Влияе ли добавката на наночастици върху безопасността на храните? ПДФ Печат Е-мейл
Написано от Administrator   
Неделя, 23 Май 2010 10:20

Нанотехнологията се занимава с получаването на много малки частици с размери от нанометричната скала. Наночастиците се означават като частици с малък размир от 100 и по-малко нанометра (SCENIHR, 2007b). Поради техният малък размер и специфична химична структура наночастиците имат голям потенциал за приложение в различни хранителни продукти. Нанотехнологията включва различни аспекти, като например третиране на заболявания, безопасност на храните, нови материали, използвани за установяване на патогенни микроорганизми и опаковъчни материали.

Въз основа на последните проучвания на учените, преди непознатите наночастици вече се използват дато добавки в различни хранителни продукти. Приложението на наночастиците в електрониката, медицината, текстилната промишленост, козметиката бе последвано от въвеждането на тези продукти на нанотехнологията в хранителната индустрия (Maynard и сътр., 2006; Chen и сътр., 2006a). Въпреки, че до момента са разработвани подробно различни методи за приложение на наночастиците в хранителната индустрия, напоследък се задълбочиха проучванията по отношение на потенциалната токсичност на тези хранителни добави за човешкото здраве. През последните години някои изследаватели установяват, че наночастиците могат да имат и токсични ефекти по отношение на биологични обекти (Nel et al., 2006; Oberdorster et al., 2007b; Donaldson and Seaton, 2007). Поради факта, че продуктите съдържащи наночастици са вече в търговската мрежа и установеният потенциален риск от тяхната консумация налагат спешни законодателни мерки в това отношение (Morgan, 2005).

Получаване и физико-химичен състав на наночастиците

Полимерните наночастици се разделят на две категории: нанокапсули и наносфери. В миналото са се получавали наночастици с полимерна обвивка и сърцевина. По-късно започва производството на наночастици, съставени от полимерен скелет. Последните са често използвани като преносители на фармацевтични лекарствени средства.

През годините за производство на нанополимери са използвани различни полимерни вещества, както и различни техники на производство.

Във фармацевтиката се препоръчват наночастици с големина от 100 до 500 nm, с оглед най-доброто им усвояване през чревния тракт на човека. В същото време е установено, че наночастици с размери над 10 ?m не преминават през червата на човека (Lamprecht и сътр.,2001).

В продължение на 30 години, учените са изследвали различни полимери и кополимери за разработване на наночастици. Докато естествените полимери при използването им във фармацевтиката водят до бързо освобождаване на свързаното с тях лекарствено средство, то изкуствено синтезираните полимери са постигали по-продължително освобождаване на лекарствените средства за дни и дори за седмици. Технологично са прилагани различни технологии и методи за производство на нанополимери за постигане на различия в тяхната структура и състав.

Полимерните материали, използвани за получаване на наночастиците включват синтетични киселини (poly(lactic acids) (PLA), poly(lactic-co-glycolic acids) (PLGA), poly(?-caprolactone) (PCL) и poly(methyl methacrylates), и poly(alkyl cyanoacrylates)) или естествени полимери (албумин, желатин, водорасли, колаген или хитозан). Полиестерите, самостоятелно или в комбинация с други полимери, са най-често използвани при получаването на наночастици PLGA (Dillen и сътр., 2004) и PLA (Krause и сътр., 1985) които са се оказали най-биоприложими и биоразградими.

По-скоро са разработени формулите на естествени полимери. Van der Lubben и сътр, 2001, доказва, че говеждия серумен албумин (BSA) или ваксиналния тетанусов токсоид (TT) най-лесно се капсулират в наночастици от хитозан.

