Nanotechnologie wordt steeds vaker gebruikt in voeding, cosmetica en geneeskunde. Hoe ver is de wetenschap en hoe veilig is deze techniek? Moeten we ons zorgen maken over de schadelijke effecten van nanodeeltjes?

Het begrip nanotechnologie ontstond eind jaren vijftig van de vorige eeuw. Was de techniek toen nog onontgonnen terrein, tegenwoordig worden hieraan veelbelovende eigenschappen toegekend. De mogelijkheden lijken eindeloos doordat de mens op atoom- of molecuulniveau kan bouwen oftewel kan werken met ultraminiscule deeltjes: nanodeeltjes genaamd. Eén nanodeeltje is kleiner dan 100 nanometer (nm). Dit terwijl een nm slechts 0,000001 mm dun is, ofwel een miljoenste deel van een mm is. Voor je beeldvorming: een haar is zo’n 80 duizend nm dik.1 Nanodeeltjes kunnen onder meer materialen sterker maken, water zuiveren, zonnepanelen beter laten werken en ook als geleiders dienen voor medicatie.

Nanotechnologie wordt veelvuldig gebruikt in onze consumentenproducten, zoals levensmiddelen en voedselverpakkingen. Denk hierbij aan (nano)titaniumoxide in (zonnebrand)crèmes en latexverf, maar ook aan kleurstof voor snoep, taartdecoraties en kauwgom. Of het gebruik van nano-emulsies in margarine en mayonaise. Nanomaterialen kunnen ook worden gebruikt in voedselverpakkingen, kleding, pleisters of lenzen, veelal in de vorm van nanozilver door de antimicrobiële werking. Tevens kunnen nanodeeltjes voorkomen in producten als beeldschermen, spiegels en autobanden.

De verwachting van het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM) is dat het aantal toepassingen van nanomaterialen in voeding en andere producten in de toekomst alleen maar toeneemt. Om goed te kunnen profiteren van de voordelen van nanotechnologieën vindt het RIVM het noodzakelijk om meer inzicht te verschaffen in de mogelijke gezondheidsrisico’s van nanomaterialen.2

Het kennisinstituut doet daarom onderzoek naar de effecten van nanotechnologie op mens en milieu op zowel nationaal als internationaal niveau. Het gaat om literatuur- en laboratoriumonderzoek, en daarbij heeft het RIVM zes lopende EU-projecten. Ruim vijftien projecten zijn afgerond. Gegevens over de veiligheid brengt het RIVM sinds 2007 bijeen in het Kennis- en Informatiepunt Risico’s van Nanotechnologie (KIR-nano).3

Atoom voor atoom

Natuurkundige en Nobelprijswinnaar Richard Feynman sprak voor het eerst over het idee van werkende nanodeeltjes tijdens de American Physical Society Meeting aan het California Institute of Technology (Caltech). In zijn ogen kon materie atoom voor atoom worden opgebouwd als modellen ofwel elementen die fungeren als minifabriekjes. ‘Dit is geen poging om natuurwetten te overtreden, maar het is een principe dat uitgevoerd kan worden’, aldus Feynman in een publicatie in Caltech Engineering and Science in 1960.4

De basistoepassing werd ruim vijftien jaar later beschreven door professor Norio Taniguchi (1912-1999) van de universiteit van Tokyo om een specifieke functie te duiden in de ordegrootte van nanometers. Hij formuleerde in zijn paper Nano-technology mainly consists of the processing of separation, consolidation, and deformation of materials by one atom or one molecule. Vrij vertaald komt dit neer op het scheiden, verenigen en vervormen van materialen met één atoom of één molecuul.

