁ PATOLOGIE 1/2013

20. a 21. století je pfiedpona také pouÏívána ve slovû nanotechnologie. Jde o skupinu technologií, produkujících nanoãástice, které se uplatÀují v mnoha oborech. Zkoumání svûta v takov˘chto rozmûrech mÛÏe obohacovat lidstvo o mnoho poznatkÛ, které postupnû nacházejí uplatnûní ve v‰ech oborech lidské ãinnosti, medicínu nevyjímaje.

NANOMEDICÍNA Nanomedicína je, podle spoleãnosti European Science Foundation (2), definována jako soubor vûd a technologií vyuÏívan˘ch pro diagnózu, terapii, prevenci chorob a poranûní, ti‰ení bolesti i zlep‰ení lidského zdraví, které pouÏívají molekulární nástroje a znalosti o lidském tûle na molekulární úrovni. Nanomedicína mÛÏe b˘t definována také jako prostfiedek sledování, opravování, stavby a kontroly organismu na molekulární úrovni biologick˘m systémem, kter˘ je tvofien z nanosouãástek a nanosystémÛ (3). Jako jeden ze zakladatelÛ nanotechnologie, tfiebaÏe je‰tû nepouÏil toto slovo, je oznaãován Richard Feynman, kter˘ základní my‰lenky pfiedstavil ve své slavné pfiedná‰ce, kterou nazval „Tam dole je spousta místa” (There’s Plenty of Room at the Bottom). Pfiednesl ji v roce 1959 na v˘roãní schÛzi Americké spoleãnosti fyzikÛ pofiádané na Caltechu (4). Nanotechnologie vyuÏívají poznatkÛ studia o moÏnostech manipulace s hmotou v atomárním a molekulárním mûfiítku, pfiiãemÏ se uplatÀují kvantovû-mechanické jevy, které se diametrálnû vymykají chápání svûta v makroskopickém mûfiítku. Lze tedy fiíci, Ïe hmota takov˘chto rozmûrÛ má vlastnosti zcela odli‰né od hmoty makroskopicky patrné, protoÏe se zaãínají projevovat vlastnosti kvantové fyziky. Díky tûmto jevÛm, které popisuje kvantová fyzika, se otevírají nové perspektivy v oblasti medicíny, v magnetick˘ch záznamov˘ch mediích, ve v˘poãetní technice, elektronice, optice a dal‰ích vûdních oblastech. Podle Oborného (5), kter˘ se nanotechnologiím a jejich uplatnûní v praxi dlouhodobû vûnuje, dnes nanotechnologie nabízejí nová fie‰ení pro pfiemûnu biologick˘ch systémÛ a poskytují ‰irokou technologickou základnu i pro medicínu. Citujeme: „MÛÏeme jmenovat tfieba odhalování a léãbu chorob, nahrazování ãástí lidského tûla, regenerativní medicínu, nanometrickou chirurgii, syntézu a cílenou dodávku lékÛ do organismu a podobnû“. Pfiedpovûdi moÏností nanotechnologií, pracujících s nano- a mikroãásticemi v medicínû, vyvolaly celosvûtovû velmi intenzívní v˘zkum.

NANOâÁSTICE Definice nanoãástic není jednotná a pojem zahrnuje nûkolik strukturou rozdíln˘ch typÛ nanoãástic. Zdá se, Ïe nanoãástice nejlépe vystihuje rozmezí definované metrick˘m systémem, kdy se jedná o v‰echny ãástice vût‰í neÏ 1 nm a men‰í neÏ 100 nm (6,7). Nanoãástice také mÛÏeme chápat jako seskupení atomÛ nebo molekul do podoby velmi malé ãástice. V medicínû se setkáváme s velk˘m mnoÏstvím nanoãástic, byÈ je takto nenaz˘váme. Jde napfiíklad o molekulu DNA, jejíÏ ‰roubovice má prÛmûr 2,3 nm, nebo molekuly enzymÛ, jejichÏ velikosti dosahují nûkolika nm. Ribozomy, proteozomy, protonová pumpa, viry, ATP systémy a fotosystémy jsou pak dokonalé stroje s nanometrick˘mi rozmûry. Nano- a mikroãástice jsou v‰udypfiítomné, jsou to produkty nejen moderních nanotechnologií, ale také pfiírodních jevÛ typu vulkanické ãinnosti, ãi produkty antropogenních aktivit typu hutního prÛmyslu, rafinerií, elektráren a v neposlední fiadû i váleãn˘ch konfliktÛ. Velk˘m zdrojem tûchto ãástic je i koufi cigaret, vafiení, spalování v topeni‰tích ãi nezbytné brzdûní aut. VyuÏití nanoãástic je v mnoha smûrech opravdu pfiínosné, i kdyÏ se o jejich prospûchu stále vedou odborné diskuze. Novû publikované vûdecké práce (8-

