Kan vi egentligen förutsäga beteendet av nanopartiklar i miljön?
Nanopartiklar har ställt forskare för flera utmaningar och en av dem är att förutsäga deras beteende i miljön. Ekologisk riskbedömning av konventionella kemikalier bygger delvis på att förutsäga exponering i olika medier som sötvatten, mark osv. Detta resulterar i en uppskattning av koncentrationerna i miljön. Om dessa koncentrationer överskrider kända toxiska effektkoncentrationer så presenterar dessa kemikalier risker. Modellparametrarna som används i de befintliga modellerna fungerar dock inte för nanopartiklar. Existerande transport och andra modeller antar att kemisk jämvikt har ställts in men kemisk jämvikt som koncept ska inte tillämpas till partiklar som ska istället beskrivas med kinetiska modeller.
Den kinetiska parameter som har nämnts oftast i detta sammanhang är attachment efficiency, oftast skriven som a. Formellt anger a andelen av alla kontakter mellan partiklar eller mellan partiklar och naturliga ytor som resulterar i aggregat eller att partikeln klistrar till ytorna. Det finns dock inget standardiserat sätt att kvantifiera a. Kolontester är metoden som används oftast men a-värdet är väldigt beroende av de kemiska och fysiska förhållandena under dessa tester. Det finns därmed stora osäkerheter kring att använda a-värden från labbet för att förutsäga exponering till nanopartiklar i den riktiga miljön.
Ett samarbete mellan Amerikanska, Koreanska, Kinesika och Slovakiska forskare har försökt öka möjligheterna att tolka a erhållit från olika experimentella metoder. Dessa forskare har samlat in 2538 a värden från litteraturen och använt avancerade statistiska modeller för att analysera denna databas. Syftet var att upptäcka parametrarna som påverkar a mest men även att bygga en modell som ska kunna förutsäga a. Typ och koncentrationen av organisk material och nanopartikelns laddning framkom som viktiga och det är faktiskt välkänt att dessa parametrar begränsar klistring av partiklar till varandra eller till ytor. Detta visar att våra befintliga protokollen för a-bedömningen kommer nära till att kvantifiera en parameter som har en relation till det verkliga beteendet av nanopartiklar. De två viktigaste parametrar som påverkade a mest var dock experimentella variabler, dvs hur själva bedömningen har utförts. Om a varier starkt med det experimentella protokollet är det fortfarande osäkert om vi kan lita på förutsägningar baserat på denna parameter.
Författaren argumenterade att deras modell tillåter att jämföra a värden som har kvantifierats med olika metoder. Deras modell är statistiskt istället för mekanistisk och bygger på store mängder data. Modellen kan därmed ständigt förbättras genom att utöka databasen. Det som dock inte nämns av författeren är att deras resultat klargör att a-bedömningen ska standardiseras om vi någonsin vil kunna förutsäga beteendet av nanopartiklar. En sådan standardisering skulle underlätta att bygga upp en databas av a-värden som inte är beroende av den experimentella metoden och kan därför tillämpas till komplexa system i verkligheten. En sådan databas skulle därmed öka användbarheten av de befintliga toxikologiska data eftersom vi bättre kan uppskatta till vilka koncentrationer organismer exponeras.
Ett initiativ har tagits av OECD att göra precis det. Ett befintligt protokoll för att bedöma urlakning från kolonner (TG 312) har analyserats och ett dokument (”Guidance dokument”) har producerats hur ett kolonförsök ska genomföras för att erhålla a för nanopartiklar. Detta dokument tillåter dock fortfarande mycket frihet när det gäller de experimentella förhållanden och detta ska troligtvis ge en betydlig variation i a värden utöver det som kan förklaras mekanistiskt. Det kan därmed argumenteras att ytterligare standardiseringsarbete ska genomföras för att öka kvaliteten av exponeringsmodeller av nanopartiklar.
Referenser: Gomez-Flores, A.; Bradford, A.; Cai, L.; Urik, M.; Kim, H.; 2023. Prediction of attachment efficiency using machine learning on a comprehensive database and its validation. Water research 229, 119429.
Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) 2021. Guidance document on testing nanomaterials using oecd tg no. 312 “leaching in soil columns”. Series on Testing and Assessment, No. 342.
Källa: Geert Cornelis, Docent, SLU
Åsikterna i detta referat är expertens och representerar inte nödvändigtvis SweNanoSafes ståndpunkt.
0 kommentarer