Mindre än minst

Hur ser det minsta föremålet du kan föreställa dig ut? Är det ett väldigt fint hårstrå? En virvlande dammpartikel i solljus? Eller kanske en blodkropp i mikroskop?
Tänk dig att detta föremål är 100 meter i diameter. Som ­Globen, eller som långsidan av en fotbollsplan. I den skalan är en nanopartikel stor som en spelkula eller en större pilates­boll.
Nanopartiklar definieras som partiklar med dimensioner på mellan 1 och 100 nanometer (10-9 meter, alltså en miljarddels meter). De förekommer naturligt i höga koncentrationer till exempel på sandstränder, vid ett piskande hav eller efter en skogsbrand.

Deras litenhet gör att de får andra egenskaper än större partiklar av samma material. Inom tandvården används de till exempel för att få starkare och mer hållbara material eller för vävnadsrekonstruktion.
– De har samma storleksordning som proteiner, vilket gör att proteiner kan använda dessa strukturer som vidhäftningsplatser, säger professor Ann Wennerberg vid odontologiska institutionen vid Göteborgs universitet.
Hon har de senaste tio åren haft doktorander som har tittat på olika aspekter av att belägga implantat med nanopartiklar av titan och hydroxylapatit. Hypotesen är att en yta med nanopartiklar ger fler adhesionsställen för proteiner, och på det sättet kan benläkningen påskyndas.

Laddade nanorör

– Vi har sett att vi får en förstärkt biologisk effekt i cellodlingar och i levande vävnad, men den kliniska betydelsen är ännu okänd. Det är många fler faktorer än partikelstorleken som kan påverka, till exempel den kemiska sammansättningen, patienturvalet eller tandvårds­teamet, säger Ann Wennerberg.
Hon berättar också om möjligheten att ladda så kallade nanorör, alltså mycket tunna små rör, med andra partiklar som man vill ha i närheten av implantatet. Det skulle kunna vara partiklar som ska påskynda läkningen eller en läke­medels­reser­voar med till exempel antibiotika.
– Man skulle också kunna tänka sig att titta på att förbättra fästpunkterna för den delen av implantatet som möter mjukdelar i munnen i stället för ben. Men detta har vi ännu inte gjort kliniska försök på, säger Ann Wennerberg.

Läkning mot ben

Fördelen med att använda nanopartiklar på implantatytan är att man i kombination med partiklar i mikroskala kan styra läkningen mot ben. För att få en bra bindning till mjukdelar finns också en fördel.
– Man kan knottra till ytan men ändå bevara den väldigt slät, vilket kan minska risken för placktillväxt, säger Ann Wennerberg.
Nanopartiklar finns i dag i över tretusen dentala material, till exempel på ytan av implantat och som fillerpartiklar i kompositmaterial för fyllningar. De bildas också vid bland annat slipning och putsning av keramer.

För att avgöra om materialen är säkra att arbeta med tittar man på risken för att partiklarna frigörs och på hur lång tid man exponeras för dem. På tandvårdskliniken uppstår den största risken för att få in nanopartiklar i kroppen om man andas in det damm som bildas till exempel när man putsar en fyllning.
– Nanopartiklar är så små att de kan nå djupare ner i lungorna än större partiklar. Kroppen kan hantera även ganska små partiklar, som hostas upp eller tas om hand av immunsystemet. Men när de är bara ett par nanometer kan de passera lung-blod­barriär­en och spridas vidare i kroppen, om än i liten mängd, säger Bengt Fadeel, professor vid Institutet för miljömedicin vid Karolinska institutet.

Landar i lever och mjälte

Han påpekar att det är svårt att säga något generellt om hälsorisker med att exponeras för nanopartiklar. Det handlar om hundra- eller tusen­tals olika material med helt olika egenskaper. Beroende på den kemiska sammansättningen, storleken, yt­egen­skaper, laddning, form, hur stor mängd man exponeras för och om de är biologiskt nedbrytbara, kan de ha väldigt skilda biologiska effekter.
– Nästan alla partiklar som hamnar i blodbanan landar i lever och mjälte, eftersom där finns speciella immunceller som tar hand om dem. En del stannar där, medan andra går ut med urinen, säger Bengt Fadeel.
När man slipar eller putsar material i en fyllning frigörs partiklar av till exempel kisel- och zirkoniumdioxid. Dessa anses inte vara någon större hälsorisk för tandvårdspersonal eller patienter, men det är ändå bra att försöka undvika dammbildning.

Ny biologisk identitet

– Kiseldioxid eller silicapartiklar har studerats väldigt mycket. Materialet anses ofarligt för kroppens celler, men vissa ytegenskaper och partiklarnas laddning kan göra en del silicapartiklar mer toxiska, säger Bengt Fadeel.
Han berättar att det som händer efter att man andats in partiklar är att de snabbt får ett hölje av kroppens egna lipider och proteiner, en så kallad biocorona. Den ger partikeln en ny biologisk identitet i kroppen, som avgör hur immunförsvaret reagerar på partikeln.
För patienten kan nanopartiklar frigöras i munnen på grund av slitage på fyllningar eller vid borttagning av fyllningar. Titan, and­ra metallpartiklar eller hydroxylapatit från implantat kan också lossna både under och efter att implantatet satts in. Partiklarna sväljs med saliven, når tarmarna och lämnar kroppen den vägen.

”Silver används just för att det har toxiska effekter på mikroorganismer. Men de fria silverjonerna kan också vara skadliga för våra egna celler.”

– Titandioxid har visat sig vara ganska inert, alltså inte reaktivt, i toxikologiska tester. Hydroxylapatit anses vara ofarligt i bulkform, och det pågår forskning för att studera om det kan finnas toxiska effekter i nanoform, säger Bengt Fadeel.
Nanopartiklar av silver används i dentala material för att förhindra bakterietillväxt. Dessa släpper ifrån sig silver­joner. Eftersom partiklarna har en stor yta relativt sin volym kan de släppa ifrån sig mer joner jämfört med större partiklar av samma material, det finns helt enkelt mer yta per massenhet i nanoform.
– Silver används just för att det har toxiska effekter på mikroorganismer. Men de fria silverjonerna kan också vara skadliga för våra egna celler, till exempel genom att orsaka skador på arvsmassan, vilket på lång sikt ger en risk för mutationer och cancer, säger Bengt Fadeel.
Han arbetar just nu med en studie där lungceller utsätts för låga doser av silverpartiklar under lång tid, upp till sex veckor, vilket har visat sig ge förändringar som gör att cellerna mer liknar cancerceller.

Upptag genom huden

Hur är det då med upptag genom huden? De studier som gjorts av nanopartiklar av zinkoxid i solkräm visade att dessa adsorberas genom huden, men i liten mängd. Forskningen visar också att de inte går igenom oskadad hud. På tandvårdskliniken finns inte några större risker för att få material som innehåller nanopartiklar på huden.
– Om man tittar allmänt på nanopartiklar så är det fiberlika material, till exempel kolnanorör, som är mest bekymrande. Särskilt långa kolnanorör har likheter med asbest och kan ge upphov till inflammation som på lång sikt kan ge mesoteliom, en slags lungcancer, säger Bengt Fadeel.
De nanopartiklar som finns i dagens dentala material innebär sannolikt låga hälsorisker för både personal och patienter. När man lägger till silvernanopartiklar i materialen finns dock risk för att toxixiteten ökar.