Forschungsprogramme. Gesundheitsforschung und Nanotechnologie Nanomaterialien in Nahrung und Kosmetika: Wo steckt ein Risiko?

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1 GSLI Gesundheitsforschung und Nanotechnologie Nanomaterialien in Nahrung und Kosmetika: Wo steckt ein Risiko? Harald F. Krug Empa Materials-Biology Interactions Laboratory Forschungsprogramme Nanotechnologie Adaptive Werkstoffsysteme Technosphäre Atmosphäre Materialien für Gesundheit & Leistungsfähigkeit Materialien für Energietechnologien Materials Science & Technology Harald F. Krug

2 GSLI Empa-Arbeiten aktuell Harald F. Krug 3 Cell and Tissue Harald F. Krug

3 GSLI Harald F. Krug 5 Harald F. Krug

4 GSLI NT Produkte sind bereits vielfach auf dem Markt Harald F. Krug 7 Fragen zur Identifizierung einer Gefährdung Nanomaterialien Toxisch? Änderung der chemischen Eigenschaften? Nahrungskette? Akkumulation? Abbau? Produktion Gebrauch End-of-Life Oberflächen Reaktivität? Ökosystem Interaktion? Translokation? Huckepack? Metabolisierung? Krug (2005) UWSF Z Umweltchem Ökotox 17 (4) Krug HF & Klug P () Impact of Nanotechnological Developments on the Environment. In: Krug HF (ed.) Nanotechnology: Environmental Aspects, Vol. 2. Wiley-VCh, Weinheim, pp Harald F. Krug

5 GSLI Ansatz zur toxikologischen Risikoabschätzung Physikochemische Modelle E X P O S I T I O N R I S I K O G E F Ä H R D U N G in vitro/in vivo Bioassay Krug (2005) UWSF Z Umweltchem Ökotox 17 (4) Krug & Fleischer (2007) UMG 20 (1) Risikokommunikation Harald F. Krug 9 Krug et al. (2006) Toxicity of Nanomaterials New Carbon Conformations and Metal Oxides. In: Nanomaterials Toxicity, Health and Environmental Issues, Series title: Nanotechnology for the Life Sciences (Kumar, C., ed.) Wiley-VCh, Weinheim, pp Harald F. Krug

6 GSLI Risiko Management Risiko Analyse Risiko Abschätzung Risikovermeidung Risikominderung Risikokommunikation Gefährdungsidentifizierung Gefährdungscharakterisierung Expositionsabschätzung Risiko Charakterisierung Krug et al. (2006) Toxicity of Nanomaterials New Carbon Conformations and Metal Oxides. In: Nanomaterials Toxicity, Health and Environmental Issues, Series title: Nanotechnology for the Life Sciences (Kumar, C., ed.) Wiley-VCh, Weinheim, pp Harald F. Krug 11 Prälimin liminäre Risikobeurteilung von synthetisch hergestellten Nanopartikeln Production volume >1 tonne per year and/or Aerosol releasing during Production Handling Processing and/or Yes Rapidly soluble? No Yes Length > 5 µm Aspect Ratio > 100:1 No Yes Toxicological Screening Lung toxicity Systemic effects Oxidative stressor Endocrine disruptor Sensitiser/Adjuvant No Direct exposure to Customers Workers Environment No Yes No Diameter < 100 nm No No Ecotoxicological Screening Persistence Long range transport Biomagnification Yes or unknown Low Priority Intermediate Priority High Priority Aus: Aktionsplan der Schweiz, adaptiert nach Howard and de Jong (2004) Harald F. Krug

7 GSLI Harald F. Krug 13 Expositionspfade Haut - 2 m² GIT m² Harald F. Krug

8 GSLI Risiko durch Reaktionen? OH OH UV-Licht UV-Licht O C C R O 2 - O 2 OH e - O C R e - - OH Fe H 2 O 2 Harald F. Krug 15 Risiko durch Reaktionen? Harald F. Krug

9 GSLI Risiko durch Reaktionen? Harald F. Krug 17 Harald F. Krug

10 GSLI Nahrung ist oft, Kosmetika sind meist eine Emulsion Öl Wasser Salat Dressing Mayonnaise Milch Wurst/Fleischwaren Sonnenschutz Creme. Tröpfchengrösse < 1 μm bis 1 mm Emulgatoren auf der Oberfläche stabilisieren die Emulsion Harald F. Krug 19 Liposomen Nanoemulsionen Nanoemulsionen Nanoemulsionen sind transparent und relativ stabil Verwendung als Transportvehikel für wasserunlösliche Komponenten: - Carotinoide - Geschmacksstoffe - Tocopherol (Vit E) Nanopartikel mit Coating Erhöhte Bioverfügbarkeit von aktiven Inhaltsstoffen 50 bis 200 nm PD Dr. Conde-Petit (Chen, Weiss & Fereidoon, Food Technology, 2006) Harald F. Krug