Принципи на получаване на наночастиците

Наночастиците се получават от синтетични полимери обикновено чрез дисперсия на образуващите ги първични полимери. Наколко техники чрез използването на наночастици, предимно свързани с хидрофобността на лекарствените средства са били използвани за капсулиране на лекарствените средства. Извършвани са и сериозни проучвания, свързани с техническите параметри, необходими за образуване на наночастици. Модификацията на повърхността на наночастиците се извършва или чрез свързването им с хидрофилни стабилизиращи, биоадхезивни полимери, чрез сърфактант или чрез вграждане в тях на биодеградабилни кополимери, съдържащи хидрофилни половини във формулата си. Тези модификации променят предимно т.нар зета-потенциал на наночастиците, както и тяхната хидрофобност, повлиявайки колоидалната стабилност, мукоадхезията, протеинната абсорбция на тяхната повърхност, и накрая, усвояването през чревния тракт на наночастиците.

Полимерните наночастици в началото на техния синтез представляват по-специален интерес по отношение на фармацевтиката и главно се използват за улесняване на прилагането през устата на лекарствените средства. Установено е, че те са по-стабилини в гастроинтестиналния тракт в сравнение с останалите колоидни преносители на ваксинални частици, например липозомите, и магат да предпазят капсулираните лекарствени средства от въздействията на съставките на гастроинтестиналния тракт. На второ място, използването на различни полимерни материали позволява известна желана промяна на физико-химичните характеристики (хидрофобност, зета-потенциал), освобождаване на активните субстанции от лекарствените срадства, както и дава предимство чрез някои биологични въздействия (определяне на прицелните клетки за въздействието, биоадхезия, подобряване на вътреклетъчната обмяна). Накрая, повърхността на частичките може да се модифицира чрез абсорбция на различни химични вещества като полиетилен гликол и биоактивни молекули (лектини, инвазини и др.). Освен това, субмикронната структура и голямата специфична повърхност на нанополимерите подобрява тяхната усвоимост, което се смята като предимство в сравнение с останалите преносители на лекарствени средства. През годините са правени много опити за разработване на приемани през устата терапевтични пептиди и протеини, главно с оглед по-доброто усвояване на прилаганите през устата ваксини (Steffansen и сътр., 2004; Lee, 2002; Kompella и Lee, 2001; Russell-Jones, 1998; Fasano, 1998.). До момента във фармацевтиката обстойно са проучени, както механизмите на пренасяне на наночастиците през чревната мукоза, така и възможностите за тяхното съвместно приложение с различни терапевтични пептиди, протеини и ваксини.

Транспорт на наночастиците през чревния тракт

Проучванията на учените до момента са били насочени върху увеличаване възможността за усвояемостта на наночастиците през чревния тракт. Въпреки това, изследванията в това направление са били извършвани при животни и към момента липсват зъдълбочени експериментални данни при хора. Липсват и сравнителни проучвания, които да дадат възможност да се заключи, кои полимери и съответно наночастици, биха били най-ефективни и най-подходящи за употреба като добавки към храни. Данните до момента сочат, че по-малките наночастици се приемат и транспортират в организма по-бързо чрез ентероцитите и М-клетките. Има научни публикации (Russell-Jones и сътр., 1999) които препоръчват употребата на лектин-свързани наночастици, но те са за определени лекарствени форми. Препоръчва се също, препаратите да не се употребяват от хора с алергии към храни, както и се изтъква наличието на риск от алергизиране към такива лекарствени форми при продължителна употреба.

Напоследък учените усилено работят по проблема, дали някои наночастиците биха могли да се прилагат заедно с инсулин, с оглед при такава употреба през устата, те да подпомагат транспорта на инсулина през червата на човека. От друга страна има проучвания, според които при използването на наночастици се достига до известно повишение на усвояването на калцитонина (Jung и сътр., 2000).

Поради своя малък размер и специфичен физико-химичен състав наночастиците биха могли да участват в сложни биологични въздействия в организма на човека. Различни са както външният вид, така и съставът на наночастиците.