âESKO-SLOVENSKÁ PATOLOGIE 1/2013

11) upozorÀují na váÏná zdravotní rizika nanotechnologií a nanoãástic jako takov˘ch. Jde o kardiovaskulární problémy, problémy d˘chací soustavy související s fibrózou plic, rÛzné typy artritid a dokonce i nádorové bujení. Nanoãástice se dûlí na ty, které vznikají jako neÏádoucí produkt jiného procesu, a na umûle pfiipravené. Do jaké míry jsou oba typy nanoãástic pro ãlovûka nebezpeãné je dnes je‰tû stále pfiedmûtem v˘zkumu.

NANOPATOLOGIE Problematika vlivu nanoãástic na prostfiedí a zvlá‰tû na zdraví má relativnû krátkou historii. Poprvé byl termín nanopatologie vysloven italsk˘mi vûdci, v ãele s Gatti a spol. v roce 2001 (12). Tato nová oblast v˘zkumu studuje interakce mezi organismem a ãásticemi velikosti v fiádech nanometrÛ. Onemocnûní vyvolaná nanoãásticemi vznikají pfii proniknutí a hlavnû ukládání anorganick˘ch mikroãástic a nanoãástic v lidském i zvífiecím organismu. Gatti (1215) pfii‰la s my‰lenkou, Ïe nûkteré idiopatické choroby onkologické ãi zánûtlivé povahy, mohou souviset s ukládáním tûchto ãástic ve tkáních. K této úvaze jí vedly nálezy mikroãástic a nanoãástic nûkter˘ch kovÛ, jako je napfiíklad titan, Ïelezo, chrom, mûì, zinek, hliník a dal‰í, ve tkáních pacientÛ s rÛzn˘mi chorobami, aÈ uÏ u kloubÛ typÛ artritid nebo plicních fibróz ãi maligních nádorÛ, zvl. sarkomÛ. Gatti tato onemocnûní nazvala jako „nanopathologies“ (12,13), volnû pfieloÏeno jako onemocnûní z nanoãástic. Pfiítomnost nanoãástic je prokazována v rÛzn˘ch tkáních lidí (plíce, Ïaludeãní sliznice, játra, ledviny, kloubní pouzdro), ktefií Ïijí v oblastech nebo blízko oblastí váleãn˘ch konfliktÛ, jako byla válka v b˘valé Jugoslávii ãi v Perském zálivu, stejnû tak jako u vojákÛ a humanitárních pracovníkÛ, ktefií v tûchto konfliktech byli úãastni. Problematika psychické deprivace a únavového syndromu, kter˘mi byla postiÏena vût‰ina tûchto pacientÛ je známa i ‰iroké laické vefiejnosti díky médiím. Dal‰í událostí, která rozdm˘chala úvahy o ‰kodlivosti nanoãástic na zdraví, byl letadlov˘ útok na dvojici mrakodrapÛ WTC v New Yorku, kdy se u zasahujících záchranáfiÛ, hasiãÛ a dobrovolníkÛ zaãaly po ãase objevovat ãetné zdravotní komplikace zahrnující jak kloubní onemocnûní, tak postiÏení kardiovaskulárního a d˘chacího systému, dále únavov˘ syndrom a rÛzné psychické problémy (12-19). Problematika nanoãástic a rozvoj nanopatologie vede ke globální snaze o to, aby novû pouÏívané umûle vytváfiené nanoãástice podléhaly pfiísnému testování. V oboru nanotechnologií byly vyvinuty metodiky mûfiení koncentrace pouÏívan˘ch nanoãástic. In vitro a in vivo jsou studovány procesy jejich vnikání do rÛzn˘ch tkání organismu, ukládání v dÛleÏit˘ch orgánech a zdravotní dÛsledky tûlesné kontaminace (20-26). Toxicita nanoãástic pfiipraven˘ch pro urãitou aplikaci musí b˘t známá je‰tû pfied jejich praktick˘m vyuÏitím (27).