11 GSLI Registrierte Nahrungsmittel- Additiva Drei Materialien sind zugelassen, die eng mit den Materialien verwandt sind, welche in der Nanorisiko- Diskussion bedeutsam sind: TiO 2 (E171) SiO 2 (E551) Aluminiumsilikate (E554, E556, E559) Harald F. Krug 21 Vision: Massgeschneiderte Mikro- und Nanokapseln für die freisetzung von aktiven Substanzen Mikrokapsel Nanokapsel (Bild: PD Dr. Conde-Petit Harald F. Krug

12 GSLI Fiktion Funktionalisierte Nanopartikel für zielgerichtete Erkennung des Wirkunsgortes: z.b. Transport von Salz-haltigen Nanopartikeln zu den Geschmacksrezeptoren der Zunge NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl PD Dr. Conde-Petit Harald F. Krug 23 Was ist mit synthetischen Nanopartikeln und Lebensmitteln sind sie im Gebrauch? Fullerene Kohlenstoff Nanoröhrchen not registered Gesetzlich registriert: TiO 2 (E171) Farbsubstanz SiO 2 (E551) Trennmittel/Rieselhilfe Aluminosilicates (E554, E556, E559) eher Mikro als Nano!! Harald F. Krug

13 GSLI Was ist mit synthetischen Nanopartikeln und Lebensmitteln sind sie im Gebrauch? Harald F. Krug 25 Nanotechnologie in der Verpackung Behälter mit antimikrobiellen Oberflächen durch den Zusatz von Nano-Silber (25 nm) in Polymere Coating von Oberflächen (PET- Flaschen) mit einer Nanoschicht (1-100 nm) SiO 2 (Bild: Online-Katalog einer Korean. Firma) (Bild: PLASMAX, Flyer SIG) Harald F. Krug

14 GSLI Beispiel: Brot in «Tupperware» Nach 30 Tagen ohne Nanomaterialien mit Nano- Silber Nach 30 Tagen Folie: Susanne Brenner, TA-Swiss Harald F. Krug 27 Nanotechnologie in Nahrung & Kosmetik Innovation Hype Verpackungen für Lebensmittel Massgeschneiderte Nanostrukturen für neue Eigenschaften Nanotechnologie rund um Nahrung & Kosmetika UV-Schutz/Radikal-Schutz Vermischen von Realität und Fiktion Nano inside sagt nicht, dass Nano wirklich drin ist! Old-fashioned Produkte in einem neuen Nanodesign - Nano for Sale Versprechungen ohne realistischen Hintergrund PD Dr. Conde-Petit Harald F. Krug

15 GSLI Europäische Aktivitäten ten Harald F. Krug Harald F. Krug

16 GSLI V_I_G_O _ Bewertungssystem für den Nachweis und vergleichende Beschreibung einer biologischen Wirkung von Nanomaterialien Harald F. Krug 31 V_I_G_O _ V I G O Vitalität Inflammation Genotoxizität Oxidativer Stress Partner gesucht Harald F. Krug

17 GSLI Wissenslücken Verlässliche und vergleichbare Methoden sind nicht vorhanden Referenzmaterial fehlt völligv Expositionsszenarien wurden nur wenig untersucht Einige Effekte sind beschrieben, aber wichtige Informationen fehlen immer noch: Toxikokinetik, Deposition und Akkumulation Ökotoxikologische Aspekte bisher fast völlig v unberücksichtigt Einige Fragen bisher nicht adressierbar, da entsprechende Fälle F noch gar nicht eingetreten sind Harald F. Krug 33 Wichtige Maßnahmen Industrie und Politik Die Befürchtungen der Verbraucher müssen ernst genommen werden Antworten parat haben durch begleitende Maßnahmen seitens des Risiko-Managements und durch entsprechende toxikologische Untersuchungen Die offene Kommunikation mit dem Verbraucher muss wahrgenommen werden Informationen zu allen (neuen) Entwicklungen auf dem Markt werden gebraucht Ein Code of Conduct kann helfen Harald F. Krug

18 GSLI Wichtige Maßnahmen Industrie und Politik Harald F. Krug 35 H. Brune H. Ernst A. Grunwald W. Grünwald H. Hofmann H. Krug P. Janich M. Mayor W. Rathgeber G. Schmid U. Simon V. Vogel Chapter 2 Nanotechnology and Philosophy of Science Chapter 3 Fields of Research and Technology 3.1 Materials 3.2 Information Storage 3.3 Biomedical Opportunities & Applications 3.4 Scaling Effects Chapter 4 Commercial Perspectives of Nanotechnology Chapter 5 Risk Assessment and Risk Management Chapter 6 Ethical Aspects of Nanotechnology Chapter 7 Knowledge Transfer in Nanotechnology Harald F. Krug