Voeding

Volgens het RIVM wordt nanotechnologie ‘sinds jaar en dag’ gebruikt in de voedingsmiddelenindustrie.  ‘Al anderhalve eeuw wordt bijvoorbeeld margarine gemaakt met een nano-emulsie: kleine bolletjes vet of olie die zijn gemengd met een waterige oplossing. Bij mayonaise is dit vermoedelijk al honderden jaren zo. Ook melk bevat zulke nano-emulsies (caseïne-eiwit). En bij de voedseladditieven siliciumdioxide (E551) en titaniumdioxide (E171) is dit respectievelijk sinds de jaren twintig en zestig van de vorige eeuw het geval. Dat op nanoschaal iets gebeurt bij emulsies was destijds onbekend’, laat het RIVM desgewenst weten.

Er zijn echter aanwijzingen dat sommige nanodeeltjes en -materialen schadelijk kunnen zijn. ‘Nanodeeltjes gedragen zich anders dan de klassieke, grotere bouwstenen van stoffen. Onbekend is waarom dat juist bij die deeltjes het geval is’, vermeldt de RIVM-publicatie Assessing health & environmental risks of nanoparticles: Current state of affairs in policy, science and areas of application in 2015.5

Gezondheidsrisico’s ontstaan mogelijk zodra nanomaterialen niet verteren in het maagdarmkanaal. Het RIVM stelt: ‘Zeer kleine deeltjes, zoals nanodeeltjes, kunnen daardoor op lichaamsstructuren reageren en schade aanrichten. Ook kunnen deeltjes in andere delen van het lichaam komen, doordat deze bepaalde barrières kunnen passeren.’

Eventuele nadelige gezondheidseffecten worden vooral verwacht in de lever, doordat de concentratie ‘nano’ hoger is dan het veilig geachte niveau, stellen het RIVM en RIKILT/Wageningen Food Safety Research. Zij ontdekten zeer kleine deeltjes titaniumdioxide (TiO₂) in de lever en de milt bij mensen die hun lichaam beschikbaar hadden gesteld aan de wetenschap. Deze bevindingen zijn in 2018 gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Particle and Fibre Toxicology.6

In 2018 is een Europese wet aangenomen voor de voedingsmiddelenindustrie. De wetgeving beoogt de toegang van nieuwe en innovatieve levensmiddelen tot de Europese markt te verbeteren. Nieuwe producten, Novel Foods genaamd, komen pas op de markt als de European Food Safety Autority (EFSA) deze heeft goedgekeurd. EFSA publiceerde hetzelfde jaar een voorlopige leidraad om de risico’s in voeding en diervoeder beter te kunnen beoordelen. Bij het ‘herbeoordelen’ van voedingsadditieven kan rekening worden gehouden met eventuele aanwezige nanodeeltjes.7 Een expert van het RIVM droeg bij aan het tot stand komen van de nieuwe richtlijn. ‘Een definitieve versie komt naar verwachting in 2021 uit. Hiermee wordt duidelijk wat van fabrikanten aan veiligheidsinformatie wordt verwacht om de risico’s van nanomaterialen in voedingsmiddelen goed te kunnen beoordelen’, besluit het RIVM.

Cosmetica

Nanotechnologie wordt ook in cosmetica veel gebruikt. De nanomaterialen komen onder meer voor in crèmes (waaronder luiercrème), lipproducten en make-up (mascara, foundations en poeders). Veelal in de vorm van zilver, zink, ijzer, titanium, mangaan en/of silica. Vooral omtrent de veiligheid van zinkoxide en titaniumdioxide in zonnebrandcrèmes heerst discussie.

Het voordeel van zonbescherming met nanotitaniumdioxide of nano-zinkoxide ten opzichte van gewone titaniumdioxide of zinkoxide: de deeltjes zijn zo klein dat ze geen witte waas achterlaten op de huid. Bovendien, hoe kleiner de deeltjes, hoe hoger de beschermingsfactor (SPF). Hierdoor is automatisch de uv-bescherming beter, stelt het RIVM.

Bij zonnebrandproducten staat de bescherming tegen huidkanker voorop, maar de grootste zorg van toxicologen is het gevaar dat nanodeeltjes worden ingeademd of via de mond worden doorgeslikt. Daardoor mogen zinkoxide en titaniumdioxide wel gebruikt worden in zonnebrandcrème, maar niet in sprays en poeders. Bij zinkoxide kan dit leiden tot longontsteking.8

Specialisten zijn ook bang dat de nanozonfilters door de huid heendringen. Uit zeker vijf studies blijkt dat nanodeeltjes niet door de bovenste huidlaag ‘penetreren’, maar een klein onderzoek en onderzoek op varkens tonen aan dat titanium nanodeeltjes zich wel degelijk onder de huid rondom de haarzakjes nestelen.9 En uit een ander onderzoek blijkt dat nano-zinkoxide de dode huidbarrière passeert en in de bloedbaan en de urine terechtkomt.10

Volgens toxicoloog Paul Wright aan de RMIT University is dit een verwaarloosbare hoeveelheid.11 Het is onbekend of nanodeeltjes worden geabsorbeerd door de huid, of dat dit losgekomen zinkionen zijn, stelt het Scientific Committee on Consumer Safety (SCCS). De commissie neemt aan dat de zinkionen niet schadelijk zijn, omdat deze mogelijk oplosbaar zijn.12

Verder wordt gesteld dat nanodeeltjes huidbeschadiging kunnen veroorzaken als deze door zonlicht worden geactiveerd. Titaniumdioxide, en in mindere mate zinkoxide, zijn fotokatalysatoren. Als de stoffen worden blootgesteld aan uv-straling kunnen deze vrije radicalen vormen die de omliggende cellen beschadigen. Bij een gezonde huid is dit geen probleem. Eventueel gevormde vrije radicalen worden opgeruimd door de huideigen antioxidanten, zo stelt het internationale onderzoeks- en informatieplatform de Enviromental Working Group (EWG).13 Stichting Natuur en Milieu (SNM), die samen met het RIKILT- instituut consumentenproducten onderzocht, adviseerde in 2011 echter al ‘geen cosmetica met nanodeeltjes te gebruiken op beschadigde huid, bijvoorbeeld na zonverbranding, zolang er nog geen duidelijkheid is over de veiligheid van nanodeeltjes’.14

Onderzoeksarts dr. Jetske Ultee, bekend van de gelijknamige huidverzorgingsproducten, verkiest mede om die reden liever voor een zonnefilter met zinkoxide of titatiumdioxide zonder nanotechnologie. Al in 2010 bezocht Ultee een groot dermatologisch congres in San Francisco en werd zij niet gerustgesteld over de veiligheid van nanotechnologie tijdens een lezing. ‘Het advies van de American Society of Dermatology is consumenten op de hoogte te brengen van de mogelijke risico’s, zodat ze zelf weloverwogen kunnen beslissen of ze deze producten wel of niet willen gebruiken.’15

Milieueffecten

Milieuorganisaties benadrukken dat de effecten op het milieu goed onderzocht moeten worden. Micro- en nanodeeltjes belanden na het wassen van kleding, het douchen en tijdens het zonnebaden in het milieu. Net zoals de micro- en nanodeeltjes van autobanden en visnetten, publiceerde Medisch Dossier halverwege 2019.16
Zonnebrand tast daarbij het koraal aan en zorgt onder meer voor hormoonverstoringen in vissen, publiceerde de EWG. ‘Voor alle zonnebescherming, inclusief zinkoxide en titaniumdioxide op nanoschaal, hebben we daardoor dringend milieueffectrapportages nodig.’

Ook nanozilver kan door zijn antimicrobiële werking verstrekkende gevolgen hebben op het milieu, stelt Vereniging Leefmilieu in het adviesrapport Nanozilver – Effecten op mens en milieu.17: ‘Micro-organismen zijn een belangrijk element in ieder ecosysteem en een verstoring in deze groep kan een verstoring in het systeem veroorzaken. Het is aangetoond dat nanozilver giftig is voor vissen. Ook kan nanozilver zilverionen afgeven. Van zilverionen is al langer bekend dat die zeer giftig zijn voor een groot aantal diersoorten. Ionafgifte zou dus een groot gevaar voor het milieu kunnen betekenen.’

Veiligheid

Nanomaterialen worden niet gereguleerd binnen een eigen wet- en regelgeving, maar in de bestaande wetgeving voor chemische stoffen zijn aanpassingen gedaan voor nanomaterialen. Producenten en importeurs van stoffen, waaronder ook nanomaterialen vallen, zijn verplicht om veilige producten op de markt te brengen op grond van de wettelijke kaders in Nederland en de EU.

Het is aan de Nederlandse Voedsel- en Warenautoriteit (NVWA) om te controleren of nieuwe materialen (nanodeeltjes) in voedsel en consumentenproducten voldoen aan de wettelijke eisen. De instantie onderzoekt tevens op gezondheidseffecten. Veel is nog onduidelijk, maar volgens de NVWA ontstaat het grootste probleem als onoplosbare oftewel niet afbreekbare nanodeeltjes worden gebruikt.18 Uit onderzoek naar mechanismen blijkt dat verschillende effecten kunnen optreden:

• Nanodeeltjes kunnen reageren met DNA en eiwitten in cellen.
• Aan het oppervlak van de deeltjes kunnen verbindingen ontstaan die cellen beschadigen.
• Er kunnen ontstekingsreacties ontstaan, omdat het immuunsysteem geen raad weet met de deeltjes.
• Risico’s hangen samen met het opgebouwde materiaal, volgens NVWA. Denk aan de kristalstructuur, de deeltjesgrootte en de vorm, maar ook de eventuele coating en zogenoemde oppervlaktelading tellen mee, zoals bij bepaalde koolstofnanobuisjes (CNTs). Bij inademing kunnen deze tot longontsteking en longkanker leiden, blijkt uit onderzoek op dieren.19,20 De eigenschap van het materiaal wordt vergeleken met asbest. Hoewel CNTs na inademing kunnen leiden tot longtumoren, leidt dit niet tot longvlieskanker zoals beschreven bij asbest.
• Op de werkplek wordt blootstelling aan nanomaterialen bij productieprocessen sinds 2012 getoetst aan Tijdelijke Nanoreferentiewaarden. De Wereldgezondheidsorganisatie publiceerde in 2017 een richtlijn om de veiligheid van productiemedewerkers voorop te stellen. Een overzicht van gezondheidskundige grenswaarden is te vinden in de publicatie WHO guidelines on protecting workers from potential risks of manufactured nanomaterials.21

Nanogeneeskunde

Op medisch gebied wordt verwacht dat nanotechnologie een ingrijpende invloed op de gezondheidszorg zal hebben. De potentie is enorm. Zo kunnen nanomaterialen worden ingezet als (immuun)therapie, medicijnkoerier of juist om weefsels te beschermen en om virussen en bacteriën tegen te gaan. Een kleine greep uit de geneeskunde: kanker kan worden bestreden, alzheimer behandeld of traumatisch hersenletsel doorbroken.22-24 Daarnaast kan nanotechnologie voor vaccins worden ingezet.

Medicijnkoerier

De grote kracht van nanogeneesmiddelen is dat medicatie nauwkeuriger en gerichter naar de juiste plek in het lichaam kan worden geleid, waardoor bijwerkingen verminderen. De materialen zijn als het ware geprogrammeerd om moeilijke plekken te bereiken, werkzame bestanddelen gecontroleerd af te geven en op te lossen. Zoals kleine seleniumdeeltjes met een helende werking die het herstel van hersenbeschadigingen bevorderen bij een beroerte.

Farmacoloog Alireza Mashaghi van het Leids Academic Centre for Drug Research zegt: ‘Onze nanodeeltjes zijn daarom beter dan conventionele medicijnen. Ze kunnen “geprogrammeerd” worden om specifiek de aangetaste hersengebieden aan te pakken, terwijl reguliere medicijnen zich vaak over het hele lichaam verspreiden en alle organen besmetten.’25 De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschapstijdschrift Nature Scientific Reports.26

Therapie

Het European Medicines Agency duidt nanogeneesmiddelen aan als een opkomende therapie. Hierbij wordt veelal gedacht aan immuuntherapie. Bijvoorbeeld aan de behandeling van kanker, beenmergtransplantaties of orgaantransplantaties, zoals donornieren. Hoogleraar Willem Mulder van de TU Eindhoven publiceerde in het tijdschrift Immunity over de resultaten van een nieuwe nano-immuuntherapie die het afweersysteem herprogrammeert, waardoor orgaanafstoting bij muizen wordt tegengegaan zonder dat verdere medicatie nodig is.27

Patiënten die een orgaantransplantatie hebben gehad, moeten vaak levenslang een hele reeks immuun-onderdrukkende medicijnen slikken om afstoting van het orgaan te voorkomen. De kans op bijwerkingen is bovendien erg groot. Nano-immunotherapie programmeert daarentegen heel specifiek de juiste cellen van het immuunsysteem in het beenmerg, nog vóórdat de afweerreactie start. En dat terwijl de rest van het immuunsysteem werkzaam blijft, volgens Mulder. Bovendien kan deze techniek het slagingspercentage van orgaantransplantaties verhogen, waardoor de behandeling voor de patiënt veiliger en makkelijker wordt. ‘Omdat we met onze nanotechnologie het immuunsysteem “herprogrammeren”, passen we deze behandelingsstrategie ook toe bij andere ziekten waarin het immuunsysteem een belangrijke rol speelt’, aldus Mulder.28 De TU/e-onderzoeker behaalde tevens veelbelovende resultaten voor nano-immuuntherapie tegen hart- en vaatziekten in muizen, konijnen en varkens.29 En Mulder toonde recent hoe een ‘nanobiologische’ immuuntherapie het aangeboren immuunsysteem mobiliseert tegen kanker.30

Vaccin

De rol van nanotechnologie voor het ontwikkelen van vaccins komt naar voren in de recente publicatie COVID-19 Vaccin Frontrunners and Their Nanotechnology Design, gepubliceerd in ACS Nano.31 Het probleem met conventionele vaccins is dat toegang krijgen tot het lymfestelstel moeilijk is, aldus Nanowerk.com. Nanodeeltjes kunnen wel doordringen tot het lymfestelsel om het immuunsysteem te beïnvloeden door antigenen af te geven. In de wetenschappelijke analyse worden vooral de koplopers belicht die nanotechnologie toepassen. Rond de ontwikkeling namen twee farmaceutische bedrijven het voortouw: Moderna en BioNTech/Pfizer.32

Nanotechnologie maakt het in de toekomst wellicht ook mogelijk om patiënten individueel te behandelen bij bijvoorbeeld kanker, volgens het platform European Union Observatory for Nanomaterials (EUON). ‘Een ontwikkeld nanosysteem kan op individueel niveau helpen bij diagnoses, geneesmiddelafgifte en controle van de effecten van het geneesmiddel. Door de ontwikkeling van dergelijke systemen kunnen we dichter bij het doel van geïndividualiseerde therapieën voor verschillende ziekten komen’, aldus EUON.33,34

Conclusie

Nanotechnologie wordt in steeds meer producten gebruikt. Het is mogelijk dat nanodeeltjes, net als ‘gewone stoffen’, op lichaamsstructuren kunnen reageren en schade aanrichten. Vooralsnog heeft de nanotechnologie geen eigen wetgeving. Het is daarom aan de consument om alert te zijn. Op voeding en cosmetica moeten ingrediënten worden aangeduid met ‘nano’. In de praktijk blijkt echter dat er nog maar heel weinig voedingsmiddelen zijn waarbij technisch vervaardigde nanomaterialen op het etiket worden vermeld. Het is dus mogelijk dat via de voeding nanodeeltjes worden doorgeslikt, doordat fabrikanten de materialen niet aanmerken als nano. Wat dat betreft kan de wetgeving worden aangescherpt.

In het geval van tandpasta met titaniumdioxide heeft het risico vooral betrekking op kinderen die tandpasta kunnen doorslikken. Ook is alertheid geboden bij (zonnebrand)sprays of bij cosmetica in poedervorm, omdat de kans op inademen bestaat en dit een nadelig effect op de longen kan hebben en kanker kan ontstaan. Bovendien kunnen nanodeeltjes in andere delen van het lichaam komen, doordat deze miniscule deeltjes bepaalde barrières kunnen passeren. Hieraan kleven mogelijk nadelen, maar dit kan ook een voordeel zijn op het gebied van medicatie.

Bronnen
1 www.voedingscentrum.nl/encyclopedie/nanodeeltjes-in-voeding
2 www.rivm.nl/bibliotheek/rapporten/2014-0157.pdf
3 www.rivm.nl/nanotechnologie/voedsel
4 Engineering and Science. 1960 Feb: Vol. 23:5. p.22-36.
5 www.rivm.nl/bibliotheek/rapporten/2014-0157.pdf
6 Part Fibre Toxicol. 2018 Apr 11;15(1):15
7 EFSA J. 2018 Jul 4;16(7):e05327
8 Exp Toxicol Pathol. 2013 Sep;65(6):887-96
9 JAMA Dermatol. 2016 Apr;152(4):470-2
10 Toxicol Sci. 2010 Nov;118(1):140-9
11 www.theguardian.com/science/small-world/2014/mar/13/nanotechnology-sunscreen-skin-cancer
12 www.ec.europa.eu/health/scientific_committees/opinions_layman/zinc-oxide/es/l-3/6
13 www.ewg.org/sunscreen/report/nanoparticles-in-sunscreen/
14 Medisch Dossier. 14 juli 2019. p44-48
15 www.dr-jetskeultee.nl/wat-is-nanotechnologie/
16 www.leefmilieu.nl/sites/www3.leefmilieu.nl/files/imported/pdf_s/2010-04-13_Rapport_nanozilver.pdf
17 www.nvwa.nl/onderwerpen/nanotechnologie/niet-afbreekbare-en-niet-oplosbare-nanodeeltjes
18 Nat Nanotechnol. 2008 Apr;3(4):216-21
19 Crit Rev Toxicol. 2017 Jan;47(1):1-58
20 www.rivm.nl/iarc-classificatie-koolstofnanobuisjes-cnts-verder-ondersteund
21 www.apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/259671/9789241550048-eng.pdf?sequence=1
22 Curr Drug Metab. 2019;20(6):416-429
23 Curr Alzheimer Res. 2017;14(11):1182-1189
24 Science Advances. 01 Jan 2021: 7(1):eabd6889
25 www.universiteitleiden.nl/nieuws/2019/05/nanodeeltjes-als-behandeling-bij-beroertes
26 Sci Rep. 2019 Apr 15;9(1):6044
27 www.nanowerk.com/spotlight/spotid=56577.php
28 Immunity. 2018 Nov 20;49(5):819-828.e6
29 de-faculteit/nieuws/nieuwsoverzicht/07-11-2018-nanotechniek-opent-deur-naar-orgaantransplantatie-zonder-levenslange-medicatie/
30 Sci Transl Med. 2019 Aug 21;11(506):eaaw7736
31 ACS Nano. 2020 Oct 27;14(10):12522-12537
32 Cell. 2020 Oct 29;183(3):786-801.e19
33 www.euon.echa.europa.eu/nl/future-of-nanomedicines
34 J Pers Med. 2017 Oct 12;7(4):12