Ny tilgang til at teste sundhed, miljøeffekter af nanopartikler

Tidligere bestræbelser på at bestemme sundheds- og miljøeffekterne af de nanopartikler, der finder anvendelse i hundredvis af forbrugerprodukter, kan have givet vildledende resultater ved at omfavne traditionelle toksikologiske tests, der ikke tager højde for de unikke egenskaber ved stykker materiale, der er så små, at 100, 000 kunne passe i perioden i slutningen af ​​denne sætning.

Det var blandt de observationer, der blev præsenteret her i dag på det 245. nationale møde og udstilling af American Chemical Society (ACS), af en af ​​de nye ledere inden for nanovidenskab. Foredraget af Christy Haynes, Ph.D., var blandt næsten 12, 000 oplæg ved stævnet.

Haynes holdt den indledende Kavli Foundation Emerging Leader in Chemistry-forelæsning ved mødet, afholdes i Ernest N. Morial Convention Center og hoteller i centrum. Sponsoreret af Kavli Fonden, Emerging Leaders Lectures anerkender arbejdet udført af fremragende unge kemiske videnskabsmænd. Disse nye præsentationer vil sætte fokus på forskere, der er yngre end 40 år og ikke mere end 10 år tilbage fra at opnå deres ph.d., når de er nomineret, og som har opnået usædvanlige resultater inden for videnskabelig eller teknisk forskning. Denne foredragsrække løber fra 2013 til 2015 og slutter sig til den eksisterende serie "Kavli Foundation Innovations in Chemistry Lecture".

"Christy Haynes er den perfekte videnskabsmand til at lancere denne prestigefyldte forelæsningsserie, " sagde Marinda Li Wu, Ph.D., formand for ACS. "Haynes' forskning slår igennem i det videnskabelige samfund i bestræbelserne på at bruge nanopartikler og nanoteknologi inden for medicin og andre områder. Og den forskning har sat gang i den populære fantasi, såvel. Haynes var inkluderet i Populær Videnskab 's 'Brilliant 10' liste, en gruppe 'genier, der ryster op i videnskaben i dag'. Vi er glade for at samarbejde med Kavli Fonden om at fremhæve sådanne personers bidrag."

"Kavli Fonden er glade for at støtte en serie, der bringer opmærksomhed til exceptionelle unge forskere i kemi. Anerkendelse af disse fremragende unge kemikere vil inspirere andre og bidrage til at skabe en levende fremtid på området, sagde Fred Kavli, stifter og formand for Kavli Fonden. Tilføjet Bob Conn, formand for fonden, "Lys, unge forskere besidder energien, motivation og en 'can do'-holdning til at bringe videnskaben fremad. Det er ofte på dette stadium, at videnskabsmænd udfører deres mest innovative arbejde."

Kavli Fonden er dedikeret til at fremme videnskaben til gavn for menneskeheden, fremme offentlig forståelse for videnskabelig forskning og støtte videnskabsmænd og deres arbejde. Fonden gennemfører sin mission gennem et internationalt program af forskningsinstitutter inden for områderne astrofysik og teoretisk fysik, nanovidenskab og neurovidenskab, og gennem støtte fra konferencer, symposier, begavede professorater, journalistiske workshops og andre aktiviteter.

Serien "Kavli Foundation Innovations in Chemistry Lecture" debuterede i marts 2011 og vil fortsætte gennem 2013. Disse foredrag vil adressere det presserende behov for energisk, ny, "uden for boksen" tænkning, som videnskabsmænd tackler mange af verdens voksende udfordringer, ligesom klimaændringer, nye sygdomme, og mangel på vand og energi. Kavli Fonden, en internationalt anerkendt filantropisk organisation kendt for sin støtte til grundlæggende videnskabelig innovation, indvilligede i at sponsorere forelæsningerne i samarbejde med ACS i 2010.

