Udforskning af interaktionen mellem polystyrennanoplast og blodplasmaproteiner

Samarbejdsforskning ved ANSTO ledet af Shinji Kihara og A/Prof. Duncan McGillivray fra The MacDiarmid Institute, New Zealand med ANSTOs Dr. Jitendra Mata, videnskabsmænd fra University of Auckland og A/Prof Ingo Köper fra Flinders University, SA , bidrager til en bedre forståelse af, hvordan nanoplast interagerer med blodplasmaproteiner og andre biologiske molekyler i kroppen.

Motivationen for denne undersøgelse, som for nylig blev offentliggjort i Biokonjugatkemi , opstået af bekymring over de stigende mængder plastaffald i miljøet.

I naturen, disse plastik gennemgår fysiske og kemiske nedbrydningsprocesser for at danne små partikler på mikro- og nanometerskalaen.

Undersøgelser af toksikologien af ​​konstruerede nanopartikler har antydet, at disse partikler får let adgang og mobilitet i kroppen, ofte omgås vigtige biologiske barrierer og forsvarsmekanismer mod fremmedlegemer. I modsætning til de konstruerede nanopartikler, der bruges i biomedicinske applikationer, imidlertid, de potentielle virkninger og interaktioner af disse nanoplastik er ikke velforstået.

Nanopartiklernes toksicitet er direkte forbundet med dets fysiske og kemiske egenskaber. Når nanopartikler kommer ind i kroppen, de er omgivet af lag af proteiner, som er kendt som en "corona". Løstbundne proteiner danner en "blød corona, " mens tæt bundne proteiner danner en "hård corona."

Med et modelsystem af polystyrennanopartikler og humant serumalbumin (HSA) protein, efterforskerne brugte en række teknikker til at bestemme størrelsen, sammensætning og geometri af polystyren nanopartikel-protein corona kompleks.

HSA blev udvalgt på grund af dets naturlige overflod, mens positivt og negativt ladede nanopartikler, i to forskellige størrelser, blev brugt til at vurdere, hvordan partikelstørrelsen påvirkede dannelsen af ​​koronaen i opløsning under forskellige pH-forhold. Forskerne brugte lille vinkel neutronspredning (SANS) med kontrasttilpasning på Bilby-instrumentet (med Dr. Andrew Whitten) til at bestemme diameteren af ​​nanopartikler og karakterisere dens distinkte strukturelle træk.

"Vores faciliteter er ret unikke, idet vi kan udforske interaktionen mellem protein og nanopartikel på længdeskalaer fra en nanometer til 10 mikron, hvilket er meget svært at gøre med andre teknikker, " sagde Dr. Jitendra Mata, instrumentforsker og medforfatter på papiret.

"Kontrastmatching giver dig mulighed for at se to komponenter sammen, såsom nanopartikler og protein corona, eller vi kan maskere en af ​​komponenterne af interesse. Vi var i stand til at bestemme, om der var en stærk eller svag interaktion med proteinet, eller om der var en formændring i proteinet, " han tilføjede.

Undersøgelsen viste, at både partikelstørrelse og pH spillede en rolle i bestemmelsen af ​​koronaens natur. Større partikler begunstigede dannelsen af ​​en blød korona, hvor den hårde corona i nogle tilfælde er helt fraværende. HSA deltog aktivt i dannelsen af ​​disse komplekser, prikker overfladen af ​​negativt ladede nanopartikler.

Derudover de opdagede, at samspillet mellem den bløde korona og nanopartikeloverfladen var styret af en subtil balance mellem elektrostatiske kræfter.

Den igangværende forskning søger brugen af ​​andre neutroninstrumenter, herunder Kookaburra USANS og Platypus neutronreflektometri for at forstå, hvordan disse komplekse korona/nanoplast ville interagere med andre biologiske enheder såsom cellulære membraner.

Forskerne forventer, at disse resultater vil få konsekvenser for yderligere forskning i nanopartikeltoksicitet, ved at give et klarere billede af nanopartiklers interaktioner med biomolekyler.