Forskere fastlægger nøglefaktorer for kulstofnanorørs toksicitet

Et forskerhold fra Skoltech lavede en systematisk gennemgang af publikationer om in vitro biokompatibilitet af kulstofnanorør og identificerede de produktionsparametre, der kunne gøre dem sikre for levende organismer. Forskerne udvalgte omkring 200 artikler offentliggjort i løbet af de sidste 20 år og udførte en statistisk analyse af den rapporterede forskning. Det viste sig, at kulstof nanorør brugt som substrater er sikre for levende celler og derfor kunne bruges til bærbar, implanterbar og tekstilelektronik. Papiret med holdets resultater blev offentliggjort i tidsskriftet RSC Advances .

Carbon nanorør (CNT'er) lover meget for biomedicinske applikationer:vævsteknologi og -regenerering, målrettet lægemiddellevering, selektiv kræftcelledestruktion, biobilleddannelse og meget mere. Dette er muligt på grund af den unikke kombination af CNT nanoskala dimensioner og deres exceptionelle mekaniske, optiske og elektriske egenskaber. For mere end 20 år siden lykkedes det for videnskabsmænd for første gang at forbinde nanorør med neuroner, et af de mest følsomme biologiske systemer. Selvom deres undersøgelse markerede et udgangspunkt for yderligere forskning, fulgte nogle kontroversielle resultater:mens nogle undersøgelser kun afslørede positive effekter, pegede andre på materialets toksicitet.

"Dette har ført til et paradoks:videnskabsmænd foretog flere eksperimenter for at studere toksiciteten af ​​CNT'er, men de toksiske doser forbliver stadig uklare, og rapporter om biologiske effekter varierer meget. Så vi besluttede at gennemgå en enorm mængde af forskning for at finde ud af de nøgleparametre, der påvirker toksiciteten," Skoltech Ph.D. studerende Margarita Chetyrkina forklarer.

I deres gennemgang fokuserede holdet på artiklerne om CNT-toksicitet for humane og andre pattedyrceller og udvalgte 194 publikationer til yderligere analyse. For at organisere de offentliggjorte data introducerede forskerne yderligere parametre til sammenligning:celletype, anvendt toksicitetstest, inkubationstid, type kontakt mellem nanorør og et levende system og geometri. Holdet brugte dataene til at udføre en statistisk analyse, der gav flere vigtige konklusioner.

Det blev fundet, at CNT'er placeret på et substrat er sikre for celler:I 90% af undersøgelserne overlevede humane og pattedyrsceller dyrket på CNT'er og gjorde det lige så godt som dem i referencegruppen. Dette giver anledning til en dristig konklusion, at CNT'er sikkert kan bruges i bærbar og tekstilelektronik og implantater til muskel- og nervevæv.

Testene af CNT-dispersioner gav mindre entydige resultater, hvilket afslørede væsentlige bidrag af dosis, inkubationstid og forskelle i formuleringer. Alligevel viste flere undersøgelser, at opløste CNT'er under visse betingelser er egnede til målrettet lægemiddellevering, kemoterapi, biosensorforskning og vævsteknologi. Der kræves dog yderligere forskning for at finde ud af, hvordan materialet interagerer med levende systemer.

"Vi håber, at vores gennemgang vil hjælpe forskere med at få en dybere indsigt i toksicitet og biologiske anvendelser af nanorør, samt planlægge deres eksperimenter, for eksempel vælge den passende type kulstof nanorør eller celler eller den passende cytotoksicitetstest," konkluderer forfatterne.

Udvikling af et CNT-baseret mikromateriale, eller de såkaldte fibre, er blandt de vidtrækkende projekter, som Albert Nasibulins Laboratory of Nanomaterials forfølger ved Skoltech Center for Photonic Science and Engineering. Lab-teamet har allerede testet disse fleksible ledende mikrofibre ved hjælp af en håndledsenhed til at spore hjerteslag. I fremtiden planlægger holdet at skabe biokompatible elektroder og registrere den elektriske aktivitet af neuroner og muskelceller. For at gøre dette skulle forskerne dog finde ud af, om "djævelen er lige så sort, som han er malet", det vil sige at håndtere nanorørs toksicitet. Det er præcis, hvad de forsøgte at gøre ved at oprette deres anmeldelse. + Udforsk yderligere

Æggekogningsmaskine tilbereder kulstof nanorør applikationer