Kulstofnanopartikler bryder barrierer - og det er måske ikke godt

En undersøgelse foretaget af forskere fra videnskabs- og medicinskolerne ved Indiana University-Purdue University Indianapolis undersøger virkningerne af kulstofnanopartikler (CNP'er) på levende celler. Dette arbejde er blandt de første til at studere koncentrationer af disse små partikler, der er lave nok til at efterligne den faktiske eksponering af et almindeligt individ.

Virkningerne på den menneskelige krop af eksponering for CNP'er - små kemikalier med hurtigt voksende anvendelser inden for elektronik, medicin, og mange andre felter -- er lige begyndt at blive åbenbaret. Eksponering på det niveau, der er undersøgt af IUPUI-forskerne, svarer omtrent til, hvad der kan være resultatet af forkert bortskaffelse af en genstand, såsom et fjernsyn eller en computerskærm, der indeholder CNP'er, bor i nærheden af ​​en CNP-producerende facilitet, eller arbejde med CNP'er.

Forskningen, offentliggjort i september 2011-udgaven af ​​tidsskriftet Nanotoksikologi , fokuserer på effekten af ​​lav koncentration af CNP-eksponering på cellerne, der beklæder nyrens nefron, en rørformet struktur inde i nyren, der laver urin. Efterforskerne fandt, at CNP'ernes rolle i denne del af kroppen var betydelig og potentielt bekymrende.

"I modsætning til mange andre undersøgelser, vi har brugt lave koncentrationer af CNP'er, der er typiske for, hvad der kan forekomme i kroppen efter indtagelse af dem fra miljøforurening eller endda fra indånding af luft med CNP'er. Vi fandt ud af, at disse små partikler forårsager lækage i den cellulære beklædning af nyrens nefron, " sagde undersøgelsens første forfatter Bonnie Blazer-Yost, Ph.D., professor i biologi ved School of Science ved IUPUI og adjungeret professor i cellulær og integrativ fysiologi og i anatomi og cellebiologi ved IU School of Medicine.

"At bryde denne biologiske barriere bekymrer os, fordi ting, der skal tilbageholdes i den dannede urin, kan lække tilbage i blodbanen, og ting i blodet kan lække ind i urinen. Normale biologiske stoffer såvel som affaldsstoffer er farlige, hvis de går derhen, hvor de ikke skal være, " sagde Blazer-Yost.

"Disse CNP'er dræber ikke celler - så de er ikke dødelige, men de påvirker celler, og i dette tilfælde er det en negativ effekt, " sagde den korresponderende og seniorforfatter Frank Witzmann, Ph.D., professor i cellulær og integrativ fysiologi og i biokemi og molekylærbiologi ved IU School of Medicine og adjungeret professor i biologi ved School of Science.

Biologiske barrierer er meget vigtige for menneskers sundhed. Den mest velforståede er huden, men der er mange andre. "Den menneskelige krop har brug for intakte barrierer, om det er hud, luftvejsforinger, tarmvægge eller nyrecellerne, vi så på i denne undersøgelse. Vi er nødt til at få en bedre forståelse af, hvordan CNP'er ændrer og ændrer egenskaber ved barrierer, efterhånden som disse små partikler bliver mere almindelige i den luft, vi indånder, sagde Witzmann.

De to forskere bemærker, at disse utroligt stærke partikler, kun synlig under et elektronmikroskop, udføre nyttige funktioner, herunder roller i medicinafgivelse og er ansvarlige for mange fremskridt inden for elektronik, såsom de imponerende farver, der ses på plasma-tv og computerskærme. Det, de bekymrer sig om, er, når CNP'er kommer ind i luften og miljøet og i sidste ende den menneskelige krop fra uhensigtsmæssig bortskaffelse eller fra fremstilling af produkter, der indeholder partiklerne.

Denne undersøgelse er en del af teamets større arbejdsgruppe, som ser på virkningen af ​​CNP'er på barrierer i hele kroppen inklusive dem i luftvejene og tyktarmen.

"På dette tidspunkt, vi ved, at CNP'er har mange gavnlige kvaliteter, men udgør også potentielle risici. Disse partikler er så små, at når de kommer ind i forskellige organer eller systemer, kan de binde sig til mange ting. Vi er nødt til at undersøge nærmere, hvordan de ser ud i forskellige dele af kroppen, hvordan de påvirker proteinekspression, samt hvad de gør, når de krydser en barriere eller udskilles, sagde Witzmann.

"At studere de cellulære ændringer i urin-blod-barrieren i nyrerne forårsaget af gentagen eksponering for lave koncentrationer af CNP'er er det første skridt til at forstå angrebet på den menneskelige krop ved utilsigtet eksponering for CNP'er, men det er vigtigt, " sagde Blazer-Yost.

Adam Amos, en studie medforfatter, udført noget af det indledende arbejde, der bidrog til denne undersøgelse under en fem-semesters intensiv bachelor-forskningserfaring i Blazer-Yost-laboratoriet på School of Science. Han går i øjeblikket på IU School of Medicine. Arbejdet blev videreført som led i ph.d. afhandlingsforskning af Amiraj Banga.