Автор AZoNano 25 ноября 2020 г.

Наши легкие ежедневно подвергаются воздействию множества опасных частиц, переносимых по воздуху. Наночастицы из-за своего небольшого размера могут достигать чувствительной альвеолярной области легкого человека и вызывать воспаление даже после однократного вдыхания, что приводит к тяжелым заболеваниям, таким как болезнь сердца, повреждение мозга и рак легких при длительном воздействии.

При производстве токсичные наночастицы могут выбрасываться в окружающую среду во время производства, обработки, разложения или сгорания материалов. Несмотря на успехи в моделях нанотоксикологии, в настоящее время ни инструменты тестирования in vitro, ни in silico не могут надежно предсказать неблагоприятные исходы или заменить тестирование in vivo.

Чтобы облегчить внедрение более безопасных материалов в нашу жизнь, необходимы новые стратегии тестирования для прогнозирования потенциальной токсичности промышленных наночастиц до и во время производственного процесса.

Разблокировка клеточных механизмов

В Helmholtz Zentrum München исследовательская группа доктора Тобиаса Стёгера сосредоточена на улучшенном механистическом понимании взаимодействия между наночастицами и клетками легких, особенно с учетом возникающего в результате воспаления.

В сотрудничестве с партнерами из проекта SmartNanoTox EU группа исследователей обнаружила, что для некоторых материалов длительный воспалительный ответ на однократное воздействие наночастицы может быть вызван двумя ключевыми клеточными событиями, которые до сих пор были неизвестны: процесс карантина, который представляет собой осаждение выделенных неподвижных композитов наночастиц, обернутых биологическими молекулами на поверхности клетки. Во-вторых, так называемый цикл наноматериалов, который влечет за собой перемещение наночастиц между различными типами альвеолярных клеток легких.

«Благодаря этим новым открытиям мы разработали более глубокий комплексный подход к вопросу о том, как воспалительная реакция в легких возникает из взаимодействий между частицами и клетками. Возможность точно определить происхождение этих двух ключевых событий и количественно описать их была важной задачей. прорыв, поскольку он помог нам построить наш метод прогнозирования », – говорит Штёгер .

На шаг ближе к разработке материалов, обеспечивающих безопасность конструкции

Используя лишь небольшой набор данных измерений in vitro и объединив их с моделированием in silico, исследователи собрали информацию о токсичности наночастиц и сумели предсказать спектр воспаления легких (от острого до хронического), связанного с диапазон из 15 выбранных материалов.

Штёгер добавляет: «Возможность сделать такой прогноз означает, что мы можем сделать шаг ближе к разработке безопасных материалов. Это будет иметь серьезные последствия для безопасности, скорости и экономической эффективности новые материалы ».

Дополнительное преимущество: тестирование без животных

В настоящее время тестирование безопасности во многом зависит от исследований на животных. Хотя эксперименты на животных по-прежнему необходимы для механистических и хронических токсикологических исследований, они менее подходят для прогностических испытаний в рамках безопасного производства новых материалов.

Это исследование представляет альтернативную стратегию тестирования без использования животных, способную к высокопроизводительному тестированию и подключаемую к моделированию in silico.

Об исследовании

Результаты, опубликованные в этом исследовании, получены в результате совместного европейского исследовательского проекта под названием « SmartNanoTox – интеллектуальные инструменты для измерения наноопасностей» (проект EU Horizon 2020 № 686098). Этот проект является частью « Кластера нанообезопасности ЕС », который направлен на максимальное усиление синергии между проектами европейского уровня, направленными на безопасность материалов и технологий, обеспечиваемых использованием наноформ.

Источник: https://www.helmholtz-muenchen.de/en/helmholtz-zentrum-muenchen/index.html