Nanodeeltjes zijn duizend keer kleiner dan een mensenhaar. Krediet: Stephanie King, Pacific Northwest National Laboratory
Technologieën gebaseerd op materialen op nanoschaal – bijvoorbeeld deeltjes die meer dan 10.000 keer kleiner zijn dan de punt aan het einde van deze zin – spelen een steeds grotere rol in onze wereld.
Koolstof nanovezels vliegtuigen en fietsframes versterkenzilveren nanodeeltjes bacteriebestendige stoffen makenen vochtinbrengende nanodeeltjes die nanoliposomen worden genoemd gebruikt in cosmetica.
Nanotechnologie zorgt ook voor een revolutie in de geneeskunde en verlegt de grenzen van menselijke prestaties. Als u in de Verenigde Staten een COVID-19-vaccin heeft gekregen, er zaten nanodeeltjes in.
In de toekomst kan nanotechnologie artsen mogelijk beter maken hersenziekten en -stoornissen behandelen zoals kanker en dementie, omdat nanodeeltjes gemakkelijk door de bloed-hersenbarrière passeren.
Nanodeeltjes in oogdruppels kan het gezichtsvermogen tijdelijk corrigeren. En strategisch geïmplanteerde nanodeeltjes in de ogen, oren of hersenen kunnen dit mogelijk maken nachtzicht of dat horen zo goed als die van een hond. Nanodeeltjes kunnen mensen zelfs in staat stellen hun slimme huizen en auto’s te besturen met hun hersenen.
Dit is geen sciencefiction. Dit zijn allemaal actieve onderzoeksgebieden.
Maar de kaders voor het beoordelen van de veiligheid en ethiek van nanodeeltjes hebben geen gelijke tred gehouden met het onderzoek. Als een chemicus Als ik in de biowetenschappen werk, baart dit beperkte toezicht mij zorgen. Zonder bijgewerkte raamwerken is het moeilijk te zeggen of nanotechnologie de wereld een betere plek zal maken.
Nano – wat en waarom?
Elk deeltje of materiaal tussen 1 en 100 nanometer in één dimensie kan worden geclassificeerd als ‘nano’. De periode aan het einde van deze zin is 1.000.000 nanometer, en een mensenhaar heeft een diameter van ongeveer 100.000 nm. Beide zijn veel te groot om als ‘nano’ te worden beschouwd. Eén enkel coronavirus heeft een diameter van ongeveer 100 nanometer, en roetdeeltjes van bosbranden kunnen dat ook zijn zo klein als 10 nanometer in diameter—twee voorbeelden van natuurlijk voorkomende nanodeeltjes.
Nanodeeltjes kunnen ook in een laboratorium worden geproduceerd. De adenovirusvectoren, nanolipodeeltjes en mRNA gebruikt in COVID-19-vaccins zijn gemanipuleerde nanodeeltjes. Het zinkoxide en titaniumdioxide dat wordt gebruikt pure minerale zonnebrandmiddelen zijn ook gemanipuleerde nanodeeltjes, net als de koolstofnanovezels in vliegtuigen en fietsframes.
Nanodeeltjes zijn nuttig omdat ze andere eigenschappen hebben dan grotere materialen, ook al hebben ze dat wel dezelfde chemische samenstelling. Grote deeltjes zinkoxide zijn bijvoorbeeld niet oplosbaar in water en worden gebruikt als pigment in witte verf.
Zinkoxide op nanoschaal wordt gebruikt in zonnebrandcrème, waar het er bijna transparant uitziet, maar zonlicht van uw huid reflecteert om zonnebrand te voorkomen.
Zinkoxide op nanoschaal vertoont ook antischimmel- en antibacteriële eigenschappen dat zou nuttig kunnen zijn voor het maken van antimicrobiële oppervlakken, maar de reden voor de antimicrobiële eigenschappen ervan is niet volledig duidelijk.
En daarin schuilt het probleem. Hoewel veel wetenschappers geïnteresseerd zijn in het exploiteren van de positieve eigenschappen van nanomaterialen, zijn mijn collega’s en ik bezorgd dat wetenschappers dat nog steeds doen weten niet genoeg over hun gedrag.
Veiligheid van nanotechnologie
Nanodeeltjes zijn aantrekkelijk voor biomedische onderzoekers omdat ze dat kunnen door celmembranen glippen. De antimicrobiële eigenschappen van zinkoxide op nanoschaal houden waarschijnlijk verband met hun vermogen om bacteriële celmembranen te passeren. Maar deze nanodeeltjes kunnen dat wel menselijke celmembranen passeren ook.
In de Verenigde Staten is zinkoxide “algemeen erkend als veilig en effectief“door de Food and Drug Administration voor producten als zonnebrandcrème, omdat het onwaarschijnlijk is dat zonnebrandcrème giftig is voor mensen.