PRÒKAZ NANOâÁSTIC A JEJICH ÚâINKÒ Hlavním nástrojem pro anal˘zu tkání a pfiípadnou detekci nanoãástic je elektronov˘ skenovací mikroskop s energiovû disperzním X-ray spektroskopem (ESEM-EDS). Pomocí tohoto mikroskopu byly objasnûny nûkteré patologické nálezy související s ãetn˘mi kryptogenními chorobami, coÏ vedlo ke schválení Evropského projektu QLRT-2002-147, kter˘ je zamûfien na objasÀování pÛvodu tûchto ãástic a jejich vlivu na zdraví ãlovûka. Z hlediska toxického pÛsobení je dÛleÏit˘ rozmûr ãástic a s ním související reaktivita povrchu a chemické sloÏení. Velmi zajímav˘ experiment je popsán v práci Limbacha a spol. (28), kter˘ studoval nitrobunûãn˘ oxidaãní proces po expozici lidsk˘ch plicních epiteliálních bunûk in vitro kfiemenn˘mi nanoãásticemi legovan˘mi Ïe-

47

A

B

Obr. 1. Snímek tkánû mozkového nádoru (glioblastom) s erytrocyty ze skenovacího elektronového mikroskopu s EDS detektorem s odpovídajícím EDS spektrem, kter˘ je v˘sledkem bodové anal˘zy. Píky oznaãené písmenem W dokazují pfiítomnost nanoãástice s obsahem wolframu v erytrocytu.

A

B

Obr. 2. Snímek tkánû tonzily 4 letého dítûte s chronickou tonzilitidou ze skenovacího elektronového mikroskopu s EDS detektorem s odpovídajícím EDS spektrem, kter˘ je v˘sledkem bodové anal˘zy. Píky oznaãené písmenem W dokazují pfiítomnost wolframu v tonsilární tkáni.

A

B

Obr. 3. Snímek tkánû tonsily 48 letého muÏe - hutníka se spinocelulárním karcinomem patrové mandle ze skenovacího elektronového mikroskopu s EDS detektorem s odpovídajícím EDS spektrem, kter˘ je v˘sledkem bodové anal˘zy. Píky oznaãené písmenem Cu dokazují pfiítomnost mûdi v nádorové tkáni.

lezem, kobaltem manganem a titanem. V˘sledkem tohoto velmi peãlivû provedeného experimentu bylo zji‰tûní, Ïe nanoãástice se do bunûk dostávaly mechanismem „trojského konû“ a vyvolávaly v pfiípadû kobaltu a manganu aÏ 8x silnûj‰í oxidativní stres, neÏ kdyÏ byla identická tkáÀ exponována vodn˘m roztokem stejn˘ch kovÛ. Studium nanoãástic obsahujících Ïelezo ukázalo, Ïe katalytická aktivita v˘znamnû zvy‰uje destrukãní aktivitu nanomateriálÛ. Toxicitu nanoãástic studoval Xia a spol. (29). Zjistili, Ïe je urãena velikostí jejich povrchu, kter˘ dobfie koreluje s jejich schopností vyvolávat oxidativní stres a aktivovat buÀky k vyvolání zánûtÛ. Oxidativní stres se jeví jako moÏn˘ marker pro urãení toxicity nanomateriálÛ, pfiípadnû rizika po‰kození DNA. Poslední v˘zkumy také prokázaly, Ïe nûkteré nanoãástice jsou schopny procházet póry jaderné membrány, pronikají vnûj‰í membránovou obálkou mitochondrií a tím odstartují pfiedãasnou naprogramovanou bunûãnou smrt (apoptózu) (30-32). Toto oxidativní po‰kození bunûãn˘ch membrán zpÛsobené nanomateriály vyvolává prozánûtlivé a profibrózní procesy v tkáni. PrÛnik do bunûãného jádra a interference s genetick˘m materiálem buÀky mÛÏe vést

