Search

Summary Silver nanoparticles (Ag NPs) are among the most promising groups of NPs (particles with all dimensions below 100 nm) for application in numerous consumer products due to their broad spectrum antimicrobial activities. Examples are incorporation in textiles and plastics, personal care products, water filters, food supplements etc. The extensive application and use together with the not yet fully understood properties of Ag NPs as well as the toxicity of Ag itself has raised concerns on potential impact of Ag NPs on human and environmental health. The research conducted within this thesis aimed at the evaluation of potential hazards of Ag NPs and identification of some key factors that determine the toxicity of Ag NPs. A tiered approach was employed using a battery of standard bioassays with model aquatic organisms, followed by the determination of sub-lethal concentrations for mechanistic endpoints, the identification of target tissues and organisms for Ag NP exposure and uptake and the integration of a proteomic tool to identify subtle changes. One of the main uptake routes for Ag NPs is through ingestion making the gastrointestinal epithelium one of the first ports of potential NP uptake and cell-particle interactions. An in vitro co-culture model incorporating a mucus layer mimicking the gastrointestinal epithelium was established for a more realistic evaluation of Ag NP potential toxicity than using intestinal epithelial cells alone. Indeed, the absence of mucus resulted in an overestimation of Ag NP toxicity. To be able to elucidate subtle changes in cellular functions and identification of particle specific effects and NP modes of action, a proteomic approach was employed. Differences and commonalities were observed between the cellular responses induced Ag NPs of different sizes and AgNO3 as a source of free Ag ions. As the Ag NPs are expected to reach the aquatic environment, a combination of adapted standard ecotoxicity assays with organisms of different trophic levels were used to evaluate the toxic effects Ag NPs. Synthetically produced Ag NPs of different sizes (Ag 20 and 200 nm) as well as Ag NPs synthesized by a biological method (using plant leaf extracts of Ocinum sanctum and Azadirachta indica, Ag 23 and 27 nm, respectively) were used as model particles in order to elucidate the relation between size, synthesis method, NP surface properties, ion dissolution and toxicity. Based on earlier indications of interference of another type of NPs with the multi xenobiotic resistance mechanism (MXR), a first line of defense against xenobiotics, the effects of Ag NPs on the MXR mechanism were studied as well. The MXR mechanism is present in all animals, including humans and aquatic organisms. MXR can be compromised by chemical agents that are structurally and chemically unrelated, and interference with MXR could be the basis for enhanced toxicity by contaminant mixtures. A fast in vitro cellular efflux pump inhibition assay (CEPIA) was established evaluating first the effects of contaminants commonly found in the environment. Next, an in vivo CEPIA assay was established using the juvenile D. magna model aquatic organism and the potential of the MXR modulation by Ag NPs and ionic Ag was quantified in vitro and in vivo. This integrated approach revealed that the size and the synthesis method are the factors affecting most the uptake and toxicity in both cells in vitro as well as in vivo in freshwater crustaceans (daphnids) and dissolution in the different media with the biologically synthesized Ag NPs being more potent compared to the conventional Ag NPs. The gastrointestinal tract is expected to be a target site for Ag NPs exposure and a co-culture of Caco-2-TC7 and HT29-MTX cells optimized and employed in the current study represents a more realistic model compared to Caco-2 monocultures. The mucus layer provides an additional protective barrier and its absence can lead to overestimation of effects in in vitro studies. Ag was detected both in the cells in co-culture, in the gut of daphnids’ as well as specific areas, seemingly developing oocytes, indicating a potential translocation of Ag NPs that could have consequences for fecundity. MXR efflux transporters were found to be modulated by Ag at low concentrations (0.18 µg/L), that are slightly lower compared to the predicted environmental concentrations. The extent to which the Ag ions contribute to the effects of Ag NPs depends on the size and surface properties of the Ag NPs. For the conventional, uncoated Ag NPs, the Ag release is minimal and the size is the determining factor while for biologically synthesized particles the biomolecules present due to the synthesis method and Ag release affect most the uptake and effects. The simultaneous presence of Ag ions and NPs releasing ions can lead to an exacerbation of the effects. The proteomic approach was successfully applied and it proved to be a useful technique in discerning subtle cellular changes in response to Ag NP exposure that would otherwise be unnoticed. Ag NPs 20 nm regulated different sets of proteins with a distinct pattern of cellular responses compared to Ag 200 nm and AgNO3, suggesting a different mode of action with effects being particle- and size-dependent. These results obtained during this thesis are promising for future toxicity testing of new materials using invertebrate organisms and more realistic in vitro models leading to more meaningful results and more accurate assessment of Ag NP hazards.

