Carbon nanodots gør et ultrafint arbejde med in vitro lungevæv

Epidemiologiske undersøgelser har etableret en stærk sammenhæng mellem indånding af ultrafine partikler fra ufuldstændig forbrænding og luftvejs- og kardiovaskulære sygdomme. Stadig, Man ved relativt lidt om mekanismerne bag, hvordan luftpartikler påvirker menneskers sundhed. Nyt arbejde med kulstofnanodotter søger at give den første model for, hvordan ultrafine kulstofbaserede partikler interagerer med lungevævet.

En international gruppe forskere skabte et 3D-lungecellemodelsystem for at undersøge, hvordan kulstofbaserede forbrændingsbiprodukter opfører sig, når de interagerer med humant epitelvæv. I Biointerfaser , en AVS-journal, efterforskerne opdagede, at overfladeegenskaberne af kulstofnanodottens egenskaber og aggregeringsmønstre påvirkede deres fordeling i en laboratoriedyrket kopi af lungens barrierelag, epitelet. Kulstofnanodotter tjente som repræsentanter for luftforureningspartikler.

"Lokalisering og kvantificering af inhalerede kulstofnanopartikler på celleniveau har været meget vanskelig, " sagde Barbara Rothen-Rutishauser, en forfatter på papiret, som er en del af et særligt fokusnummer af tidsskriftet Biointerfaser om kvinder i biointerfacevidenskab. "Vi har nu en model fluorescerende partikel, der kan forsøge at besvare spørgsmål om ultrafine partiklers skæbne i lungen."

Ved mindre end 100 nanometer i diameter, ultrafine partikler har den lille størrelse og det store relative overfladeareal til at skabe kaos på celler og potentielt trænge ind i blodbanen. Andre gruppers forskning har vist, at ultrafine partikler inducerer negative virkninger på lungerne og det kardiovaskulære system ved at øge oxidativt stress i kroppen.

På grund af partikelstørrelsen, det er svært for laboratorieteknikker at skelne mellem kulstof i forurenende stoffer fra kulstof i væv. Derfor, lidt er kendt om overfladeladning og agglomerationstilstande, to fysiske og kemiske nøgletræk, der påvirker, hvordan kulstofpartikler interagerer med levende væv.

For at begynde at modellere ultrafine partikler, Estelle Durantie, en anden forfatter til undersøgelsen, vendt til fluorescerende kulstofnanodotter dopet med nitrogen og en kombination af nitrogen og svovl med forskellige størrelser og ladninger. Holdet påførte derefter disse nanodotter på det øverste lag af et laboratoriedyrket epitelvæv, hvor gasudveksling typisk sker i lungen.

Da almindelige fluorescerende mikroskoper mangler opløsningen til at visualisere så små partikler, gruppen brugte spektroskopi og UV-lys til at detektere og kvantificere nanodotter, da de migrerede fra det luminale rum forbi deres lungemodels immunceller. Som forskerne forventede, ladede partikler havde en tendens til at klæbe sammen, før de trængte ind i gasudvekslingsbarrieren. Mens de fleste af de neutralt ladede nanodotter passerede gennem vævet efter kun en time, kun 20 procent af de agglomererede ladede partikler infiltrerede epitelet.

Rothen-Rutishauser sagde, at hun håber på yderligere at forbedre nanodots, så de bedre efterligner ultrafine partikler. "Det, vi ser, er, at translokation afhænger af aggregeringstilstand, " sagde Rothen-Rutishauser. "Vi håber at fortsætte med at prøve forskellige størrelser af nanodots, herunder andre typer partikler, der bringer os tættere på det virkelige miljø."