48

k ovlivnûní cyklu bunûãného dûlení. Hrozí riziko po‰kození genetické informace buÀky a spolu s vlivem oxidaãního stresu vyvolání kancerogeneze. Velikost nanoãástic umoÏÀuje procházet pfies hematoencefalickou bariéru aÏ do mozku, popfiípadû transplacentárnû do plodové vody a embrya (33-37). Na obrázku ã. 1 demonstrujeme nanoãástici wolframu v erytrocytu, kterou jsme náhodnû zachytili pfii zkoumání mozkového glioblastomu. Vy‰etfiení lidsk˘ch tkání a tekutin X-ray spektroskopem Ve spolupráci s Centrem nanotechnologií V·B-TU v Ostravû jsme mûli moÏnost provést fiadu vy‰etfiení lidsk˘ch tonsil. Vy‰etfiení skenovacím elektronov˘m mikroskopem s energiovû dispersním X-ray spektroskopem (ESEM-EDS) pfii urychlovacím napûtím 30 kV ve tkáních prokázalo pfiítomnost ãástic ve formû samostatn˘ch partikulí nebo shlukÛ jednoho kovu (Ïeleza, mûdi) ãi smûsi nûkolika kovÛ (chrom-Ïelezo-nikl). Metodika anal˘zy pomocí ESEM-EDS v‰ak neumoÏÀuje kvantitativní hodnocení sloÏení nanoãástic. Grafická znázornûní v podobû píkÛ jsou v˘sledkem bodové anal˘zy ze skenovacího elektronového mikroskopu s EDS detektorem s odpovídají-

âESKO-SLOVENSKÁ PATOLOGIE 1/2013

cím EDS spektrem. Píky jsou pouze orientaãní a vyjadfiují maxima v˘skytu kovov˘ch prvkÛ. Velikost nanoãástic ãi jejich shlukÛ kolísá od stovek nanometrÛ po desítky mikrometrÛ (obr. 2, 3). V˘sledky na‰ich pozorování byly jiÏ publikovány (38). Práce se zab˘vá problematikou vlivu nanoãástic jako potenciálního vyvolavatele zánûtliv˘ch i neoplastick˘ch onemocnûní v lidsk˘ch patrov˘ch mandlích v souvislosti s demografick˘mi údaji. UpozorÀuje na nutnost fie‰ení kvantitativního stanovení kovov˘ch prvkÛ a jejich biokinetiku, které mohou podrobnûji doloÏit vztah mezi diagnózou a pfiítomností specifick˘ch kovov˘ch nanoãástic v tonzilární tkáni.

VZNIK ONEMOCNùNÍ Z NANOâÁSTIC A DÒSLEDKY PRO OBOR PATOLOGIE Snahou celosvûtového v˘zkumu je zjistit nejen pÛvod v‰ech tûchto ãástic, ale také vysvûtlit biologické, chemické a toxické pochody, které vedou ke zmûnû bunûãného chování. Pfiedpokládá se, Ïe nanoãástice mohou vznikat napfi. jako vedlej‰í produkty koufiení cigaret. Ten mÛÏe obsahovat kovy napfiíklad hliník, kadmium, nikl, olovo a mûì ve formû velmi mal˘ch ãástic. Jiné kovy, napfiíklad Ïelezo, zinek, cín, baryum, antimon a titan, jsou ve formû nanostrukturovan˘ch ãástic uvolÀovány pfii spalování fosilních paliv, otûrem pneumatik o povrch silnic, otûrem brzdov˘ch destiãek a otûrem kuchyÀského nádobí (39-43). V˘znamn˘m zdrojem jsou i emise velk˘ch prÛmyslov˘ch podnikÛ. V pyrometalurgii pfii sváfiení jsou bûÏnû popisovány stopové prvky jako je Ïelezo, chrom, mangan, nikl, mûì, zinek a wolfram v bezprostfiedním okolí pracovi‰tû. Baryum, berylium, kadmium, kobalt, molybden, niob, antimon a vanad jsou zase charakteristické pro uheln˘ prach (44-46). V poslední dobû bylo publikováno nûkolik prací, z nichÏ nejroz‰ífienûj‰í jsou reference na v˘sledky studia v UCLA (University of California in Los Angeles), kde byl zji‰tûn vliv nejjemnûj‰í frakce ãástic z v˘fukov˘ch plynÛ. Ty zpÛsobují tvorbu povlakÛ na endotelu arterií a deaktivují ochrannou funkci HDL (vysokodenzního lipoproteinu). Toto „mechanické“ po‰kození vede ke vzniku kardiopulmonálních, respiraãních a dal‰ích onemocnûní (47). K bûÏnû pouÏívan˘m nanomateriálÛm patfií oxid titaniãit˘, oxidy zinku a stfiíbra. Tyto jsou souãástí bûlidel, dezinfekãních prostfiedkÛ a textilií. Obecnû je známo jejich toxické pÛsobení napfiíklad na bakterie Escheria coli, Staphylococcus aureus a jiné. Souãasnû v‰ak byla posuzována i moÏná zdravotní rizika z jejich pouÏívání. Bylo zji‰tûno, Ïe nanoãástice stfiíbra zhor‰ují mitochondriální funkce, posilují tvorbu reaktivního kyslíku, spotfiebovávají antioxidanty, po‰kozují DNA, coÏ mÛÏe vyústit v následnou cytotoxicitu (48). Nanoãástice oxidu titaniãitého ãi oxidu zineãnatého jsou obecnû povaÏovány za mé-