Наночастици и наноемулсии

Наночастиците в храните обичайно са във вид на суспензия (твърда фаза в течност) или на емулсия (две течни фази). В хранителната промишленост се използват предимно метални наночастици като например нано-сребро, нано-цинков окис, нано-мед и нано-титанов диоксид. Всяка от съдържащите тези химически вещества наночастици има различна структура и очертания, както и размери и може да се срещне и във вид на агломерирани (свързани) форми.

Тази информация е важно по отношение на потенциалният риск от храните, съдържащи такива съставки, и е във връзка с усвояемостта им и въздействието на различните наночастици върху консуматорите.

Нано-пренасяща система

Нано-капсулирането на хранителните вещества е основен начин за използването на наночастиците в хранителната индустрия. Включените в обвивка от наночастици хранителни вещества са предпазени от въздействието на стомашните ензими и имат удължен разпад, както и завишена стабилност в храносмилателния тракт на човека. Някои автори посочват, че по този начин се подпомага достигането на хранителните субстанции в по-отдалечени части на организма на човека (Letchford и Burt, 2007; Taylor и сътр., 2005). Малкият размер на капсулираните с наночастици хранителни субстанции води до по-дълъг период за тяхното освобождаване в чревния тракт (Chen и сътр., 2006b; Medina et al., 2007). Този начин на употреба на наночастиците има перспективи по отношение на някои стомашно чревни заболявания като гастрити и язви.

Полимернооснована нанопренасяща система

Нанокапсулите на основата на полимери, се създават чрез полимеризация на един или повече вида мономери, обикновено един хидрофобен и един хидрофилен. Естествените полимери, които обикновено се използват за тези цели са албумина, желатина (Zwiorek et al., 2004), алгината, колагена и хитозана (des Rieux et al., 2006), както и млечния протеин ?-лактоалбумин (Graveland-Bikker и de Kruif, 2006). Протеинсвързаните нанокапсули представляват подчертан научен интерес поради факта, че могат лесно да бъдат създадени, както и поради лесното си окрупняване чрез агломерация с полизахаридите, липидите и другите биополимери. Поради тези си възможности протеинсвързаните нанокапсули напоследък се използват все по-широко в хранителната индустрия. През последните години са разработени различни мицеларни, наносферични, полимерни и нанокапсулирани структури на основата на агломерация на наночастици и различни полимерни структори (Kabanov, 2006; Letchford и Burt, 2007).

Приложение на нанотехнологията в хранителната индустрия

При извършване на обстоен анализ на наличната информация може да се обобщи, че наночастиците се използват във всички етапи на производство на хранителни продукти.

Някои изследователи посочват, че неразтворимите свободни наночастици, които представляват агломерати от отделни частици, представляват най-голяма опасност по отношение здравето на човека (SCENIHR, 2007a).

Производство на растителни храни

По време на първичното производство на растителни продукти се използват различни агрохимикали в състава на някои от които са инкорпорирани и наночастици. Установено е, че остатъчните количества от тези химикали, заедно със съдържащите се в тях наночастици, могат да се установят и в растителните храни. Някои от наночастиците (алуминиев оксид, лантанови частици и железни наночастици), се използват и за пречистване на води от замърсявания.

Използване на наночастиците за опаковане и запазване продължително време на хранителни продукти

Индиректна контаминация нахраните от наночастици може да се постигне в случай, че наночастиците са вложени в опаковъчните материали, използвани за обвиване и запазване за продължително време в свеж вид на продуктите. Този тип употреба на наночастиците е най-често използван през последните години (Chaudhry et al., 2008). През 2008 г. е публикуван обзор, свързан с предлагането на регулаторни изисквания по отношение на използването на наночастиците в опаковъчни материали (WWIS, 2008). В този случай наночастиците се използват в опаковъчните материали за увеличаване на бариерните функции на материала (напр. силикатни, наносребро, наномагнезии и наноцинк). При използваен на наноматериали в опаковките на храните единственият възможен начин за контаминация на храните представлява директният контакт на наночастиците с храната (Avella et al., 2005).