Summary Silver nanoparticles (Ag NPs) are among the most promising groups of NPs (particles with all dimensions below 100 nm) for application in numerous consumer products due to their broad spectrum antimicrobial activities. Examples are incorporation in textiles and plastics, personal care products, water filters, food supplements etc. The extensive application and use together with the not yet fully understood properties of Ag NPs as well as the toxicity of Ag itself has raised concerns on potential impact of Ag NPs on human and environmental health. The research conducted within this thesis aimed at the evaluation of potential hazards of Ag NPs and identification of some key factors that determine the toxicity of Ag NPs. A tiered approach was employed using a battery of standard bioassays with model aquatic organisms, followed by the determination of sub-lethal concentrations for mechanistic endpoints, the identification of target tissues and organisms for Ag NP exposure and uptake and the integration of a proteomic tool to identify subtle changes. One of the main uptake routes for Ag NPs is through ingestion making the gastrointestinal epithelium one of the first ports of potential NP uptake and cell-particle interactions. An in vitro co-culture model incorporating a mucus layer mimicking the gastrointestinal epithelium was established for a more realistic evaluation of Ag NP potential toxicity than using intestinal epithelial cells alone. Indeed, the absence of mucus resulted in an overestimation of Ag NP toxicity. To be able to elucidate subtle changes in cellular functions and identification of particle specific effects and NP modes of action, a proteomic approach was employed. Differences and commonalities were observed between the cellular responses induced Ag NPs of different sizes and AgNO3 as a source of free Ag ions. As the Ag NPs are expected to reach the aquatic environment, a combination of adapted standard ecotoxicity assays with organisms of different trophic levels were used to evaluate the toxic effects Ag NPs. Synthetically produced Ag NPs of different sizes (Ag 20 and 200 nm) as well as Ag NPs synthesized by a biological method (using plant leaf extracts of Ocinum sanctum and Azadirachta indica, Ag 23 and 27 nm, respectively) were used as model particles in order to elucidate the relation between size, synthesis method, NP surface properties, ion dissolution and toxicity. Based on earlier indications of interference of another type of NPs with the multi xenobiotic resistance mechanism (MXR), a first line of defense against xenobiotics, the effects of Ag NPs on the MXR mechanism were studied as well. The MXR mechanism is present in all animals, including humans and aquatic organisms. MXR can be compromised by chemical agents that are structurally and chemically unrelated, and interference with MXR could be the basis for enhanced toxicity by contaminant mixtures. A fast in vitro cellular efflux pump inhibition assay (CEPIA) was established evaluating first the effects of contaminants commonly found in the environment. Next, an in vivo CEPIA assay was established using the juvenile D. magna model aquatic organism and the potential of the MXR modulation by Ag NPs and ionic Ag was quantified in vitro and in vivo. This integrated approach revealed that the size and the synthesis method are the factors affecting most the uptake and toxicity in both cells in vitro as well as in vivo in freshwater crustaceans (daphnids) and dissolution in the different media with the biologically synthesized Ag NPs being more potent compared to the conventional Ag NPs. The gastrointestinal tract is expected to be a target site for Ag NPs exposure and a co-culture of Caco-2-TC7 and HT29-MTX cells optimized and employed in the current study represents a more realistic model compared to Caco-2 monocultures. The mucus layer provides an additional protective barrier and its absence can lead to overestimation of effects in in vitro studies. Ag was detected both in the cells in co-culture, in the gut of daphnids’ as well as specific areas, seemingly developing oocytes, indicating a potential translocation of Ag NPs that could have consequences for fecundity. MXR efflux transporters were found to be modulated by Ag at low concentrations (0.18 µg/L), that are slightly lower compared to the predicted environmental concentrations. The extent to which the Ag ions contribute to the effects of Ag NPs depends on the size and surface properties of the Ag NPs. For the conventional, uncoated Ag NPs, the Ag release is minimal and the size is the determining factor while for biologically synthesized particles the biomolecules present due to the synthesis method and Ag release affect most the uptake and effects. The simultaneous presence of Ag ions and NPs releasing ions can lead to an exacerbation of the effects. The proteomic approach was successfully applied and it proved to be a useful technique in discerning subtle cellular changes in response to Ag NP exposure that would otherwise be unnoticed. Ag NPs 20 nm regulated different sets of proteins with a distinct pattern of cellular responses compared to Ag 200 nm and AgNO3, suggesting a different mode of action with effects being particle- and size-dependent. These results obtained during this thesis are promising for future toxicity testing of new materials using invertebrate organisms and more realistic in vitro models leading to more meaningful results and more accurate assessment of Ag NP hazards.

