Dyrefri metode forudsiger nanopartikeltoksicitet for sikrere industrielle materialer

Vores lunger udsættes for et væld af farlige luftbårne partikler på daglig basis. Nanopartikler, på grund af deres lille størrelse, kan nå det følsomme alveolære område af den menneskelige lunge og udløse betændelse selv efter en enkelt inhalation, hvilket fører til alvorlige sygdomme som hjertesygdomme, hjerneskade og lungekræft ved længere tids eksponering. I fremstillingen, giftige nanopartikler kan frigives til miljøet under produktionen, forarbejdning, nedbrydning eller forbrænding af materialer. På trods af fremskridt inden for modeller for nanotoksikologi, I øjeblikket kan hverken in vitro eller silico testværktøjer pålideligt forudsige uønskede resultater eller erstatte in vivo test. For at lette indførelsen af ​​sikrere materialer i vores liv, nye teststrategier er nødvendige for at forudsige den potentielle toksicitet af industrielle nanopartikler før og under fremstillingsprocessen.

Oplåsning af de cellulære mekanismer

Hos Helmholtz Zentrum München, forskergruppen af ​​Dr. Tobias Stöger fokuserer på en forbedret mekanistisk forståelse af samspillet mellem nanopartikler og lungeceller, især i lyset af den resulterende betændelse. I samarbejde med partnere fra SmartNanoTox EU-projektet, forskergruppen opdagede, at for visse materialer kan den langvarige inflammatoriske reaktion på en enkelt eksponering for en nanopartikel stamme fra to cellulære nøglebegivenheder, som hidtil var ukendte:For det første, karantæneprocessen, som er aflejringen af ​​udskilte immobile kompositter af nanopartiklerne pakket ind med biologiske molekyler på celleoverfladen. Sekund, den såkaldte nanomateriale-cykling, som indebærer bevægelse af nanopartiklerne mellem forskellige alveolære lungecelletyper.

"Med denne nye indsigt, vi udviklede en dybere omfattende tilgang til, hvordan en inflammatorisk reaktion i lungen stammer fra partikel-celle-interaktioner. At være i stand til at udpege oprindelsen til disse to nøglebegivenheder og kvantitativt beskrive dem var et gennembrud, da det hjalp os med at bygge vores forudsigelsesmetode", siger Stöger.

Et skridt nærmere sikker-by-design materialeudvikling

Kun ved at bruge et lille sæt data fra in vitro-målinger og ved at kombinere det med in silico-modellering, forskerne fik indsigt i nanopartiklers toksicitet og formåede at forudsige spektret af lungebetændelse (fra akut til kronisk) forbundet med en række af 15 udvalgte materialer. Stöger tilføjer:"At være i stand til at lave en sådan forudsigelse betyder, at vi kan rykke et skridt tættere på en sikker-by-design materialeudvikling. Dette vil have dybtgående konsekvenser for sikkerheden, hastighed og omkostningseffektivitet af nye materialer."

Yderligere fordel:Dyrefri test

I øjeblikket, sikkerhedstest er stærkt afhængige af dyreforsøg. Mens dyreforsøg stadig er uundværlige for mekanistiske og kroniske toksikologiske undersøgelser, de er mindre velegnede til prædiktive tests inden for en sikker-by-design produktion af nye materialer. Denne undersøgelse introducerer en alternativ dyrefri teststrategi, i stand til test med høj gennemstrømning og kan forbindes med in silico-modellering.