nû toxické. Z dosavadních v˘zkumÛ oxidu titanu se soudí, Ïe zánûtlivé plicní procesy vãetnû fibrózy mohou b˘t zpÛsobovány právû úãinkem reaktivního kyslíku. Ten mÛÏe b˘t zdrojem dal‰ích cytotoxick˘ch dopadÛ vãetnû iniciace kancerogeneze. Jeho pfiítomnost byla kromû plic pozorována i v ledvinách, játrech a mozku, coÏ podtrhuje teorii transportu nanoãástic krevní cestou (49).

SHRNUTÍ Nanoãástice snadno pronikají do tûla a jsou biologicky aktivnûj‰í neÏ ãástice vût‰í, a to pravdûpodobnû v dÛsledku jejich vût‰ího mûrného povrchu. Hovofiíme o bioaktivitû nanoãástic. Dal‰ím v˘znamnû nebezpeãn˘m faktorem je dlouhodobé pfietrvávání nanoãástic v prostfiedí a jejich kumulace v nûm. Oblast v˘zkumu vlivu nanoãástic na lidsk˘ organismus má stále spoustu nezodpovûzen˘ch otázek, na které bude tfieba najít odpovûdi. Dosud nejsou známy v‰echny pfiíãiny podílející se na schopnosti nanoãástic vyvolat patologickou reakci v lidském organismu. Problém nanoãástic se mÛÏe t˘kat psychick˘ch poruch, nárÛstu sebevraÏd nebo souviset i s objasnûním nespecifick˘ch nálezÛ náhl˘ch úmrtí dospûl˘ch (50). Oboru patologie, genetiky i soudního lékafiství se tak otevírají nové moÏnosti objasnûní ãi pfiehodnocení etiopatogeneze fiady onemocnûní, vãetnû anal˘zy jejich morfologick˘ch zmûn, které s nimi souvisejí. Rozvoj a zapojení moderních molekulárnû-genetick˘ch technologií na úrovni DNA, genÛ, genové exprese mÛÏe pfiinést nové informace o vlivu a pfiípadné genotoxicitû nanoãástic na organismus. Závûr Zámûrem autorÛ tohoto textu bylo zv˘‰it povûdomí odborné patologické vefiejnosti o existenci problematiky nanoãástic a jejich vlivÛ na zdraví. Byly publikovány stovky prací, které apelují na environmentální rizika související s na‰ím zpÛsobem Ïivota. Jde také o dÛsledky lidské ãinnosti pfii aplikaci nadãasov˘ch technologií, které s sebou pfiiná‰ejí i urãitá zdravotní rizika. Z mnoÏících se publikací oboru nanomedicíny a nanotoxikologie vypl˘vá pro obor patologie v˘zva, zda nebude nutno pfiehodnotit etiopatogenezi nûkter˘ch onemocnûní. Jde o fiadu onemocnûní respiraãního traktu, kardiovaskulárních a onkologick˘ch onemocnûní, artritid a v neposlední fiadû i psychiatrick˘ch a neurologick˘ch nemocí.

