Nikkel nanopartikler kan bidrage til lungekræft

Al spændingen omkring nanoteknologi kommer ned til dette:Strukturer af materialer i størrelsesordenen milliardtedele af en meter får usædvanlige egenskaber. Teknologer fokuserer ofte på de gladere blandt disse nyfundne egenskaber, men ny forskning udført af et tværfagligt team af forskere ved Brown University finder, at nanopartikler af nikkel aktiverer en cellulær vej, der bidrager til kræft i menneskelige lungeceller.

"Nanoteknologi har et enormt potentiale og lovende for mange applikationer, sagde Agnes Kane, formand for afdelingen for patologi og laboratoriemedicin i Warren Alpert Medical School ved Brown University. "Men lektien er, at vi skal lære at være i stand til at designe dem mere intelligent og, hvis vi erkender de potentielle farer, at tage passende forholdsregler."

Kane er seniorforfatter af undersøgelsen offentliggjort på forhånd online denne måned i tidsskriftet Toksikologiske Videnskaber.

Nikkelnanopartikler havde allerede vist sig at være skadelige, men ikke hvad angår kræft. Kane og hendes team af patologer, ingeniører og kemikere fandt beviser for, at ioner på overfladen af ​​partiklerne frigives inde i humane epitel-lungeceller for at sætte gang i en sti kaldet HIF-1 alfa. Normalt hjælper banen med at udløse gener, der understøtter en celle i tider med lav iltforsyning, et problem kaldet hypoxi, men det er også kendt at tilskynde tumorcellevækst.

"Nikkel udnytter denne vej, ved at det narre cellen til at tro, at der er hypoxi, men det er virkelig en nikkelion, der aktiverer denne vej, "sagde Kane, hvis arbejde er støttet af et National Institutes of Health Superfund Research Program Grant. "Ved at aktivere denne vej kan det give premaligne tumorceller et forspring."

Størrelse betyder noget

Forskerholdet, ledet af postdoktoral forskningsassistent og første forfatter Jodie Pietruska, udsatte menneskelige lungeceller for nanoskala partikler af metallisk nikkel og nikkeloxid, og større mikroskala partikler af metallisk nikkel. Et centralt fund er, at mens de mindre partikler sætter gang i HIF-1 alfa-vejen, de større metalliske nikkelpartikler viste sig meget mindre problematiske.

Med andre ord, at komme ned på nanoskalaen gjorde de metalliske nikkelpartikler mere skadelige og potentielt kræftfremkaldende. Kane sagde, at årsagen kunne være, at for den samme mængde metal efter masse, partikler i nanoskala udsætter meget mere overfladeareal, og det gør dem meget mere kemisk reaktive end partikler i mikroskala.

Et andet vigtigt resultat fra arbejdet er data, der viser en stor forskel på, hvordan nikkelnanopartikler og nikkeloxidnanopartikler reagerer med celler, sagde Pietruska. Nikkeloxidpartiklerne er så dødelige, at cellerne, der blev udsat for dem, døde hurtigt, efterlader ingen mulighed for, at kræft kan udvikle sig. Metalliske nikkelpartikler, på den anden side, var mindre tilbøjelige til at dræbe cellerne. Det kunne gøre det muligt for hypoksi-vejen at føre til, at cellen bliver kræft.

"Det bekymrende er, at de metalliske nikkelnanopartikler forårsagede vedvarende aktivering, men de var mindre cytotoksiske, " sagde Pietruska. "Det er klart, at en død celle ikke kan transformeres."

Selvom Kane sagde, at resultaterne skulle vække klare bekymringer om håndtering af nikkelnanopartikler, for at forhindre luftbåren eksponering for dem i fremstillingen, de er ikke alt, hvad der er nødvendigt for at forårsage kræft. Kræft afhænger typisk af en række uheldige ændringer, sagde Kane. Også, hun sagde, undersøgelsen så på de kortsigtede virkninger af eksponering af nikkelnanopartikler i celler i et laboratorium, snarere end på lang sigt i en hel organisme.

Stadig, i sit laboratorium anvender Kane betydelige sikkerhedsforanstaltninger for at holde forskere sikre.

"Vi håndterer alle disse materialer under biosikkerhedsniveau 2 indeslutningsbetingelser, " sagde hun. "Jeg vil ikke have nogen afsløret. Vi håndterer dem, som om de var et luftbårent kræftfremkaldende stof."