Wu roste også Kavli Fonden for dens støtte til forelæsningerne og ledelse af en lang række andre aktiviteter til fremme af videnskaben. "Kavli Foundation og American Chemical Society er fremragende partnere med bemærkelsesværdigt ens missioner, " sagde Wu. "ACS' mission taler om at fremme videnskaben om kemi "til gavn for Jorden og dens mennesker." Jeg er glad for, at disse to organisationer kan arbejde sammen i deres dedikation til at nå disse mål."

Haynes, der er ved University of Minnesota, forklarede, at da producenter begyndte at bruge eller overvejede brug af nanopartikler i forbrugerprodukter og andre produkter, der opstod bekymringer om de mulige sundheds- og miljøeffekter. Mere end 800 forbrugerprodukter baseret på nanoteknologi er på markedet, ifølge nogle skøn. Et nyt felt, der nogle gange kaldes "nanotoksikologi", dukkede op i de sidste 10 år for at undersøge disse bekymringer.

"Det første arbejde fokuserede på at bruge de toksikologiske test, der var blevet brugt i årevis til at evaluere bulkmaterialer, " sagde Haynes. "Nanopartikler, imidlertid, er iboende forskellige. En nanopartikel af materiale brugt i fødevarer eller en kosmetisk lotion kan kun indeholde nogle få atomer, eller et par tusinde atomer. Stykker af det samme materiale i almindelig størrelse kan indeholde milliarder af atomer. Den forskel får nanopartikler til at opføre sig anderledes end deres bulk-modstykker."

En 1-ounce guldklump, for eksempel, har de samme kemiske og fysiske egenskaber som en 2-ounce guldbarre eller en 27-pund guldbarre. For nanopartikler, imidlertid, størrelsen dikterer ofte de fysiske og kemiske egenskaber, og disse egenskaber ændrer sig, efterhånden som størrelsen falder.

Haynes sagde, at nogle af de tidligere nanotoksikologiske tests ikke fuldt ud tog disse og andre faktorer i betragtning, når de evaluerede virkningerne af nanopartikler. I nogle tilfælde, for eksempel, the bottom line in those tests was whether cells growing in laboratory cultures lived or died after exposure to a nanoparticle.

"While these results can be useful, there are two important limitations, " Haynes explained. "A cell can be alive but unable to function properly, and it would not be apparent in those tests. Ud over, the nature of nanoparticles—they're more highly reactive—can cause 'false positives' in these assays."

Haynes described a new approach used in her team's work in evaluating the toxicity of nanoparticles. It focuses on monitoring how exposure to nanoparticles affects a cell's ability to function normally, rather than just its ability to survive the exposure. Ud over, they have implemented measures to reduce "false-positive" test results, which overestimate nanoparticle toxicity. One of the team's safety tests, for eksempel, determines whether key cells in the immune system can still work normally after exposure to nanoparticles. I en anden, the scientists determine whether bacteria exposed to nanoparticles can still communicate with each other, engaging in the critical biochemical chatter that enables bacteria to form biofilms, communities essential for them to multiply in ways that lead to infections.

"Indtil nu, we have found that nanoparticles made of silver or titanium may be the most problematic, though I would say that neither is as bad as some of the alarmist media speculations, especially when they are stabilized appropriately, " said Haynes. "I think that it will be possible to create safe, stable coatings on nanoparticles that will make them stable and allow them to leave the body appropriately. We need more research, selvfølgelig, in order to make informed decisions."

This area of research—how nanoparticles interact with biological and ecological systems—is the focus of a newly funded multi-institutional partnership that includes Haynes' team. It is the Center for Sustainable Nanotechnology, funded by the National Science Foundation Division of Chemistry through the Centers for Chemical Innovation Program.

Haynes' work has led to her involvement in two large bioethics efforts funded by the National Institutes of Health that made recommendations about how to regulate nanoparticles for biomedical use. "I was one of a few scientists in rooms full of lawyers, ethicists and philosophers, " she explained. "My job was to provide the bench scientist's perspective on the definitions and recommendations. Both projects produced recommendations that were presented directly to officials in the U.S. Food and Drug Administration, the U.S. Environmental Protection Agency, the National Institute for Occupational Safety and Health and other agencies."