PODùKOVÁNÍ

Podûkování doc. Mgr. Janû Kukutschové, Ph.D. z Centra Nanotechnologií V·B TU v Ostravû za anal˘zu ESEM-EDS a vûcné pfiipomínky.

LITERATURA 1. http://iga.mzcr.cz/shareIGA/RPV_III.pdf 2. www.esf.org 3. Drexler KE. Engines of creation. The coming era of nanotechnology (1st ed.). Anchor Books: New York; 1986: 320. 4. Drexler KE. Nanosystems: Molecular machinery, manufacturing and computation (1st ed.) Wiley: New York; 1992: 576. 5. JeÏek M. Nanomedicína jako standard, bûhem nûkolika let, fiíkají vûdci. Zdravotnické noviny 2008; 47: 22-24. 6. Bureau International des Poids et Mesures. Le Système international d’unités (SI) – The International System of Units (SI) (8th ed). Paris: StediMedia; 2006: 5, 32. 7. Hlaváãek A. Nanoãástice a jejich biokonjugáty. www.nanobio.cz/articles: 2011; 1. 8. Oberdörster G, Oberdörster E, Oberdörster J. Nanotoxicology: An emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environ Health Perspect 2005; 113(7): 823-839.

âESKO-SLOVENSKÁ PATOLOGIE 1/2013

9. Shvedova AA, Kisin ER, Porter D, et al. Mechanism of pulmonary toxicity and medical applications of carbon nanotubes. Two face of Janus? Pharmacol Ther 2009; 121(2): 192-204. 10. Firme CP, Bandaru PR. Toxicity issues in the application of carbonanotubes to biological systems. Nanomed: Nanotech Biol Med 2010; 6(2): 245-256. 11. Hu X, Cook S, Wang P, Hwang H, Liu X, Williams QL. In vitro evaluation of cytotoxicity of engineered carbon nanotubes in selected human cell lines. Sci Total Environ 2010; 408(8): 18121817. 12. Gatti AM, Montanari S. Nanopathology. The health impact of nanoparticles (1st ed.) Singapore: Pan Stanford Publishing; 2008: 312. 13. http://steng.giftfabrikken.nu/media/Nanopartikler.pdf 14. Hansen T, Clermont G, Gatti AM, et al. Biological tolerance of different materials in bulk and nanoparticulate form in a rat model. Sarcoma

development by nanoparticles. J R Soc Interface 2006; 3(11): 767-775. 15. Peters K, Unger RE, Kirkpatrick CJ, Gatti AM, Monari E. Effects of nano-scaled particles on endothelial cell function in vitro: Studies on viability, proliferation and inflammation. J Mater Sci Mater Med 2004; 15(4): 32-325. 16. Chiu S, Niles JK, Webber MP, Zeig-Owens R, Gustave J, Lee R, Rizzotto L, Kelly KJ, Cohen HW, Prezant DJ. Evaluating risk factors and possible mediation effects in posttraumatic depression and posttraumatic stress disorder comorbidity. Public Health Rep. 2011; 126(2): 201209. 17. Chiu S, Webber MP, Zeig-Owens R, Gustave J, Lee R, Kelly KJ, Rizzotto L, McWilliams R, Schorr JK, North CS, Prezant DJ. Performance characteristics of the PTSD Checklist in retired firefighters exposed to the World Trade Center disaster. Ann Clin Psychiatry. 2011; 23(2): 95104.

