Nanočástice oxidu křemičitého

Jak již bylo zmíněno, chemie oxidu křemičitého je velmi rozmanitá, a proto je jeho využití v nano-měřítku relativně komplexnější než využití uhlíku, prvku ze stejné skupiny v periodické tabulce prvků. Uhlíkaté materiály nejsou vhodné pro medicínské aplikace, protože jsou nebiodegradabilní, setrvávají v tělních tkáních a působí toxicky, což bylo pozorováno v několika studiích [36].

7.1 Biodegradabilita křemičitých nanočástic

Křemičité nanočástice mají velký potenciál ve využití jako transportéry léčiv v živých organismech. Proto je velmi důležité zkoumat jejich rozpustnost v tělních tekutinách a jejich další způsob odbourávání v organismu.

Křemičité nanočástice v živých organismech rychle degradují za vzniku kyseliny křemičité Si(OH)4, jejíž stopové množství se nachází v kostech a ostatních tkáních v organismu [36], [50]. Povrch nanočástic je zpravidla pokryt i jinými atomy nebo substituenty, především hydridy Si-H, Si-H2 a Si-H3. Tyto vazby jsou mnohem reaktivnější než vazby C-H, což je dáno větší polarizací a menší energií vazby Si-H.

7.2 Biokompatibilita křemičitých nanočástic

Člověk je stále více vystavován kontaktu s křemičitými nano- a mikro-částicemi. Tento fakt je dán tím, že se stále objevují jejich nové aplikace. Jejich neblahý vliv není zcela prozkoumán a je podrobován intensivnímu výzkumu [36], [51].

Existuje několik možností styku s křemičitými nanočásticemi. Mezi nejběžnější patří inhalace do plic, styk s pokožkou a průchod trávicím ústrojím.

7.3 Efekt inhalovaných křemičitých nanočástic

Brownova difúze dovoluje částicím cestovat vzduchem a vytváří tak možnost jejich inhalace do dýchacího ústrojí. Do plic se částice nejčastěji dostávají vdechnutím ústní nebo nosní dutinou. Tyto částice mohou způsobovat různá onemocnění plic včetně nádorového onemocnění. Nanočástice na bázi křemíku bohužel nevykazují slibné výsledky. Vdechnutí krystalického Si02 způsobilo onemocnění jako astma, intersticiální fibrózu, bronchitidu a dušnost. Naproti tomu amorfní SiO2 byl shledán méně toxickým.

33

V literatuře se bohužel objevují špatně interpretovatelná data, co se toxicity nanočástic na bázi křemíku týče. Problémem je používání různých množství nanočástic, různá doba expozice a používání různých pokusných zvířat. V jedné studii byl za rozhodující faktor považován tvar a velikost částic [52]. Bylo zaznamenáno několik případů onemocnění způsobených inhalací, projevujících se symptomy jako pohrudniční výpotek nebo poškození pohrudnice.

Toxicita křemičitých nanovláken bude diskutována v praktické části, která vychází z naprosto nových a ještě nepublikovaných výsledků.

7.4 Styk křemičitých nanočástic s kůží

Dermálně podávané léky tvoří jedno z nejrozsáhlejších odvětví farmaceutického průmyslu. Kůže je orgánem s největším povrchem a je v neustálém kontaktu s částicemi rozptýlenými ve vzduchu, pro které představuje bariéru vstupu do měkkých tkání.

Aplikace křemičitých nanočástic na pokožku je většinou považována za bezpečnou.

V literatuře se bohužel neobjevují systematické studie o kontaktu křemičitých nanočástic s pokožkou. V Tab. 3 je shrnuto několik studií interakce křemičitých nanočástic aplikovaných na pokožku metodami in vitro, ex vivo a in vivo.

Zhang a kol. porovnávali cytotoxicitu křemičitých nanočástic o průměrech 80 nm a 500 nm. Křemičité nanočástice s průměrem 80 nm snížily životaschopnost buněk a zastavily proliferaci lidských kožních fibroblastů. Bylo také pozorováno narušení mitochondrií, které vedlo k jejich disfunkci [53]. Nabeshi a kol. sledovali cytotoxicitu křemičitých nanočástic v závislosti na jejich velikosti při aplikaci na myší Langerhansovy buňky, což jsou dendritické buňky hvězdnicovitého tvaru nacházející se v pokožce.

Langerhansovy buňky tvoří asi 2–8 % buněk lidské pokožky a mají pravděpodobně stejný původ jako makrofágy, patří mezi antigen prezentující buňky. Pomáhají bránit tělo před látkami, které vstupují do těla přes pokožku.

Bylo zjištěno, že křemičité nanočástice o průměru 70 nm se mnohem více vstřebávají do pokožky a mají větší cytotoxicitu oproti nanočásticím o průměru 500 nm a 1000 nm [54].

34

Tab. 3 Přehled toxicity křemičitých nanočástic [36].

Typ

keratinocyty 48 30 až 300 Při koncentraci 50 um/ml životaschopnost buněk klesla o 10%

v porovnání s kontrolními buňkami SiO 7 nebo

10-20 In vitro - 3D

Epiderm TM 5 a 18 500

Nebyl pozorován rozdíl v životaschopnosti buněk oproti

kontrolním buňkám

SiO 80 In vitro - liské kožní

fibroblasty 24 100

Při vyšších koncentracích než 50 um/ml došlo ke snížení životaschopnosti buněk; došlo k

zeslabení potenciálu membrány mitochondrií; byla poškozena

buněčná adheze a migrace.

SiO 500

In vitro - liské kožní

fibroblasty 24 100

Nebyl pozorován rozdíl v životaschopnosti buněk oproti

kontrolním buňkám

SiO 70 In vitro - lidské

keratinocyty 24 < 10

Při koncentracích vyšších než 1250 um/ml došlo ke zvýšenému

uvolněňování LDH (laktátdehydrogenáza).

SiO 300 a 1000 In vitro - lidské

keratinocyty 24 < 10

Při koncentracích vyšších než 1250 um/ml nebyly pozorovány žádné pozorovatelné změny v uvolňování

LDH.

U WD1 došlo při koncentracích vyšších než 171 um/ml u 20% buněk ke snížení životaschopnosti, u

CCD-966sk ke stejnému jevu došlo při koncentraci 224 um/ml. Došlo k pozastavení proliferace buněk a k

poškození buněčných membrán.

SiO 3000 Ex vivo - liská

pokožka 24 0,1% v

500 uL Byl pozorován průnik částic přes epidermis (spodní vrstva pokožky)

SiO 95 a 160

Částice o velikosti 171 nm se rozprostřely na svrchní vrstvě pokožky a na epitelu vrchních částí

vlasových váčků.

SiO 7 nebo

10-20 In vivo (králíci) 24 a 72 nespecifik

ováno Nebylo pozorováno žádné narušení pokožky.

35