Synthesis and Characterization of New emerging Nanomaterials and tools for evaluating impacts on human health and Environmental Risks

Med SCANNER-prosjektet er målet å evaluere og forbedre dagens metoder for å vurdere fare og risiko av nanomaterialer. Prosjektet vil også bidra til fremtidig sunn reguleringsutvikling for nåværende og fremtidige fremvoksende nanomaterialer. Nanomaterialer (NM) er kjemiske stoffer eller materialer som produseres og brukes i svært liten skala. Antall nanobaserte produkter økte med 30 ganger mellom 2005 og 2015, og dette tallet er satt til å øke i de kommende årene. Nanomaterialer har unike egenskaper med hensyn til partikkelstørrelse, overflateareal og reaktivitet, ladning og form sammenlignet med deres bulk eller oppløste motstykker. Den økende bruken i industrielle applikasjoner, tallrike forbrukerprodukter og vannbehandling etc. vil sannsynligvis være en kilde til nanomaterialer som slippes ut i miljøet. SCANNER-prosjektet har som mål å evaluere og forbedre eksisterende tilnærminger for fare- og risikovurdering av nanomaterialer identifisert som relevante for det norske og indiske miljøet. Opprinnelig gjennomførte prosjektet et litteratursøk på miljøprevalensen av fremvoksende nanomaterialer og identifiserte egnede NM-er for bruk i prosjektet. De utvalgte partiklene representerer fremvoksende partikler med fremtidige bruksområder som kan føre til at de kommer inn i miljøet og har skadelige effekter på menneskers og miljøets helse. Partiklene som ble identifisert var MoS2 (Molybdenum disulfide) and LDH (Layered double hydroxide). De indiske partnerne har vellykket syntetisert og levert til begge prosjektpartnerne. I 2022/2023 har prosjektet fokusert på testing av disse partiklene med in vivo (både helserelevant og miljømessig) og in vitro testing og karakterisering. De første testene viste lav toksisitet av begge partikler ved akutt eksponering. Tidlige resultater indikerte at MoS2 så ut til å være mer giftig enn LDH, men på grunn av oppførselen i eksponeringsmediene ser det ut til å være forvirrende faktorer som kan ha resultert i denne effekten. det vil si skyggelegging av alger og lav mattilgjengelighet for den marine copepoden Tisbe battagliai. I 2023 har det blitt utført ytterligere in vitro- og in vivo-studier på de to nye NM-ene. De første resultatene av in vitro-vurderingene med sebrafiskleverceller (ZFL) viser ingen negative effekter av LDH NM til tross for de høye eksponeringskonsentrasjonene som brukes, noe som presenterer deres potensiale som et alternativt materiale for miljøapplikasjoner. Når det gjelder MoS2 nanoark, ble det observert en reduksjon i metabolsk aktivitet og membranintegritet, om enn ved høye konsentrasjoner. Dannelsen av reaktive oksygenarter (ROS) så ut til å være det mest følsomme endepunktet i ZFL-cellelinjen. Pågående arbeid fokuserer på genekspresjon og NM-opptaksstudier in vitro samt å sammenligne in vitro med in vivo responser ved bruk av sebrafisk embryotest. I tillegg ble det utført en muslingstudie som tok for seg toksisitet og opptak av begge NM. Blåskjell ble eksponert for begge NMs ved 0,1 og 1 mg/L i 14 dager, etterfulgt av 7 dager med depurasjon. Et bredt spekter av biomarkører ble bestemt i blåskjell på forskjellige tidspunkt (0, 7, 14 og 21 dager), samt bioakkumulering i vev. Disse inkluderte tilstandsindeks, lysosomal membranstabilitet (LMS), dannelse av mikrokjerner, DNA-skade, acetylkolinesteraseaktivitet, antioksidantenzymeraktivitet, lipidperoksidasjon, cellulær energiallokering og metallothioneinnivåer. MoS2 og Mg-Al-LDH NMs oppførsel i eksponeringsmedier ble også evaluert ved bruk av transmisjonselektronmikroskopi og dynamisk lysspredning. Foreløpige resultater ser ut til å peke på en signifikant effekt i eksponerte blåskjell som er konsentrasjons- og tidsavhengig, med Mg-Al-LDH NMs som gir en tydeligere toksisk respons enn MoS2 NMs, som er det motsatte av det som ble observert i tidligere studier. Dette er bevist av resultatene oppnådd på LMS, der en lavere retensjonstid ble observert i blåskjell etter 7 og 14 dagers eksponering for 1 mg/L Mg-Al-LDH NM og etter 14 dager for 0,1 mg/L. For blåskjell eksponert for MoS2 NM ble det kun påvist en signifikant reduksjon for 1 mg/L etter 14 dagers eksponering. Lysosomal retensjonstid gikk tilbake til verdier som ligner på kontrollen etter de 7 dagene med depurasjon for alle eksponerte blåskjell. Samlet sett gir denne studien verdifull informasjon om hvordan nye nye NM-er kan bli en potensiell risiko for vannmiljøet og organismer. Prosjektet vil fortsette å fokusere på å studere atferden og virkningen av disse nanomaterialene i miljøet og på menneskers helse. Det planlegges fortsatt studier in vitro og in vivo for å forstå opptak, akkumulering og effekter av disse partiklene. Prosjektet fortsetter å bruke et batteri av modell marine- og ferskvannsarter med ulike fôringshabitater og roller i det akvatiske næringsnettet som vil bli brukt til å identifisere de mest sensitive og sårbare.

There is a need to develop approaches for assessing hazard and risk of nanomaterials (NMs) to ensure adequate protection of environmental and human health. Despite recent progress and development in this field, there are still fundamental gaps in knowledge and approaches, hindering further realistic insight into the NMs impact. There is still insufficient mechanistic understanding of the relationship between intrinsic physicho-chemical and extrinsic properties of NMs that influence exposure and effect. In addition, there is differences in how observed adverse effects are reported and communicated, potentially leading to different interpretation of risks and impacts. SCANNER aims to evaluate and improve existing approaches for hazard and risk assessment of NMs by conducting controlled exposure experiments to obtain detailed knowledge on the mode of action (MoA) and effects of NMs under realistic environmental conditions. The project will be organised in 6 work packages (WPs) that each will contribute with improved knowledge and understanding of the potential impacts of NMs. Relevant particles from a Norwegian and Indian environmental and health perspective (WP1) will be identified and synthesized. State-of-the-art and novel methods for characterisation and quantification of NMs will be used and developed in WP2. A battery of effect-based tools from cell to organism level will be applied to assess MoA and to identify new biomarkers (WP3). The bioavailability, uptake and transport mechanisms of NMs will be studied in detail in WP4. The data generated in all WPs will be integrated in WP5 to develop a hazard and risk assessment approach that can be used for NMs. Finally, WP 6 will focus on dissemination and communication of data to the scientific community and relevant stakeholders in Norway and India. The knowledge obtained will aid future national and international regulatory assessment of NMs and will be disseminated to regulatory authorities such as OECD and ECHA.