49

18. Cukor J, Wyka K, Jayasinghe N, Weathers F, Giosan C, Leck P, Roberts J, Spielman L, Crane M, Difede J Prevalence and predictors of posttraumatic stress symptoms in utility workers deployed to the World Trade Center following the attacks of September 11, 2001. Depress Anxiety. 2011; 28(3): 210-217. 19. DiGrande L, Neria Y, Brackbill RM, Pulliam P, Galea S. Long-term posttraumatic stress symptoms among 3,271 civilian survivors of the September 11, 2001, terrorist attacks on the World Trade Center. Am J Epidemiol. 2011; 173(3): 271-281. 20. Zhou L; Wan-Xi Y, Nanoparticles and Spermatogenesis: How do Nanoparticles Affect Spermatogenesis and Penetrate the Blood–testis Barrier. Nanomedicine 2012; 7(4): 579-596. 21. Panyala N, Pena-Mendez E, Havel J. Silver or silver nanoparticles: a hazardous threat to the environment and human health. J Appl Biomed 2008; 6: 117–129. 22. Hussain SM, Braydich-Stolle LK, Schrand AM, et al. Toxicity evaluation for safe use of nanomaterials: recent achievements and technical challenges. Adv Mater 2009; 21(16): 1549–1559. 23. Stern ST, McNeil SE. Nanotechnology safety concerns revisited. Toxicol Sci 2008; 101(1): 4–21. 24. Tsai C, Shiau A, Chen S, Chen Y, Cheng P, Chang M. Amelioration of collagen-induced arthritis in rats by nanogold. Arthritis Rheum. 2007; 56(2): 544–554. 25. Geiser M, Kreyling WG. Deposition and biokinetics of inhaled nanoparticles. Part Fibre Toxicol. 2010; 7(2): 1-17. 26. Gatti AM, Montanari S, Monari E, Gambarelli A, Capitani F, Parisini B. Detection of micro- and nano-sized biocompatible particles in the blood. J Mater Sci Mater Med. 2004; 15(4): 469472. 27. http://ec.europa.eu/environment/chemicals/nanotech/pdf/commission_recommendation 28. Limbach LK, Bereiter R, Müller E, Krebs R, Gälli R, Stark WJ. Removal of oxide nanoparticles

29.

30.

31.

32.

33. 34.

35. 36.

37. 38.

in a model wastewater treatment plant: Influence of agglomeration and surfactants on clearing efficiency. Environ Sci Technol 2008; 42(15): 5828-5833. Xia T, Kovochich M, Brant J, et al. Comparison of the abilities of ambient and manufactured nanoparticles to induce cellular toxicity according to an oxidative stress paradigm. Nano Lett 2006; 6(8): 1794-1807. Chen X, Deng C, Tang S, Zhang M. Mitochondria-dependent apoptosis induced by nanoscale hydroxiapatite in human gastric cancer SGC7901 cells. Biol Pharm Bull 2007; 30(1): 128132. Wang J, Li N, Zheng L, et al. P38-Nrf-2 signaling pathway of oxidative stress in mice caused by nanoparticulate TiO2. Biol. Trace Elem. Res.2011; 140 (2): 186–197. Gurr JR, Wang AS, Chen CH, Jan KY. Ultrafine titanium dioxide particles in the absence of photoactivation can induce oxidative damage to human bronchial epithelial cells. Toxicology 2005; 213(1–2): 66–73. Hartwig A. Carcinogenicity of metal compounds: possible role of DNA repair inhibition. Toxicol Lett 1998; 102-103: 235-239. Mehta M, Chen LCh, Gordon T, Rom W, Tang MS. Particulate matterinhibits DNA repair and enhances mutagenesis. Mutat Res 2008; 657(2): 116-121. Okada S. Iron-induced tissue damage and cancer: The role of reactive oxygen species-free radicals. Pathol Int 1996; 46(5): 311-332. Reichrtová E, Dorociak F, Palkoviãová L. Sites of lead and nickel accumulation in the placental tissue. Hum Exp Toxicol 1998; 17(3):176181. Claderon-Garciduenas L, Azzarelli B, Acuna H, et al. Air pollution and brain damage. Toxicol Pathol 2002; 30(3): 373-389. Zeleník K, Kukutschová J, Dvofiáãková J, Bielniková H, Peikertová P, Cábalová L, Komínek P. Possible role of nano-sized particles in chronic tonsillitis and tonsillar carcinoma: a pilot stu-

