Написано AZoNano 17 декабря 2019 года [194590000]

Несмотря на растущую популярность нанотехнологий, оценка рисков для наночастиц является сложным процессом, который создает значительные трудности для Немецкого федерального института оценки рисков (BfR).

Чтобы определить более эффективные методы испытаний, исследовательская группа, включающая ученых из BfR и Центра экологических исследований Гельмгольца (UFZ), внимательно изучила биологическое воздействие наноматериалов. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Токсикология частиц и волокон» .

Наноматериалы используются во многих областях, от строительных материалов до красителей, от медицины до электроники и косметики. Их можно найти в различных областях применения, но природа этих материалов неизвестна.

Наноматериалы определяются исключительно их размером. Материалы размером от одного до 100 нанометров называются наноматериалом .

Доктор Кристин Шуберт, кафедра биологии молекулярных систем, Центр экологических исследований им. Гельмгольца

Чтобы помочь визуализировать крошечный размер наноматериалов, 1 нм составляет всего одну миллионную часть миллиметра. Поскольку наноматериалы очень крошечные, они могут легко проникать в организм – например, через желудочно-кишечный тракт, кожу и легкие, где они могут привести к неблагоприятным воздействиям.

Подобно традиционным химическим веществам, наноматериалы следует также проверять на возможную опасность для здоровья до того, как они будут произведены, использованы и коммерциализированы на промышленном уровне.

Каждый наноматериал сейчас тестируется индивидуально. Более того, для каждого варианта наноматериала требуются индивидуальные испытания, потому что даже малейшие изменения, например, в свойствах поверхности или размера, могут повлиять на токсичность.

Оценка риска для наноматериалов иногда бывает трудной и очень трудоемкой. И список веществ, подлежащих тестированию, с каждым днем ​​становится все длиннее, потому что нанотехнологии становятся ключевой технологией с широким спектром применения. Поэтому нам необходимо срочно найти решения для более эффективной оценки риска .

Д-р Андреа Хаас, Федеральный институт оценки риска Германии

Но как правильно классифицировать наноматериалы по группам? Их эффекты имеют сходство? А какие свойства материалов связаны с этими эффектами? В новом исследовании исследователи BfR и UFZ, а также представители отрасли совместно ответили на эти вопросы.

« Мы сосредоточились на биологических эффектах и ​​изучили, на какие молекулы и сигнальные пути в клетке влияют какие типы наноматериалов », – добавил Шуберт.

Исследователи провели эксперименты in vitro в которых они подвергали эпителиальные клетки, обнаруженные в легких крыс, различным типам наноматериалов, а затем наблюдали за изменениями внутри клеток. Чтобы выполнить эту задачу, исследователи использовали так называемые методики multi-omics – они сначала обнаружили различные аминокислоты и липиды, а также несколько тысяч клеточных белков и проанализировали важные сигнальные пути внутри клетки.

Затем, с помощью инновационного метода биоинформатического анализа, они оценили большие объемы данных и достигли некоторых захватывающих результатов.

Мы смогли показать, что наноматериалы с токсическими эффектами первоначально вызывают окислительный стресс, и что в этом процессе определенные белки повышаются или понижаются в клетке. В будущем эти ключевые молекулы могли бы служить в качестве биомаркеров для быстрого и эффективного выявления и подтверждения наличия потенциальных токсических эффектов наноматериалов .

Доктор Кристин Шуберт, кафедра биологии молекулярных систем, Центр экологических исследований им. Гельмгольца

Если наноматериал имеет высокий уровень токсичности, это приводит к усилению окислительного стресса. Затем следует развитие воспалительных процессов, и клетка умирает после определенного момента.

« Теперь мы лучше понимаем, как наноматериалы влияют на клетку », – добавил Хаазе. « И с помощью биомаркеров мы теперь можем также обнаружить гораздо более низкие токсические эффекты, чем это было возможно ранее .»

Кроме того, ученые обнаружили четкие связи между изменениями клеточного метаболизма и специфическими свойствами наноматериалов.

« Например, мы смогли показать, что наноматериалы с большой площадью поверхности влияют на клетку совершенно иначе, чем наноматериалы с небольшой площадью поверхности », – добавил Шуберт.

Будет очень полезно узнать тип параметров, которые играют главную роль в токсических эффектах. Это подразумевает, что наноматериалы могут быть улучшены во время производственного процесса, например, посредством небольших изменений, тем самым уменьшая вредные воздействия.

« Наше исследование сделало нас на несколько больших шагов вперед », – заявил Шуберт. « Впервые мы тщательно проанализировали биологические механизмы, лежащие в основе токсических эффектов, классифицировали наноматериалы по группам на основе их биологических эффектов и определили ключевые биомаркеры для новых методов испытаний .»

Андреа Хаас из BfR более чем рада: « Результаты важны для будущей работы. Они внесут вклад в новые концепции для эффективной и надежной оценки риска наноматериалов и определят направление, в котором мы должны идти . »

Источник: https://www.ufz.de/