De industrie gebruikt naar hartenlust nanodeeltjes, maar veel daarvan zijn nog nauwelijks onderzocht. Sommige nanodeeltjes kunnen zelfs kanker veroorzaken. Onderzoekers brengen de gevaren van het wondermateriaal in kaart.

Nanodeeltjes asbest
Nanodeeltjes lijken soms sterk op asbest. De vraag is of ze ook net zo schadelijk kunnen zijn. (Afbeelding: Wikimedia Commons)

Ze zijn piepklein en hebben fantastische eigenschappen. De nieuwe nanodeeltjes die technologen ontwikkelen om bijvoorbeeld de lak op je auto krasvast te maken of om hittebestendige coatings op ruimtevaartuigen te ontwikkelen, beloven van alles. Toch zijn de gevaren voor mens en milieu nog grotendeels onbekend.

Sommige nanodeeltjes banen zich moeiteloos een weg door je huid en celwanden. Zodoende kunnen ze overal in je lichaam terechtkomen. Ook in de vrije natuur laten deze deeltjes zich niet tegenhouden. Gekoppeld aan in water zwevend materiaal dobberen ze door onze rivieren en oceanen, terwijl weer andere deeltjes hangend in de lucht iedere plek op aarde kunnen bereiken.

‘Ik wil uiteindelijk een mooie ribeye-steak maken’
LEES OOK

‘Ik wil uiteindelijk een mooie ribeye-steak maken’

Tien jaar geleden presenteerde Mark Post de eerste in het lab gemaakte hamburger. Wanneer kunnen wij daar onze tanden in zetten?

In fabrieken worden in Nederland bovendien steeds meer werknemers aan nanodeeltjes blootgesteld, terwijl de langetermijngevolgen daarvan nog altijd onduidelijk zijn.

De afgelopen jaren werd van sommige deeltjes voor het eerst vastgesteld hoe risicovol ze zijn en de conclusies zijn niet mals. Uit onderzoek blijkt onder meer dat nanodeeltjes die qua grootte en vorm sterk op asbestvezels lijken dezelfde kankerverwekkende eigenschappen hebben.

Materiaalkundigen die nieuwe nanodeeltjes ontwikkelen slaan daarom nu voor het eerst de handen ineen met onderzoekers die bekend zijn met de risicoanalyse van chemische stoffen. Door verregaand samen te werken hopen zij de gevaren van nieuwe nanodeeltjes voor mens en milieu al tijdens de ontwerpfase tot een minimum te beperken.

‘Dat wij de risicoanalyse op die manier aanpakken is internationaal uniek’, zegt Annemarie van Wezel van wateronderzoeksinstituut KWR Watercycle Research in Nieuwegein. Daar doet zij onderzoek naar de risico’s die nanodeeltjes kunnen hebben op het milieu. ‘Hier werken mensen die veel weten van milieurisico’s, maar ze waren niet gewend daarover te overleggen met techneuten’, zegt zij.

Ook Han van de Sandt van onderzoeksinstituut TNO zegt erg in die aanpak te geloven. ‘Groepen waar onderzoekers met verschillende wetenschappelijke achtergronden veel met elkaar samenwerken, zijn het succesvolst.’ Van de Sandt staat aan het hoofd van een groep die de gezondheidsrisico’s van nanodeeltjes voor mensen in kaart probeert te brengen en daarvoor samenwerkt met onderzoekers uit veel verschillende disciplines. ‘Alleen op die manier kun je fundamentele interacties blootleggen’, zegt hij.

Door samen te werken, kunnen de onderzoekers op zoek naar wetmatigheden in de scheikundige en fysieke vorm van nanodeeltjes en de manier waarop die het menselijk lichaam beïnvloeden. ‘Nanodeeltjes komen in allerlei vormen en maten voor, maar wie beter kijkt, ziet in die bonte verzameling van deeltjes ook heel veel gedeelde eigenschappen’, zegt Van de Sandt. Zo zijn veel nanodeeltjes bijvoorbeeld kleine bolletjes, maar vind je ook platte cirkels of lange, dunne draadjes.

Door dat soort overkoepelende eigenschappen in vorm en chemische samenstelling in kaart te brengen, is het volgens Van de Sandt mogelijk om gezondheidsrisico’s niet alleen achteraf vast te stellen, maar ook vooraf te voorspellen op het moment dat een nieuw nanodeeltje alleen nog op papier bestaat.  

