Nye test finder synergistisk kombination fører til toksicitet i nanomaterialer

En ny undersøgelse finder grund til forsigtighed - en klar fremkomst af toksicitet - i nanomaterialeproduktformuleringer, men det giver også en tidlig testteknik, der kan hjælpe industrien med at komme videre.

I en overraskende opdagelse, Kemikere fra University of Oregon og toksikologer ved Oregon State University fandt ud af, at biokompatible guldnanopartikler og meget udbredte overfladeaktive stoffer - som hver især blev betragtet som sikre som individuelle komponenter - bliver giftige for zebrafiskembryoner, når de kombineres på en synergistisk måde.

Det synergistiske, eller multiplikativ effekt, blev opdaget ved brug af et nyt leveringssystem under test af nanomaterialer, forskerholdet på fire medlemmer noterede sig i et papir, der blev lagt online 26. april og på tryk 26. juni i ACS Nano .

"År efter at have vist, at disse materialer var de mest godartede og blandt de mindst giftige materialer, vi nogensinde har set, vi lavede disse forsøg med overfladeaktive stoffer og fandt ud af, at I dette tilfælde, de var giftige, "sagde medforfatter Jim Hutchison fra UOs afdeling for kemi og biokemi.

"Vores nye undersøgelse giver os et vågneopkald, "sagde han." Det er ikke første gang, at folk har set blandingstoksicitet, men det minder os om, at to sikre ting blandet sammen ikke betyder, at blandingen er sikker. "

Det er ikke klart, han sagde, hvis toksicitet i zebrafisk tyder på en trussel mod menneskers sundhed.

I nanoteknologiens barndom, toksikologer håndleverede nanopartikler til zebrafisk ved hjælp af pipetter. Hutchison og OSU-medforfatter Robert Tanguay havde tidligere fundet ud af, at uorganiske nanopartikler og overfladeaktive stoffer, individuelt, var ikke giftige for zebrafisk.

Imidlertid, et skifte til automatisering-ved hjælp af inkjet-printerlignende enheder til hurtigt at injicere materialer, der anvender små mængder overfladeaktivt middel til at kontrollere størrelsen af ​​de leverede dråber-medførte uforudsete effekter.

Den nye undersøgelse fandt en 88 procent dødelighed af zebrafiskembryoner udsat for guldnanopartikler blandet med polysorbat 20, hvorimod pipettelevering af nanopartiklerne alene resulterede i kun 3 procent toksicitet.

Polysorbater er overfladeaktive midler og emulgatorer, der almindeligvis bruges i vaskemiddel, solcreme, kosmetik og is. Holdet fandt også synergistisk toksicitet ved hjælp af to andre almindelige overfladeaktive stoffer, polysorbat 80 og natriumdodecylsulfat.

I projektet, forskerne undersøgte toksiciteten af ​​nanopartikler, der var blevet undersøgt som en del af Safer Nanomaterials and Nanoman Manufacturing Initiative, som blev finansieret af Air Force Research Laboratory. National Science Foundation og National Institutes of Health støttede det seneste arbejde.

Årsagen til den synergistiske toksicitet blev opdaget, da materialer blev analyseret med diffusionsordnet NMR-spektroskopi, en tilpasning af nuklear magnetisk resonans, der afslører, hvordan partikler bevæger sig, eller diffus, i løsning.

Efterhånden som der blev tilsat stigende mængder overfladeaktive stoffer, forskerne observerede, at partiklerne diffunderede langsommere, fordi det overfladeaktive stof samles på ydersiden af ​​guldnanopartiklerne, fører til både øget optagelse og toksicitet, drevet af overfladestruktur, i zebrafisken.

"Vores NMR -metode tillod os at konstatere, at denne synergistiske toksicitet virkelig er relateret til interaktionen mellem disse to godartede materialer, og at den genererer noget, der er mere giftigt, "Sagde Hutchison.

Den hurtige screeningmetode, der blev brugt i forskningen, han sagde, kunne tjene som en tidlig screeningsmetode. Det ville give mulighed for justeringer i formuleringer eller redesign af individuelle ingredienser, før der er foretaget store investeringer, for at sikre, at produkterne er sikre, Sagde Hutchison.

"Zebrafisk har vist sig at være en kraftfuld screeningslaboratoriemodel med høj kapacitet, der hjælper os med hurtigt at opdage, om kemiske blandinger er farlige, "Sagde Tanguay." Det er ikke et menneske, men de biologiske ligheder mellem mennesker og zebrafisk er bemærkelsesværdigt høje, så fund i zebrafisk forudsiger ofte menneskelige farer. "

Hutchison og Tanguay er internationalt kendt for at være banebrydende i brugen af ​​grøn kemi, også kendt som bæredygtig kemi, i design af nanopartikler. Teknikken udnytter molekylære designprincipper til at producere sikrere kemikalier, reducere toksicitet og minimere affald.

Aurora L.Ginzburg, en UO -doktorand, der arbejder med syntese af guldnanopartikler til biomedicinsk brug, ledet analyseindsatsen ved hjælp af udstyr i UO's Center for Advanced Materials Characterization i Oregon, kendt som CAMCOR. Lisa Truong, vicedirektør for OSU's Sinnhuber Aquatic Research Laboratory, var også medforfatter. Hendes fokus er at udnytte den udviklingsmæssige zebrafiskmodel til at vurdere sikkerheden for kemikalier og produkter i handel.