dy. Eur Arch Otorhinolaryngol. In press 2013. 39. Liati A, Eggenschwiler PD. Characterization of particulate matter deposited in diesel particulate filters: Visual and analytical approach in macro-, micro-and nano-scales. Comb and Fl 2010; 157(9): 1658-1670. 40. Verhoeven JD, Pendray AH, Clark HF. Wear test of steel knife blades. Wear 2008; 265: 10931099. 41. Kukutschová J, Moravec P, Tomá‰ek V, et al. On airbone nano/micro-sized wear particles released from low-metallic automative brakes. Environ Poll 2011; 159(4): 998-1006. 42. Kreider ML, Panko JM, McAtee BL, Sweet LI, Finley BL. Physical and chemical characterization of tire-related particles: Comparison of particles generated using different methodologies. Sci Total Environ 2010; 408(3): 652-659. 43. Kukutschová J, Roubíãek V, Malachová K, et al. Wear mechanism in automotive brake materials, wear debris and its potential environmental impact. Wear 2009; 267: 807-817. 44. Seidlerová J. Metody hodnocení metalurgick˘ch odpadÛ, (1th end). Ostrava: Repronis; 2009. 45. Sezimová H, Malachová K, Rybková Z, Truxocá I, Krejãí B. Toxikologick˘ a genotoxikologick˘ screening kvality ovzdu‰í v centru Ostravy, Acta Enviromentalica Universitatis Comenianae 2012; 20(1): 76-81. 46. Cheng YH, Chao YC, Wu CH, Tsai CJ, Uang SN, Shih TS. Measurements of ultrafine particle concentrations and size distributionin an iron foundry. J Hazard Mater 2008; 158(1): 124-130. 47. http://www.advisorybodies.doh.gov.uk/comeap/statementsreports/CardioDisease.pdf 48. Ahamed M, Alsahli MS, Siddiqui MK. Silver nanoparticle applications and human health. Clin Chem Acta 2010; 411(23-24): 1841-1848. 49. Nohavica D. Rizika nanomateriálÛ a nanotechnologií pro lidské zdraví a Ïivotní prostfiedí. âs. âas. Fyz. 2011; 61(3): 220-227. 50. Dvofiáãek I. Postup lékafie pfii úmrtí mimo zdravotnické zafiízení a následná souãinnost s orgány PâR. Soud lek. 2005; 4: 54-56.

Prof. MUDr. Zdenûk NoÏiãka, DrSc., osmdesátilet˘

OSOBNÍ SDùLENÍ

Krátce pfied koncem roku 2012 oslavil své 80. narozeniny nበspolupracovník profesor Zdenûk NoÏiãka. Jeho Ïivotní a pracovní dráha se vyvíjela po trase Turnov (místo narození; r. 1932) – Liberec (rané dûtství) – Hradec Králové (od 1939) – PlzeÀ (studium na LF; 1952 – 1958) – Náchod (neurolog; atestace z neurologie 1961) – Hradec Králové (od 1962 dosud). Patologem se Zdenûk NoÏiãka stal vlastnû náhodou – kdyÏ v roce 1962 pfie‰el z rodinn˘ch dÛvodÛ z Náchoda do Prahy, bylo ve fakultní nemocnici jediné volné místo na Ústavu patologické anatomie. Zjevnû pod vlivem sv˘ch uãitelÛ profesorÛ Fingerlanda a Vortela záhy opustil svÛj pÛvodní zámûr vrátit se pfii vhodné pfiíleÏitosti k neurologii a zcela se vûnoval patologii. Rok 2012 tak byl pro NoÏiãku nejen osmdesát˘m rokem Ïivota, ale i padesát˘m rokem v oboru! V roce 1965 zaloÏil na ústavu laboratofi k imunofluorescenãnímu vy‰etfiování orgánov˘ch protilátek. Za dobu své existence laboratofi vy‰etfiila séra více neÏ 200 tisíc pacientÛ. Není pfiekvapivé, Ïe vzhledem ke své klinické erudici je NoÏiãkov˘m oblíben˘m oborem i neuropatologie. Je tfieba ale fiíci, Ïe jubilant má nesmírnû ‰irok˘ odborn˘ zájem a jeho encyklopedick˘ch vûdomostí, nejen v oboru patologie a z celé medicíny, ale i z jin˘ch oborÛ, zhusta vyuÏívá cel˘ ústav. Dosud publikoval pfies 250 odborn˘ch prací. Obraz prof. NoÏiãky by nebyl úpln˘, kdyby nebyly zmínûny i jeho vynikající kvality pedagogické. Generace královéhradeck˘ch medikÛ jistû nikdy nezapomenou na jeho systematické pfiedná‰ky i praktika z patologie, s osobit˘mi názorn˘mi pomÛckami a pfiíklady – skuteãná ‰kola hrou. Pfiejeme profesoru NoÏiãkovi hlavnû dobré zdraví. Ad multos annos! Spolupracovníci z Fingerlandova ústavu patologie v Hradci Králové

50

âESKO-SLOVENSKÁ PATOLOGIE 1/2013