อนุภาคนาโนของโลหะ

            การศึกษาวิจัยเกี่ยวกับความเป็นพิษของวัสดุนาโนประเภทโลหะ มักใช้โลหะเงินเป็นตัวแทนในการศึกษาเนื่องจากโลหะเงินมีการใช้งานอย่างมากในหลายผลิตภัณฑ์ ปัจจุบันยังมีงานวิจัยด้านความเป็นพิษจากซิลเวอร์นาโนไม่มากนัก  การวิจัยส่วนใหญ่ยังคงเป็นการทดลองในสัตว์ทดลองเป็นโดยการกำหนดเงื่อนไข และขั้นตอนการทดลองตามหลักของการศึกษาด้านพิษวิทยา คือการให้สัตว์ทดลองสูดหายใจในบรรยากาศที่มีวัสดุนาโนปนเปื้อนอยู่ โดยวัสดุนาโนมีขนาดและความเข้มข้นต่างๆกัน จากนั้นจึงเป็นการติดตามผลหลังการได้รับวัสดุนาโนของโลหะเป็นระยะเวลาหนึ่ง   ซึ่งผลการทดลองสังเกตจากการอักเสบของอวัยวะต่างๆ  การคงอยู่ในอวัยวะต่างๆ  และการเคลื่อนตัวของอนุภาคนาโนของโลหะ  ตัวอย่างผลการศึกษาวิจัยความเป็นพิษของ ซิลเวอร์นาโนจากการสูดหายใจจำนวน 3 งานวิจัย (Takenaka et al. 2001,  Hyun et al. 2008 and Sung et al. 2009) ซึ่งทั้ง 3 งานวิจัย ใช้หนูเป็นสัตว์ทดลอง  โดยใช้ซิลเวอร์นาโนที่มีขนาดอนุภาคในช่วงต่างกันตั้งแต่ 4-19 นาโนเมตร และด้วยความเข้มข้นระดับต่างๆ ซึ่งความเข้มข้นที่ใช้สูงสุด คือ 515 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ผลการทดลองพบซิลเวอร์นาโนที่ปอด เลือด และอวัยวะอื่นๆ เช่น สมอง และไต ทั้งนี้เนื่องจากซิลเวอร์นาโนสามารถเคลื่อนตัวไปยังอวัยวะต่างๆได้  ด้วยการเคลื่อนตัวไปตามกระแสเลือดไปสู่อวัยวะต่างๆ เช่น ตับ ม้าม หรือสมอง  อย่างไรก็ตามยังไม่มีหลักฐานที่บ่งชี้ได้ว่าการเคลื่อนตัวนั้นเกิดจากการละลายของอนุภาคซิลเวอร์นาโนไปเป็นซิลเวอร์ไอออน หรือ เกิดจากการเคลื่อนตัวของอนุภาคซิลเวอร์นาโน

อนุภาคนาโนของโลหะออกไซด์

            ตัวอย่างงานวิจัยด้านความเป็นพิษของวัสดุนาโนประเภทโลหะออกไซด์ เริ่มตั้งแต่ปี ค.ศ.1992 ถึง ปี ค.ศ.2009 นั้น วัสดุที่เลือกมาศึกษา ได้แก่ ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) (Ferin et al. 1992, Renwick et al. 2004, Chen et al. 2006, Bermudez et al. 2004, Warheit et al. 2005, Grassian et al. 2007, Ahn et al. 2005, Heinrich et al. 1995, Inoue et al. 2008, Nurkeiwicz et al. 2006,  and Wang et al. 2008)   ซิงก์ออกไซด์ (ZnO) (Sayes et al. 2007)   แมงกานีสออกไซด์ (MnO) (Elder et al. 2006) หรือนิกเกิลออกไซด์ (NiO) (Ogami et al. 2009) แต่วัสดุโลหะออกไซด์ที่นิยมศึกษามากที่สุด คือ ไทเทเนียมไดออกไซด์

            ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าศักยภาพในความเป็นพิษของไทเทเนียมไดออกไซด์ โดยเบื้องต้นแล้วถูกกำหนดโดยขนาดของอนุภาค และรูปแบบของผลึก ขนาดที่เล็กลงและรูปผลึกแบบอานาเทสของไทเทเนียมไดออกไซด์ทำให้อนุภาคมีความเป็นพิษมากขึ้น นอกจากนี้แบบแผนการได้รับอนุภาคนาโน (รวมทั้งชนิดที่ใช้ (species used)  วิธีการได้รับ (exposure method) และปริมาณที่ใช้ (dose administered)) สามารถส่งผลกระทบต่อความเป็นพิษจากโลหะออกไซด์ ซึ่งเป็นความซับซ้อนในการเปรียบเทียบระหว่างผลการวิจัย  โดยทั่วไปแล้วการตอบสนองของปอดต่อโลหะออกไซด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งไทเทเนียมไดออกไซด์ พบว่าก่อให้เกิดการบาดเจ็บไปจนถึงระดับเซล  นอกจากนี้การได้รับไทเทเนียมไดออกไซด์ เป็นระยะเวลาที่ต่อเนื่องกันยาวนาน มีโอกาสให้พัฒนาเป็นเนื้องอกได้  ลักษณะเฉพาะที่ชัดเจนของอนุภาคที่ใช้เป็นจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อการบ่งชี้คุณลักษณะของไทเทเนียมไดออกไซด์  ซิงก์ออกไซด์ และนิกเกิลออกไซด์ ที่จะส่งผลต่อความเป็นพิษ

เอกสารอ้างอิง :

Ahn, M.N., Kang, C.M., Park, C.S., Park, S.J., Rhim, T., Yoon, P.O., Chang, H.S., Kim, S.H., Kyono, H. and Kim, K.C. 2005, “Titanium dioxide particle-induced goblet cell hyperplasia : association with mast cells and IL-13”, Respir Res, vol.6, pp.34-43.

