Undersøgelse tyder på, at kulstofnanorør kan beskytte DNA mod oxidation

(Phys.org) – Forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har fremlagt beviser i laboratoriet for, at enkeltvæggede kulstofnanorør (SWCNT'er) kan hjælpe med at beskytte DNA-molekyler mod beskadigelse ved oxidation. I naturen, oxidation er en almindelig kemisk proces, hvor et reaktivt kemikalie fjerner elektroner fra DNA og kan øge chancen for mutationer i celler. Flere undersøgelser er nødvendige for at se, om den in vitro beskyttende effekt af nanorør rapporteret i laboratoriet også forekommer in vivo, det er, i en levende organisme.

"Vores resultater fortæller os ikke, om kulstofnanorør er gode eller dårlige for mennesker og miljø, siger Elijah Petersen, en af ​​forfatterne til undersøgelsen. "Imidlertid, Resultaterne hjælper os med bedre at forstå de mekanismer, hvorved nanorør kan interagere med biomolekyler."

Enkeltvæggede kulstofnanorør - små hule stænger, der er et atom-tykke plader af grafen rullet ind i cylindre 10, 000 gange mindre i diameter end et menneskehår - er værdsat for deres ekstraordinære optiske, mekanisk, termiske og elektroniske egenskaber. De bliver brugt til at producere lette og ekstremt stærke materialer, forbedre mulighederne for enheder såsom sensorer, og tilvejebringe et nyt middel til at levere lægemidler med stor specificitet. Imidlertid, efterhånden som kulstof nanorør bliver mere og mere inkorporeret i forbruger- og medicinske produkter, offentlighedens bekymring for deres potentielle miljømæssige, sundheds- og sikkerhedsrisici (EHS) er vokset. Det har været en udfordring at videnskabeligt bestemme risikoniveauet forbundet med kulstofnanorørene, med forskellige undersøgelser, der viser modstridende resultater om cellulær toksicitet. En af de komponenter, der mangler i disse undersøgelser, er en forståelse af, hvad der fysisk sker på molekylært niveau.

I en nylig avis, NIST-forskere undersøgte virkningen af ​​ultralydbehandling på en opløsning af DNA-fragmenter kendt som oligomerer i nærvær og fravær af kulstofnanorør. Ultralydbehandling er en standard laboratorieteknik, der bruger højfrekvente lydbølger til at blande løsninger, bryde celler op eller bearbejde gylle. Processen kan bryde vandmolekyler til meget reaktive midler såsom hydroxylradikaler og hydrogenperoxid, der ligner de oxidative kemikalier, der almindeligvis truer pattedyrs celle-DNA, selvom de eksperimentelle niveauer fra sonikering er meget større end dem, der findes naturligt i celler. "I vores eksperiment, vi ledte efter at se, om nanorørene forstærkede eller afskrækkede oxidativ skade på DNA, siger Petersen.

I modsætning til forventningen om, at kulstof nanorør vil beskadige biomolekyler, de kommer i kontakt med, forskerne fandt ud af, at de overordnede niveauer af akkumuleret DNA-skade blev signifikant reduceret i opløsningerne med nanorør til stede. "Dette tyder på, at nanorørene kan give en beskyttende effekt mod oxidativ skade på DNA, siger Petersen.

En mulig forklaring på det overraskende resultat, Petersen siger, er, at kulstofnanorørene kan fungere som skyllemidler, binder de oxidative arter i opløsning og forhindrer dem i at interagere med DNA. "Vi så også et fald i DNA-skader, da vi lavede ultralydbehandling i nærvær af dimethylsulfoxid (DMSO), en kemisk forbindelse, der er kendt for at være en hydroxylradikalopfanger, siger Petersen.

Petersen siger, at et tredje eksperiment, hvor ultralydbehandling blev udført i nærværelse af DMSO og SWCNT'er, samtidig gav en additiv effekt, reducerer DNA-skadeniveauet mere markant end begge behandlinger alene.