Met lit.opg.

In het kader van EU richtlijn 76/464 dienen de lidstaten van de Europese Unie milieukwaliteitsnormen af te leiden voor de stoffen die in deze richtlijn genoemd worden. Voor een aantal van deze stoffen waren tot nu toe geen Nederlandse milieukwaliteitsnormen beschikbaar. Daarom heeft het ministerie van VROM het RIVM verzocht om voor deze stoffen risicogrenzen (het Maximaal Toelaatbaar Risiconiveau en het Verwaarloosbaar Risiconiveau, afgekort MTR en VR) af te leiden, die vervolgens door het ministerie gebruikt kunnen worden om te voldoen aan haar verplichtingen zoals in de EU richtlijn gesteld. Zodoende worden in dit rapport de resultaten weergegeven voor de volgende stoffen: boor, zilver, titanium, tellurium, uranium en organische siliciumverbindingen

In het kader van EU richtlijn 76/464 dienen de lidstaten van de Europese Unie milieukwaliteitsnormen af te leiden voor de stoffen die in deze richtlijn genoemd worden. Voor een aantal van deze stoffen waren tot nu toe geen Nederlandse milieukwaliteitsnormen beschikbaar. Daarom heeft het ministerie van VROM het RIVM verzocht om voor deze stoffen risicogrenzen (het Maximaal Toelaatbaar Risiconiveau en het Verwaarloosbaar Risiconiveau, afgekort MTR en VR) af te leiden, die vervolgens door het ministerie gebruikt kunnen worden om te voldoen aan haar verplichtingen zoals in de EU richtlijn gesteld. Zodoende worden in dit rapport de resultaten weergegeven voor de volgende stoffen: boor, zilver, titanium, tellurium, uranium en organische siliciumverbindingen

Voor het sorteeronderzoek van het RIVM wordt drie maal per jaar in vijf wijken van vier gemeenten op representatieve wijze huishoudelijk afval ingezameld. Door de keuze van de gemeenten en de wijken waarin de monsterneming plaatsvindt, is getracht een gemiddeld beeld van het Nederlandse zakkenafval te verkrijgen. Jaarlijks wordt door het RIVM van een wijk het zakkenvuil fysisch en chemisch onderzocht. Het hier beschreven onderzoek werd uitgevoerd aan zakkenvuil, dat in 1987 was ingezameld in Amsterdam (oude stadswijk). Uit het onderzoek blijkt dat in 1 kg nat zakkenvuil circa 4 mg As, 2 mg Cd, 100 mg Cr, 230 mg Pb en 3 mg Sb bevat. Deze waarden zijn van dezelfde orde van grootte als de gehalten die in 1986 werden gemeten in zakkenvuil in Arnhem. Voorts verschaft het rapport informatie over de concentraties van de metalen Be, Co, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, V, Ag en Zn en de calorische waarden van de afzonderlijke componenten.