Asbest

Een type deeltje waarbij dat tegenwoordig kan, is de verzameling van nanodeeltjes die qua vorm sterk lijken op de vezels uit asbest: klein, langwerpig en stevig. Van die deeltjes is de afgelopen jaren in verschillende onderzoeken steeds duidelijker vast komen te staan dat ze flinke risico’s met zich mee kunnen brengen.

De boosdoeners zijn in de meeste gevallen zogeheten koolstofnanobuisjes. Die buisjes bestaan uit laagjes grafiet die niet dikker zijn dan een atoom en hebben een totale doorsnede van enkele tot tientallen nanometers. Die kleine vezels kunnen zich na inademing in de longen nestelen.

In 2008 bleek uit een in het vakblad Nature Nanotechnology gepubliceerd onderzoek dat dit soort deeltjes bij muizen dezelfde type ontstekingsreacties en vervormingen in de longen veroorzaken als asbest – een resultaat dat later in andere onderzoeken werd bevestigd. Dat zorgde voor flink wat media-aandacht. ‘De extrapolatie die veel mensen toen maakten was: alle nanodeeltjes leiden tot kanker. Dat is onterecht’, meent Van de Sandt.

Van heel veel andere nanodeeltjes is immers nog niet bekend wat voor gevaren ze met zich mee brengen. Om te ontdekken of dergelijke deeltjes ook schadelijk kunnen zijn, bekijken onderzoekers de invloed van de deeltjes meestal op kweken van cellen of in proefdieren, maar die aanpak werkt niet wanneer je net als Van de Sandt en collega’s ook de risico’s wilt bepalen van een nanodeeltje dat fysiek nog niet bestaat.

‘Daarom zijn in ons onderzoek computersimulaties erg belangrijk’, zegt hij. Met nieuwe software kun je de lengte, lading en chemische compositie van een deeltje aanpassen, de gevolgen simuleren en zo wetmatigheden ontdekken. ‘Maar uiteindelijk moet je je voorspellingen wel altijd toetsen in een experiment.’

Op dit moment zijn al heel veel nanodeeltjes op de markt die nooit in nanovorm getoetst zijn op veiligheid. Ze zitten bijvoorbeeld in voedingsmiddelen, zoals koffiecreamers, in coatings om je ramen beter te isoleren of in de materialen die het dashboard van je auto steviger maken.

‘Je kunt nooit honderd procent veiligheid garanderen’, zegt Van de Sandt. ‘Dat is de veiligheidsmythe die in de media nog wel eens wil opduiken. Nanodeeltjes houden altijd een zeker risico, net als het leven zelf. Het belangrijkste is dat je inzicht in de risico’s hebt, zodat je kunt kiezen’, zegt hij.

Niet alleen de risico’s voor de mens zijn van belang, benadrukt Annemarie van Wezel van KWR Watercycle Research – ook het milieu ondervindt mogelijk last van nanodeeltjes. ‘Die risico’s vallen uiteen in de verspreiding en de ongewenste effecten op mens en dier’, zegt Van Wezel, waarbij ze voor dat laatste dezelfde soort technieken gebruikt als Van de Sandt.

Voor de verspreidingsrisico’s bekijkt Van Wezel hoe nanodeeltjes zich in het milieu gedragen en hoe ze zich via het water, de bodem, het sediment en via mensen, dieren en planten, kunnen verspreiden.

Nanodeeltjes kunnen bovendien door de barrières in ons lichaam heen. ‘Uit onderzoeken waarbij weefselplakjes geprepareerd worden, zie je dat dat soort deeltjes door ons hele lijf heen kunnen voorkomen’, zegt Van Wezel.

Belangrijker nog is de vraag hoe mensen en dieren aan de deeltjes kunnen worden blootgesteld. Van Wezel werkt daarom aan nieuwe technieken om nanodeeltjes ook bij hele lage concentraties op te sporen. Van Wezel heeft al aanwijzingen dat sommige onnatuurlijke deeltjes in het milieu terecht zijn gekomen. Het gaat dan om grote ‘koolstofvoetballen’, grote C-60- of C-80-moleculen met vertakkingen die de nanodeeltjes hun unieke eigenschappen geven. ‘Die deeltjes komen in het milieu voor, bijvoorbeeld rond luchthavens. Dit najaar start een groot Nederlands onderzoek waarbij we dat soort deeltjes nauwkeurig proberen te meten.’

