Forskere udvikler teknik til at måle kvantitet, risici ved konstruerede nanomaterialer leveret til celler

Tusindvis af forbrugerprodukter, der indeholder konstruerede nanopartikler - mikroskopiske partikler, der findes i hverdagsting fra kosmetik og tøj til byggematerialer - kommer på markedet hvert år. Bekymringer om mulige miljømæssige sundheds- og sikkerhedsproblemer med disse nanoaktiverede produkter fortsætter med at vokse, med videnskabsmænd, der kæmper for at komme frem til hurtige, billig, og letanvendelige cellulære screeningssystemer til at identificere mulige farer ved store biblioteker af konstruerede nanomaterialer. Imidlertid, at bestemme, hvor meget eksponering for konstruerede nanopartikler kan være usikkert for mennesker, kræver præcis viden om mængden (eller dosis) af nanomaterialer, der interagerer med celler og væv såsom lunger og hud.

Dette er let at bestemme med kemikalier, men udfordringen fra nanopartikler suspenderet i fysiologiske medier er ikke triviel. Konstruerede nanopartikler i biologiske medier interagerer med serumproteiner og danner større agglomerater, som ændrer både deres såkaldte effektive tæthed og aktive overfladeareal, og i sidste ende definere deres levering til celledosis og bio-interaktioner. Denne adfærd har enorme implikationer, ikke kun ved måling af den nøjagtige mængde af nanomaterialer, der interagerer med celler og væv, men også ved at definere farerangeringer af forskellige konstruerede nanomaterialer (ENM'er). Som resultat, tusindvis af publicerede cellulære screeningsassays er svære at fortolke og bruge til risikovurderingsformål.

Forskere ved Center for Nanoteknologi og Nanotoksikologi ved Harvard School of Public Health (HSPH) har opdaget en faste, enkel, og billig metode til at måle den effektive tæthed af konstruerede nanopartikler i fysiologiske væsker, gør det muligt præcist at bestemme mængden af ​​nanomaterialer, der kommer i kontakt med celler og væv i kultur.

Metoden, kaldet den volumetriske centrifugeringsmetode (VCM), blev offentliggjort i dag i Naturkommunikation .

Opdagelsen vil have stor indflydelse på farevurderingen af ​​konstruerede nanopartikler, gør det muligt for risikobedømmere nøjagtigt at rangere farerne ved nanomaterialer ved hjælp af cellulære systemer. Desuden, ved at måle sammensætningen af ​​nanomaterialeagglomerater i fysiologiske væsker, det vil give videnskabsfolk mulighed for at designe mere effektive nano-baserede lægemiddelleveringssystemer til nanomedicinske applikationer.

"Den største udfordring, vi har med at vurdere mulige sundhedseffekter forbundet med nanoeksponering, er at beslutte, hvornår noget er farligt, og hvornår det ikke er det, baseret på dosisniveauet. Ved lave niveauer, risikoen er sandsynligvis minimal, " sagde seniorforfatter Philip Demokritou, lektor i aerosolfysik i Institut for Miljøsundhed ved HSPH. "Spørgsmålet er:Ved hvilket dosisniveau bliver nanoeksponering problematisk? Det samme spørgsmål gælder for nanobaserede lægemidler, når vi tester deres effektivitet ved hjælp af cellulære systemer. Hvor meget af det administrerede nanolægemiddel vil komme i kontakt med celler og væv? Dette vil bestemme den effektive dosis, der er nødvendig for en given cellulær respons."

Føderale tilsynsmyndigheder kræver ikke, at producenter tester konstruerede nanopartikler, hvis den oprindelige form af bulkmaterialet allerede har vist sig at være sikker. Imidlertid, der er bevis for, at nogle af disse materialer kan være mere skadelige i nanoskalaen - en skala, hvor materialer kan trænge ind i cellerne og lettere omgå biologiske barrierer og udvise unikke fysiske, kemisk, og biologiske egenskaber sammenlignet med større partikler.

"VCM-metoden vil hjælpe nanobiologer og regulatorer med at løse modstridende in vitro cellulære toksicitetsdata, der er blevet rapporteret i litteraturen for forskellige nanomaterialer. Disse forskelle skyldes sandsynligvis mangel på eller unøjagtige dosimetriske overvejelser i nano-bio-interaktioner i et cellulært screeningssystem, sagde Joel Cohen, en ph.d.-studerende ved HSPH og en af ​​undersøgelsens to hovedforfattere.

Dette forskningsprojekt blev støttet af tilskud fra National Institute for Occupational Safety and Health og National Science Foundation, og Center for Nanoteknologi og Nanotoksikologi ved HSPH.

Denne historie er offentliggjort med tilladelse fra Harvard Gazette, Harvard Universitys officielle avis. For yderligere universitetsnyheder, besøg Harvard.edu.