Наночастиците се използват и с друга цел в опаковъчните материали. В някои от тях те изпълняват специфични сензорни функции и се наричат наносензори, които реагират при промени в условията на съхранение на продуктите - температура, влага, реагират при разпадни процеси в опакованите храни, както и при развитие на микроорганизми в тях. До момента липсват научни доказателства по отношение на миграцията на наночастици в храните при този втори начин на тяхното използване. Въпреки това може да се посочи, че съществуват сведения за използването на някои наночастици (нано-сребро и цинков оксид), с оглед на постигане на антимикробен ефект и удължено съхранение на храните. Посочва се и, че за момента липсват данни за евентуален хроничен тосичен ефект при използването на такива наночастици при продължителна употреба на храни, обработвани с подобни средства.

Настоящи познания за риска за консуматирите при използване на наночастици в храните

За да се извърши обективен анализ на риска по отношение на наночастиците в хранителните продукти е необходимо да се познават основно хранителните продукти, в които се използват наночастици. В интернет има редица сайтове, в които са описани различни продукти в състава на които се включват наночастици (www.nanotechproject.org;www.gnpd.com;www.nanoshop.com;www.nanoforum.org).

Каква е до момента информацията за изискванията на законодателството в областта на храните по отношение на продуктите на нанотехнологията? Според данни от 2004 г. на ЕС използването на нанотехнологията е “безопасно, интегрируемо и приложимо” (Communication from the CommissionTowards a European strategy for nanotechnology, 2004). Във връзка с приложението на продукти на нанотехнологията е възложено на Европейската агенция по храните (EFSA) през 2008 г. да проведе задълбочени проучвания по отношение на приложението на продуктите на нанотехнологията в хранителната индустрия. Съществуващите изисквания на ЕС (Chaudhry et al., 2007), и тези на другите страни (Hodge, 2007) са обсъждани и в научната литература. Американската агенция по храните (FDA), също е изказала своето мнение по въпроса – в САЩ не се говори за нанотехнология, а за продукти и тяхната безопасност. Най-големи са поддръжниците за навлизането на нанотехнологията в хранителната промишленост в Китай и Япония (Chau et al., 2007). Според Научния комитет за спешни и новоидентифицирани рискове (Scientific Committee on Emerging and Newly-Identified Health Risks) е наложително въвеждането на тестване за наличие на наночастици Въпреки това до момента такова изследване не е наложено в практиката, поради липсата на достатъчно научни познания в тази посока (SCENIHR, 2007a).

До момента липсват научни сведения за наличието на евентуална взаимовръзка между наночастиците и промени, настъпващи под тяхно влияние, в човешкото тяло.

Гастроинтестинално преминаване на наночастиците

Наблюдава се тенденция по-малките наночастици да дифундират по-бързо през чревната мукоза в сравнение с по-големите частици. There seems to be a tendency that that smaller particles are able to diffuse faster through the mucus layer than larger particles. Степента на дифузия зависи също и от електрическия заряд на частиците. Доказано е, че анионните частици проникват по-лесно през червата, в сравнение с катионните наночастици (Szentkuti, 1997)

Разпространение, метаболизъм и отстраняване от организма на наночастиците

След преминаването си през чревния епителиум наночастиците проникват в кръвта и могат да въздействат на различните съставки на кръвта (плазмените протеини, факторите, свързани с коагулацията на кръвта, червените и белите кръвни клетки),(Nemmar et al., 2002). Установено е, че хидрофобните наночастици се отделят от организма предимно чрез черния дроб и далака (Letchford and Burt, 2007).

Установени са и местата, до които могат да проникнат наночастиците в организма на човека. Най-малките от тях могат да достигнат до мозъка и костния мозък, установени са и в далака и черния дроб (Jani et al., 1990; Hillery et al., 1994; Hillyer and Albrecht, 2001; Hoet et al., 2004; De Jong et al., 2008).

