Miljøkemiker blinker advarselslys på ny nanopartikel

Da miljø- og jordkemiker Baoshan Xing ved University of Massachusetts Amherst begyndte at læse i 2014, at en ny, todimensionalt materiale kendt som lagdelt sort fosfor (BP) fik opmærksomhed fra biomedicinske forskere til brug i lægemiddelleveringssystemer og tumorfototermisk terapi, han var både fascineret og bekymret.

"Jeg er ikke kun en jordkemiker, men en miljøkemiker, "bemærker han." Som landbrugsforskere, vi er meget fortrolige med fosfor, men jeg havde aldrig hørt om todimensionalt sort fosfor. Så vi læste alle de flotte papirer om sort fosfor, og så, som miljøkemikere, vi begyndte at spørge om nanopartikeltoksicitet. Du skal være forsigtig, hvor du lægger sådanne materialer i menneskekroppen. "

I en nylig forside om tidsskriftet, Lille , hans tidligere postdoktor, Qing Zhao, i øjeblikket professor ved Institute of Applied Ecology ved Chinese Academy of Sciences, og Xing rapporterer toksicitets testresultater for forskellige tykkelser af lagdelt BP i tre cellelinjer. Kort, de fandt afbrydelse af cellemembranintegritet relateret til lagdelt BP -partikelstørrelse, plus koncentrations- og celletypeafhængig cytotoksicitet.

Xing siger, "Vi er blandt de første, der arbejder med dette materiale, især med hensyn til dets miljømæssige konsekvenser. "Han og kolleger opfordrer til, at" en indgående forståelse af BP's cytotoksicitet er af største betydning "for at levere nyttige data til risikovurdering og sikre biomedicinske applikationer.

Forskerne erkender, at det nye materiale, som opsamles som tynde prøver fra fosforkrystaller ved en teknik kendt som eksfoliering, det er, barbering af lag af forskellig tykkelse, har "unikke optiske og elektriske egenskaber, "hvilket kan gøre det til" en lovende kandidat til et effektivt lægemiddelleveringsmiddel og fototermisk/fotodynamisk terapi til behandling af en række kræftformer. "

Xing siger, "Jeg husker, da etlags grafen genererede stor spænding i forskningssamfundet for ti år siden, og jeg tror, ​​at folk nu bliver begejstrede for et enkelt lag sort fosfor, at det kan have mange spændende applikationer. "Men de to materialer adskiller sig meget i deres enkeltlagsstruktur, tilføjer han, hvor etlags grafen er helt fladt, eksfolieret BP har en zig-zagged struktur.

Zhao, Xing og deres kolleger påpeger, at undersøgelser af lagdelt BP -toksicitet udført til dato har brugt levedygtighedsreagenser, som kan forstyrre cytotoksicitetsresultater. Derimod, de har brugt en etiketfri, real-time celleanalyse (RTCA) teknik, der ikke har brug for fluorescerende eller kolorimetriske levedygtighedsreagenser.

Analyse af lagdelt BP -toksicitet i tre celletyper, musfibroblastceller (NIH 3T3), humane kolonepitelceller (HCoEpiC) og humane embryonale nyreceller (293T), UMass Amherst og det kinesiske forskerteam fandt ud af, at lagdelt BPs cytotoksicitet er baseret på det faktum, at det genererer reaktive iltarter (ROS). ROS er blandt de mest kendte celleskadelige midler. Lagdelt BP forstyrrer også cellemembranintegritet på en partikelstørrelsesafhængig måde. "Jo større BP er, mindre membranintegritet bevares, "bemærker de.

Yderligere, de siger, at IC50 -værdierne af lagdelt BP kan variere med snesevis af gange afhængigt af partikelstørrelse og celletype. IC50 -værdier refererer til et mål for, hvor effektivt et materiale er til at hæmme en bestemt biologisk funktion. Xing og kolleger opfordrer til, at "der bør lægges særlig vægt på størrelsen af ​​lagdelt BP og typerne af målcellelinjer til anvendelse i biomedicinsk felt."

De tilføjer, "Yderligere undersøgelser er utvivlsomt nødvendige for at undersøge cytotoksicitetsmekanismerne i dybden, "og det" givet resultaterne fra vores nuværende undersøgelse, mekanismerne for BPs cytotoksicitet er påfaldende komplicerede og har betydelige konsekvenser for risikovurderingen og sikre biomedicinske anvendelser af BP. "

De planlægger at følge op med yderligere eksperimenter for at teste deres hypotese om, at lagdelt BP, med sine usædvanlige elektriske egenskaber, kan være nyttig til at fjerne både positivt og negativt ladede kemikalier og organiske forurenende stoffer fra vand.