Bermudez, E., Mangum, J. B., Wong, B.A., Asgharian, B., Hext, P.M., Warheit, D.B. and Everitt, J.I. 2004, “Pulmonary responses of mice, rats and hamsters to subchronic inhalation of ultrafine titanium dioxide particles”, Toxicol Sci, vol.77, no. 2, pp. 347-327.

Chen, H. W., Su, S. F., Chien, C.T., Lin, W.H., Yu, S.L., Chou, C.C., Chen, J.J. and Yang, P.C. 2006, “Titanium dioxide nanoparticles induce emphysema-like lung injury in mice”, FASEB Journal, vol 20, no. 13, pp. 2393-2395.

Elder, A., Gelein, R., Silva, V., Feikert, T., Opanashuk, L., Carter, J., Potter, R., Maynard, A., Ito, Y., Finkelstein, J., and Oberdorster, G. 2006, “Translocation of inhaled ultrafine manganese oxide particles t the central nervous system” Environ Health Perspect, vol. 114, no.8, pp. 1172-1178.

Ferin, J. Oberdorster, G. and Penny, D. P. 1992, “Pulmonary retention of ultrafine and fine particles in rats”, Am J Respir Cell Mol Biol, vol. 6, no.5, pp. 535-542.

Grassian, V. H., Adamcakova-Dodd, A., Pettibone, J.M., O’shaughnessy, P.T. and Thorne, P.S. 2007, “Inflammatory response of mice to manufactured titanium dioxide nanoparticles : comparision of size effects through different exposure routes”, Nanotoxicol, vol. 1, no. 3, pp. 211-226.

Heinrich, U., Fuhst, R., Rittinghausen, S., Creutzenberg, O., Bellmann, B., Koch, W. and Levsen, K. 1995, “Chronic inhalation exposure of wistar rats and two different strains of mice to diesel engine exhaust, carbon black, and titanium dioxide”, Inhal Toxicol, vol. 7, no. 4, pp. 533-556.

Hyun, J.S., Lee, B.S., Ryu, H.Y., Sung, J.H., Chung, K.H. and Yu, I.J. 2008, “Effect of  repeated silver nanoparticles exposure on the histological structure and mucins of nasal respiratory mucosa in rats”, Toxicol Lett, vol. 182, no.1-3, pp. 24-28.

Inoue, K., Takano, H., Ohnuki, M., Yanagisawa, R., Sakurai, M., Shimada, A., Mizushima, K. and Yoshikawa, T. 2008. “Size effects of nanomaterials on lung inflammation and coagulatory disturbance”, Int J Immunopathol Pharmacol, vol. 21 , no. 1, pp. 197-206.

Nurkiewicz, T.R., Porter, D.W., Barger, M., Millecchia, L., Rao, K.M., Marvar, P.J., Hubbs, A.F., Castranova, V. and Boegehold, M.A. 2006, “Systemic microvascular dysfunction and inflammation after pulmonary particulate matter exposure”, Environ Health Perspect, vol. 114, no. 3, pp. 412-419.

Ogami, A., Morimoto, Y., Myojo, T., Oyabu, T., Murakami, M., Todoroki, M., Nishi, K., Kadoya, C., Yamamoto, M. and Tanaka, I. 2009, “Pathological features of different sizes of nickel oxide following intratracheal instillation in rats”, Inhal Toxicol, vol. 21, no. 10, pp. 812-818.

Renwick, L.C., Brown, D.,Clouter, A. and Donaldson, K. 2004, “Increased inflammation and altered macrophage chemotactic responses caused by two ultrafine particle types”, Occupational and Environ Med, vol. 61, no. 5, pp. 442-447.

Sayes, C.M., Reed, K.L. and Warheit, D.B. 2007, “Assessing toxicity of fine and nanoparticles : comparing in vitro measurements to in vivo pulmonary toxicity profiles”, Toxicol Sci, vol. 97, no.1,  pp. 163-180.
 
Sung, J.H., Ji, J.H., Park, J.D., Yoon, J.U., Kim, D.S., Jeon, K.S., Song, M.Y., Jeong, J., Han, B.S. Han, J.H., Chung, Y.H., Chang, H.K., Lee, J.H., Cho, M.H., Kelman, B.J. and Yu, I. J.  2009, “Subchronic inhalation toxicity of silver nanoparticles”, Toxicol Sciences, vol. 108, no.2, 452-461.

Takenaka, S., Karg, E., Roth, C., Schulz, H., Ziesenis, A., Heizmann, U., Schramel, P., and Heyder, J. 2001, “Pulmonary and systemic distribution of inhaled ultrafine silver particles in rats”, Environ. Health Perspect., vol. 109 Suppl 4, pp. 547-551.

Wang, J., Zhou, G., Chen, C., Yu, H., Wang, T., Ma, Y., Jia, G., Gao, Y., Li, B., Sun, J., Li, Y., Jiao, F., Zhao, Y. and Chai, Z. 2007, “Acute toxicity and biodistribution of different sized titanium dioxide particles in mice after oral administration”, Toxicol Lett, vol. 168, no. 2, pp. 176-185.
 
Warheit, D.B., Brock, W.J., Lee, K.P., Webb, T.R. and Reed, K.L. 2005, “Comparative pulmonary toxicity inhalation and instillation studies with different TiO2 particle formulations : impact of surface treatments on particle toxicity” Toxicol Sci. vol.88, no. 2, pp. 514-524.