Voor het sorteeronderzoek van het RIVM wordt drie maal per jaar in vijf wijken van vier gemeenten op representatieve wijze huishoudelijk afval ingezameld. Door de keuze van de gemeenten en de wijken waarin de monsterneming plaatsvindt, is getracht een gemiddeld beeld van het Nederlandse zakkenafval te verkrijgen. Jaarlijks wordt door het RIVM van een wijk het zakkenvuil fysisch en chemisch onderzocht. Het hier beschreven onderzoek werd uitgevoerd aan zakkenvuil, dat in 1987 was ingezameld in Amsterdam (oude stadswijk). Uit het onderzoek blijkt dat in 1 kg nat zakkenvuil circa 4 mg As, 2 mg Cd, 100 mg Cr, 230 mg Pb en 3 mg Sb bevat. Deze waarden zijn van dezelfde orde van grootte als de gehalten die in 1986 werden gemeten in zakkenvuil in Arnhem. Voorts verschaft het rapport informatie over de concentraties van de metalen Be, Co, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, V, Ag en Zn en de calorische waarden van de afzonderlijke componenten.

Met lit. opg.

Met lit. opg.

Nanodeeltjes worden in steeds meer producten toegepast. Zo wordt 'nanozilver' toegepast in textiel vanwege hun antibacteriële eigenschappen. Het is echter onzeker of de toepassing van dergelijke nanodeeltjes risico's voor de consument en het milieu met zich meebrengt. Natuur & Milieu heeft daarom verzocht een aantal textieproducten te onderzoeken op de aanwezigheid van zilver nanodeeltjes en het uitspoelen van deze deeltjes tijdens het wassen.

Met lit. opg.

Lit.opg.

Lit.opg.

Met lit. opg.

Nanodeeltjes worden in steeds meer producten toegepast. Zo wordt 'nanozilver' toegepast in textiel vanwege hun antibacteriële eigenschappen. Het is echter onzeker of de toepassing van dergelijke nanodeeltjes risico's voor de consument en het milieu met zich meebrengt. Natuur & Milieu heeft daarom verzocht een aantal textieproducten te onderzoeken op de aanwezigheid van zilver nanodeeltjes en het uitspoelen van deze deeltjes tijdens het wassen.

Analoog aanwezig.

Met lit. opg.

Analoog aanwezig.

Met lit. opg.

Lit.opg., bijl.

Lit.opg., bijl.

Lit.opg., bijl.

Lit.opg., bijl.

Projectcode: KKS'07.

De wisselwerking van een oppervlak van een vaste stof met zijn omgeving behoort tot een van de vele onderzoeksgebieden binnen de natuurkunde waarvan de praktische betekenis groot is. In het dagelijkse leven zijn we bekend met deze wisselwerking. Een voorbeeld hiervan is het roesten (corroderen) van ijzer als gevolg van de interactie met water en zuurstof. Een ander corrosieproces dat we kennen is het zwart worden van zilverwerk dat moet worden gepoetst om de oorspronkelijke glans weer terug te krijgen; hetzelfde geldt voor groen uitgeslagen koper. ... Zie: Samenvatting

De wisselwerking van een oppervlak van een vaste stof met zijn omgeving behoort tot een van de vele onderzoeksgebieden binnen de natuurkunde waarvan de praktische betekenis groot is. In het dagelijkse leven zijn we bekend met deze wisselwerking. Een voorbeeld hiervan is het roesten (corroderen) van ijzer als gevolg van de interactie met water en zuurstof. Een ander corrosieproces dat we kennen is het zwart worden van zilverwerk dat moet worden gepoetst om de oorspronkelijke glans weer terug te krijgen; hetzelfde geldt voor groen uitgeslagen koper. ... Zie: Samenvatting