Hoewel wetenschappers de gezondheidseffecten van grote deeltjes zinkoxide redelijk goed begrijpen, begrijpen ze de gezondheidseffecten van zinkoxide op nanoschaal echter niet volledig. Laboratoriumonderzoek met menselijke cellen heeft tegenstrijdige resultaten opgeleverd. variërend van ontsteking tot celdood.
Ik ben een groot voorstander van zonnebrandcrème. Maar ik maak me ook zorgen over de milieueffecten van deeltjes die dat wel zijn waarvan bekend is dat ze celmembranen passeren.
Jaarlijks worden honderden tonnen nano-zinkoxide geproduceerd, en het wordt niet gemakkelijk afgebroken. Als we het gedrag ervan niet beter begrijpen, is er geen manier om te voorspellen of het uiteindelijk een probleem zal worden – hoewel er steeds meer aanwijzingen zijn dat nano-zinkoxide uit zonnebrandcrème schadelijk is. schadelijke koraalriffen.
Ethiek van nanotechnologie
Het vermogen van nanodeeltjes om celmembranen te passeren maakt ze effectief in therapieën zoals vaccins. Nanodeeltjes zijn veelbelovend het regenereren van skeletspierenen op een dag zouden ze spierdystrofie kunnen behandelen, of de natuurlijke atrofie die met de jaren gepaard gaat.
Maar COVID-19-vaccins bieden een waarschuwend verhaal: op nanodeeltjes gebaseerde COVID-19-vaccins werden snel overgenomen door de Verenigde Staten en Europa, maar landen met lagere inkomens hadden dat niet gedaan. veel minder toegang als gevolg van patentbescherming op het vaccin en een gebrek aan productie- en opslaginfrastructuur.
Nanodeeltjes kunnen ook menselijke prestatieverbeteringen mogelijk maken, variërend van beter gezichtsvermogen voor soldaten die daarvoor zijn ontworpen effectiever in de strijd.
Zonder een ethisch raamwerk voor het gebruik ervan zouden prestatieverhogende nanotechnologieën die alleen op bepaalde plaatsen toegankelijk zijn, de welvaartskloof tussen hoge- en lage-inkomenslanden kunnen vergroten.
Opkomend toezicht
Tegenwoordig behandelen verschillende landen nanodeeltjes verschillend. Bijvoorbeeld die van de Europese Unie Wetenschappelijk Comité voor consumentenveiligheid heeft het gebruik van zinkoxide op nanoschaal in zonnebrandmiddelen in spuitbussen in de hele EU verboden, daarbij verwijzend naar hun potentieel om in de longcellen terecht te komen en van daaruit naar andere delen van het lichaam te gaan. De Verenigde Staten hebben geen soortgelijke actie ondernomen.
De Europese Unie heeft een laboratorium voor nanobiotechnologie om de gezondheids- en milieueffecten van nanodeeltjes te bestuderen.
In de Verenigde Staten is de Nationaal Nanotechnologie-initiatiefeen gecoördineerde, door de overheid gesponsorde onderzoeks- en ontwikkelingsinspanning, werkt eraan om juridische en ethische experts aan te trekken samen met wetenschappers. Ze zullen de voordelen en risico’s van nanotechnologieën tegen elkaar afwegen en informatie verspreiden onder andere wetenschappers en het publiek.
Het overwinnen van de ongelijkheid in de distributie van vaccins op basis van nanodeeltjes is een heel ander probleem. Het COVAX-programma van de Wereldgezondheidsorganisatie probeerde dit te garanderen eerlijke en gelijke toegang voor COVID-gerelateerde therapieën. Soortgelijke maatregelen moeten worden overwogen voor alle op nanotechnologie gebaseerde medicijnen, zodat iedereen hiervan kan profiteren.
Synthetische biologie is een vakgebied dat een vergelijkbare snelle groei doormaakt. De afgelopen twintig jaar is de non-profitorganisatie Stichting iGEM heeft jaarlijks een wereldwijde studentenwedstrijd georganiseerd, die het gebruikt als platform om jonge wetenschappers te leren nadenken over de bredere implicaties van hun werk.
De iGEM Foundation eist van deelnemers dat ze nadenken over veiligheid, beveiliging en of hun project ‘goed voor de wereldDe onderzoeksgemeenschap op het gebied van nanotechnologie zou enorm profiteren van het adopteren van een soortgelijk model. Nanotechnologieën die de wereld ten goede veranderen, vereisen coördinatie van wetenschap en ethiek om vorm te geven aan de manier waarop ze worden gebruikt en gecontroleerd, lang nadat we ze hebben gecreëerd.
Geleverd door Het gesprek