Доказано е също и, че не при всички наночастици клетъчната бариера е достатъчна и ефикасно да възпрепятства навлизането на наночастиците в клетките. Така например, изключително малките наночастици от златен и титанов окис преминават и са установявани вътре в кръвните клетки (Rothen-Rutishauser et al., 2006). Интересно е да се посочи, че въпреки констатирането на наночастици в кръвните клетки, в тези случаи не се е стигало до защитни реакции от страна на организма като ендоцитоза и фагоцитоза (Geiser et al., 2005).

Към момента все още са недостатъчни познанията по отношение възможностите на черния дроб да участва в отстраняването на наночастиците от организма на човека.

Токсичност на наночастиците

Заедно с консумацията на наночастиците с хранителните продукти през последните години се появиха и сведения за наличие на токсичността им за консуматора. Различни научни проучвания сочат, че наночастиците могат да притежават по-разнообразен токсикологичен профил в сравнение с техните конвенционални химични аналози (Donaldson et al., 2001; Nel et al., 2006; Oberdorster et al., 2005a).

· Токсичност на наночастиците извън организма (in vitro), при експериментални условия)

Правени са редица проучвания извън организма (n vitro), за установяване на евентуалната токсичност на наночастиците. Има сведения, че някои от наночастиците са предизвиквали оксидативен стрес, възпалителни процеси, както и реакции от страна на ретикуло-ендотелната система (Nel et al., 2006; Donaldson et al., 2007; Donaldson and Seaton, 2007;Oberdorster et al., 2007b).

· Остра токсичност

Проучвана е острата, подострата и субхроничнота токсичност след орално приложение на наночастиците при гризачи, хранени с мед, селен, цинк, цинков окис и титаниев диоксид под формата на наночастици. Резултатите от проведените експерименти са показали, че е констатирана остра токсичност, която е била в зависимост от техния вид и химичен състав (Jia et al., 2005;Zhang et al., 2005;Chen et al., 2006c;Wang et al., 2006;Wang et al., 2007;Wang et al., 2008).

· Хронична токсичност

Към момента липсват обстойни научни проучвания за евентуалната хронична токсичност при използване на наночастиците в хранителната индустрия. В тази връзка може да се посочи, че свързано с възможностите за тяхното безпроблемно разпространение чрез кръвта в организма, би могло да се очакват евентуални токсични въздействия върху имунната и кардиоваскуларната системи. Би могло да се очаква и нарастване на т.нар. оксидативен стрес, както и активирането на цитокините в имунната, противовъзпалителната и кардиоваскуларната системи. Не са проучени и възможностите за евентуалните карциногенен и тератогенен ефект при прилагането на наночастици като хранителни добавки. Необходими са и допълнителни проучвания, свързани с потенциалната нефротоксичност, алергогенност, както и на евентуалното влияние на наночастиците при бременност, поради доказаното им преминаване през плацентарната бариера.

Липсата към момента на достатъчно научна информация обаче не означава, че наночастиците следва да се смятат като абсолютно безвредни за човека, и би могло да се прилагат продължително време, безконтролно и в големи количества като добави в хранителните продукти.

Тенденциите в анализа на риска по отношение на тези химични субстанции са свързани с информираността на потребителите. На етикетите на продукти, съдържащи наночастици би следвало да има информация за съдържание на “нанотехнологично получени съставки” и потребителите сами да направят своя избор, кой продукт да консумират – продукт с, или без наночастици.

В заключение може да се посочи, че въз основа на проучванията в специализираната литература става ясно, че наночастиците ввсе повече се използват в хранителната индустрия. Необходимо е да се получат и анализират повече научни факти по отношение на тяхната евентуална токсичност за човешкото здраве.

 

Автор: д-р Динко Динков

 

 

Добави коментар


Защитен код
Обнови