Van Wezel benadrukt overigens dat zelfs aantoonbaar schadelijke nanodeeltjes in het milieu niet altijd daadwerkelijk kwaad kunnen. ‘Er ontstaat pas gevaar als organismen blootgesteld worden’, zegt ze.

In de natuur komen veel natuurlijke nanodeeltjes voor, waaronder bijvoorbeeld kleideeltjes in rivieren. Door de mens gemaakte nanodeeltjes hebben de neiging zichzelf daaraan vast te plakken, waardoor minuscule klontjes ontstaan. ‘Over het algemeen zijn dat soort klontjes redelijk stabiel en verspreiden nanodeeltjes zich dus op die manier in het milieu’, zegt Van Wezel.

‘Als deeltjes in water aan elkaar klonteren en vervolgens naar de bodem zakken, dan hoeft een visje er geen last van te hebben’, zegt ze. ‘Maar als die deeltjes niet samenklonteren en in oplossing blijven, dan kunnen ze bijvoorbeeld de kieuwen van zo’n visje verstoppen of ze worden opgenomen in het lichaam.’  

Kaal schuren

Ook Van de Sandt doet veel onderzoek naar blootstelling. ‘Je hele auto zit vol met nanodeeltjes, maar het is niet waarschijnlijk dat je in aanraking komt met losse deeltjes’, zegt Van de Sandt. Ze zijn namelijk verwerkt in kunststoffen en daarin zitten ze gevangen. Dus tenzij je aan je dashboard gaat krabben, likken of bijten, is er geen probleem.

De vraag is wel wat er gebeurt nadat bijvoorbeeld een raam met een nanocoating kapot is gegaan of vervangen wordt. ‘Dan wordt het waarschijnlijk gerecycled, dus er wordt wel iets mee gedaan. Misschien dat de nanodeeltjes dan opnieuw vrij komen’, zegt Van de Sandt.

Daarom kijkt zijn onderzoeksgroep nu ook naar de totale levensloop van spullen. ‘In het lab hebben we bijvoorbeeld een tafel onderzocht die gelakt was met een nanocoating. Toen we die kaal schuurden, kwamen bij ons geen nanodeeltjes vrij. Die zaten altijd vast aan stukjes hout’, zegt Van de Sandt.

Desondanks blijft er volgens Van de Sandt altijd reden tot alertheid. Tests zoals die met de tafel worden nog nauwelijks gedaan en in potentie kunnen ook andere dan asbest-achtige nanodeeltjes gevaarlijk zijn. ‘De mechanismen in het lichaam die leiden tot gezondheidsproblemen zijn slechts deels bekend’, zegt hij.

Een van de bekende mechanismen is bijvoorbeeld oxidatieve stress, waarbij een nanodeeltje de zuurstofhuishouding van de cel verstoort. Dat kan tot ontstekingen leiden en in sommige gevallen uiteindelijk tot kanker. Van de Sandt: ‘Daarbij is de chemische samenstelling van de deeltjes erg belangrijk.’

Zijn onderzoeksgroep besteedt daarbij bijzondere aandacht aan de werknemers die in fabrieken worden blootgesteld aan nanodeeltjes. ‘Met hen doen we ook epidemiologisch onderzoek’, zegt Van de Sandt. ‘We volgen de proefpersonen daarbij over een lange tijd.’ Zo kan hij onder meer bepalen of sommige deeltjes jaren later niet alsnog tot gezondheidsklachten leiden. Dankzij die jarenlange looptijd, zullen echter de eerste uitkomsten voorlopig nog niet bekend zijn.

Tot die tijd weet daarom niemand precies wat voor invloed nanodeeltjes hebben. Zijn het handige technologische hulpmiddelen of stille sluipmoordenaars? Volgens Van de Sandt is er in elk geval geen reden je zorgen te maken, zolang je maar weet wat wel en niet verantwoord is om met nanodeeltjes te doen. ‘Eigenlijk is het wat dat betreft goed vergelijkbaar met zout’, zegt hij. ‘Dat is zo schadelijk voor de gezondheid dat we het nu nooit meer op de markt zouden brengen, maar toch kan iedereen het veilig gebruiken.’

Lees verder: