Fijn venijn

Nanobuisjes zitten in rackets en fietsen. Muizen krijgen er kankerverschijnselen van. Michiel van Nieuwstadt

Boven: koolstof nanobuis.

Ze zijn aardig geschrokken, zegt toxicoloog Paul Borm, de bedrijven in Nederland die werken met nanotechnologie. Eind mei publiceerde toxicoloog Ken Donaldson van de Universiteit van Edinburgh een studie die bevestigde wat velen al vreesden: nanobuisjes, lange moleculaire cilinders van een of meerdere lagen grafiet, lijken niet alleen op asbest, ze hebben ook een vergelijkbare uitwerking (Nature Nanotechnology, 20 mei 2008). Buisjes langer dan circa vijftien micrometer veroorzaken een ontstekingsreactie die lijkt op het beginstadium van asbestkanker als ze bij muizen worden ingespoten.

Borm, hoogleraar in Düsseldorf en lector aan Hogeschool Zuyd in Heerlen, heeft in opdracht van de ministeries van Sociale Zaken en VROM in kaart gebracht welke bedrijven in Nederland werken met speciaal gefabriceerde nanodeeltjes (Omgaan met nanodeeltjes op de werkvloer, 2008). Met collega’s van Arbo Unie ging hij langs bij 37 ondernemingen die wilden meedoen. “De studie van Donaldson is hard aangekomen’’, zegt Borm. “Sommige fabrikanten en gebruikers van koolstof nanobuisjes vragen zich echt af of ze met de ontwikkeling van hun producten door moeten gaan.”

Borm denkt zelf ook dat er aanleiding is om voorlopig te stoppen met de toepassing van nanobuisjes vanaf vijftien micrometer. Nederlandse bedrijven gebruiken de nanobuisjes niet veel, maar in producten uit het buitenland zitten ze wel. Zo worden nanobuisjes gebruikt ter versterking van koolstofvezels in tennisrackets en fietsen.

“Als de wetgeving op orde was geweest, en met wat we nu weten, dan hadden we dergelijke producten niet op de markt toegelaten”, zegt Borm. De huidige wet maakt nog steeds geen onderscheid tussen koolstof in de vorm van nanobuisjes of het grafiet in een potlood. “Als je ergens iets inzet, dan zal het er ook een keer uit vrijkomen”, zegt Borm. “Dat is de les die we uit asbest moeten leren. Mensen gaan zitten schuren aan zo’n fietsframe met door nanobuisjes versterkte koolstofvezels.”

Dat producten met koolstof nanobuisjes meteen van de markt zouden moeten, gaat Borm een stap te ver. “Gelukkig gaat het om toepassingen van minieme hoeveelheden en dus minieme emissies. Veel grootschaliger is de toepassing van nanobuisjes in massaproducten zoals beeldschermen, of in composieten ter versteviging of om materialen geleidend te maken. Het lijkt me verstandig om met de ontwikkeling van dat soort producten even pas op de plaats te maken.”

Dat we met nanotechnologie moeten ophouden, zal je Paul Borm niet horen zeggen. Hij heeft ook oog voor de mogelijkheden van nanodeeltjes (deeltjes kleiner dan honderd nanometer). Als technologieadviseur van het Duitse bedrijf MagnaMedics, opgericht in 2004, werkt hij zelf aan nanotechnologie in medische toepassingen (zie kader links). “Producten met nanotechnologie stromen de markt op”, zegt Borm. “Het is onmogelijk om een totaal verbod uit te spreken totdat we alles weten.”

Toch zit hij tijdens een interview op de Hogeschool Zuyd in Heerlen soms letterlijk het hoofd te schudden. Bijvoorbeeld als hij hoort dat onderzoekers van de universiteit van Arizona op een congres van de American Chemical Society hebben gerapporteerd dat sokken met bacterie-onderdrukkende zilverdeeltjes dat materiaal soms al na een paar wasbeurten kwijt zijn. De zilverionen of zilverdeeltjes stromen dan het milieu in. “Dat is niet goed”, reageert Borm. “Dat is niet goed. Wanneer je als producent nanodeeltjes toepast, dan moet je het wel goed doen. Het spul moet wel blijven zitten. Ik baal ervan als dat soort dingen gebeuren.”

Donaldsons studie in Nature Nanotechnology is een waarschuwing, maar ook een aansporing voor onderzoekers en bedrijven die werken binnen de nanotechnologie. Donaldson vond dat gebogen nanobuisjes en buisjes korter dan 5 micrometer bij de onderzochte muizen juist geen ontstekingen veroorzaakten. Dat soort kennis biedt een aanknopingspunt voor het ontwerp en de toepassing van veilige nanotechnologie. “Als je begrijpt waarom iets toxisch is, dan kun je het ook zo proberen te ontwerpen dat het niet toxisch is”, zegt Borm.

Op de middelbare school al wilde Paul Borm toxicoloog worden: “Het is toch fascinerend dat moleculen, niet meer dan een paar tiende nanometer groot, invloed kunnen hebben op het menselijk lichaam, op processen die zich afspelen op een schaal van centimeters en meters.”

Twintig jaar lang deed Borm onderzoek aan de giftigheid van kleine deeltjes, de oorzaak van stoflongen van mijnwerkers. In 1998 werkte hij in Duitsland en zag daar het onderzoeksveld van de nanotechnologie “langskomen”. “In mijn vakgebied woedde de discussie over fijnstof en de rol van ultrafijne deeltjes. Ik zag dat de ontwikkelaars van nieuwe materialen in een gigantische val zouden kunnen lopen, omdat ze niet wisten waar wij mee bezig zijn.”

Borm zag dat de grote belofte van de nanotechnologie, dat materiaaleigenschappen van heel kleine deeltjes ingrijpend kunnen veranderen, tegelijkertijd het gevaar was. Die deeltjes kunnen giftig zijn. “Met deeltjes van tien tot honderd nanometer zit je op een grootte die vergelijkbaar is met het formaat van eiwitten, dna en virussen”, zegt Borm. “De grote vraag was en is nog steeds hoe dat soort deeltjes op onze cellen aangrijpen. En op welke plaatsen in ons lichaam ze terechtkomen.”

Meer onderzoek is nodig. Dat is het mantra in wetenschappelijke studies en rapporten over de gevaren van nanotechnologie. Ook in het Actieplan Nanotechnologie dat het kabinet in juli aan de Tweede Kamer heeft gestuurd, is veel aandacht voor de risico’s van deze nieuwe technologie. Maar intussen is de opmars wél in volle gang.

Donaldson heeft aangetoond dat nanobuisjes zich bij muizen kunnen gedragen als asbest, als een lange vezel dus. Welk houvast biedt u dat als toxicoloog?

“Het lijkt erop dat macrofagen, bloedcellen die rotzooi in ons lichaam moeten opruimen, zich niet om de lange nanobuisjes heen kunnen plooien. Net als asbestvezels blijven ze zitten op de buitenkant van het buik- of longvlies. Dat kan een chronische ontsteking veroorzaken. Dat mechanisme kennen we uit de klassieke deeltjestoxicologie.’’

De ontsteking kan volgens Donaldson kanker van het buikvlies tot gevolg hebben, maar hij doet daarover geen definitieve uitspraak.

“Er is begin dit jaar nog een andere studie verschenen, van Atsuya Takagi van het Nationale Instituut voor Gezondheidswetenschappen in Tokio. In het Journal of Toxicological Sciences schrijft hij dat buikvlieskanker (mesothelioom) ontstaat bij muizen die zijn ingespoten met koolstof nanobuisjes. Takagai heeft de muizen een jaar gevolgd en een veel hogere dosis gebruikt dan Donaldson. Er is kritiek op zijn aanpak, maar het is wel een belangrijke aanwijzing.”

Wat kunnen fabrikanten van nanobuisjes leren van het onderzoek aan kunstvezels?

“Mearl Stanton van het Amerikaanse National Cancer Institute voorspelde in 1977 al dat vooral de lengte en daarnaast de oplosbaarheid van een vezel bepaalt of die kankerverwekkend is. Die hypothese is in de jaren daarna goed onderbouwd. Intussen zijn we aardig in staat om de oplosbaarheid van een vezel in te schatten aan de hand van de mineralen die erin zitten. Sommige van de eerste varianten van steenwol bleken inderdaad kankerverwekkend, en producenten zoals Rockwool moesten op zoek naar vervangend materiaal. De toxicologie heeft vezelfabrikanten de tools in handen gegeven om hun producten veilig te maken. Als je zoiets met nanobuisjes zou kunnen doen, dan ben je al een heel eind verder.”

Hoe zou dat moeten?

“Ik ben juist terug van een congres in Nagano over nieuwe toepassingen van koolstof. Met topwetenschappers op dit vlak hebben we gediscussieerd over de mogelijkheden op dit gebied. Als je weet dat lange nanobuisjes schadelijker zijn dan korte, dan moet je ze misschien breken. Als je toch lange buisjes nodig hebt, dan kun je tussen twee buisjes misschien een chemische groep zetten die in het lichaam oplosbaar is, zodat je de korte buisjes overhoudt. De kunst zal zijn om ervoor te zorgen dat de eigenschappen die je wél wilt, behouden blijven.”

Hoe maak je nanotechnologie op de werkvloer veilig?

“Veel bedrijven werken alleen met nanodeeltjes in oplossing. Ze gaan ervan uit dat die deeltjes dan niet vrijkomen, al is dat lang niet altijd geverifieerd.

Bedrijven die met nanopoeders werken, moeten in principe veel strengere maatregelen nemen. Het Belgische technologie-instituut Sirris in Luik bijvoorbeeld maakt nanopoeders voor diverse opdrachtgevers. Voor hun veiligheidsmaatregelen zijn ze te rade gegaan bij medicijnenfabrikant GlaxoSmithKline, een bedrijf dat vaccins produceert en met virussen werkt. Sirris heeft een onderzoeksruimte ingericht waarin je zes sluizen door moet voordat je ten slotte terecht komt in de laatste ruimte waar met de nanopoeders wordt gewerkt. Voor zo’n bedrijf zijn dat soort veiligheidsmaatregelen bepaald niet overbodig.

Als je werkt met niet-giftige nanodeeltjes die bovendien biologisch makkelijk afbreekbaar zijn, dan hoef je niet zo ingewikkeld te doen, maar als toxicoloog weet je ook: veilige stoffen bestaan niet. Er zijn alleen veilige manieren van omgaan met stoffen. In ons rapport hebben we geprobeerd een aantal best practices op te stellen, waar bedrijven die werken met nanodeeltjes zich aan kunnen spiegelen. Dat loopt uiteen van het werken met gloveboxes, kisten met ingebouwde handschoenen, tot het opstellen van risicoanalyses. Het is tijd dat de overheid richtlijnen voor dat soort best practices gaat uitgeven.”

    • Michiel van Nieuwstadt