Новый взгляд на значение наночастиц для здоровья

Наименьшие наноразмерные частицы кварца, используемые в биомедицине и инженерии, вероятно, не будут вызывать непредсказуемых биологических ответов организма из-за их размера, согласно представленной работе. Результат должен умерить опасение того, что клетки и ткани будут реагировать непредсказуемо при испытании воздействия тончайших кварцевых нановеществ в индустриальном или коммерческом использовании.

 
Нанотоксиколог Brian Thrall и коллеги обнаружили, что, главным образом, размер не имеет значения при использовании полной площади поверхности (как меры дозирования) нановещества, нежели чем масса частицы или количество частиц, а также при наблюдении за биологическим ответом клеток. "Если Вы рассматриваете площадь поверхности как метрику дозы, тогда Вы получаете подобные типы биологических ответов, независимые от размера частицы," сказал Thrall, ученый из the Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory in Richland, Wash, "Это значит, что химизм биологических реакций не изменяется, когда Вы переходите к наименьшей наночастице."

Наночастицы - сферические частицы, образующие нановещество, в  среднем в 100 - 1 000 раз меньше, чем диаметр человеческого волоса. Они используются в производстве шин, косметики и в биомедицинских исследованиях. Исследователи изучают эти крошечные сферические структуры, поскольку их физические и химические свойства при таком размере имеют преимущества, которых стандартные вещества не имеют, например, они способны проникать по кровеносным сосудам в разные части тела для переноса лекарств.

Но безопасны ли эти материалы для использования человеком, еще не ясно.

Предыдущая работа дала повод предположить, что в некоторых случаях меньшие наночастицы становятся более токсичными по отношению к клеткам.

Thrall представил эти токсикологические данные по наночастицам аморфного кварца 16 февраля 2009 на American Association for the Advancement of Science's annual meeting. Он также представил данные о том, что наночастицам необходимы клеточные белки, чтобы проникнуть внутрь клеток. Существует одна трудность в измерении токсичности: нет соглашения, какие типы дозовых единиц сравнивать. Некоторые исследователи измеряют дозу общей массой, некоторые количеством частиц. Ни один метод не дифференцирует, является ли причиной токсичности нановеществ их природа или размер частицы при исследовании.

"Различные метрики дозы дают различные результаты, какие частицы более токсичны," сказал он.

Чтобы узнать, Thrall и его коллеги в PNNL измерили дозу, при которой частицы вызвали биологический ответ. Биологический ответ был либо гибелью клетки, либо изменением в клетке на генетическом уровне. Они обнаружили, что, вычисляя дозы по количеству частиц или массе, число, необходимое для биологического ответа, соответствовало всей площади поверхности частиц.

Они поняли, что лучший способ точно определить, насколько ядовиты наночастицы по отношению к клеткам, состоял в том, чтобы вычислить дозу, соответствующую полной площади поверхности нановещества. 

И биологические ответы, как оказалось, были очень подобны независимо от размера наночастиц. В клетках некоторые гены ответили на вмешательство наночастиц, изменяя свою локализацию в молекуле ДНК. Больше чем 76 процентов этих генов вели себя точно так же при вторжении разнообразных по размерам наночастиц. Эти данные указали исследователям на то, что в случае этих генов, наночастицы не потеряли своих химических свойств даже при уменьшении в размере.

"Большое опасение состоит в том, что нужно увидеть уникальные биологические пути воздействия в наноразмерных масштабах. По большей части, мы не видим этого," сказал Thrall.

Однако команда нашла некоторые гены, для которых размер действительно имел значение. Немного генов, они распределены на две категории: меньшие частицы, как представляется, затрагивали гены, которые могут быть вовлечены в процесс воспаления. Большие частицы, видимо, затрагивали гены, которые отвечают за транспортировку положительно заряженных атомов в клетки. Последний результат мог получиться таким из-за металлов, загрязняющих нановещество при приготовлении больших наночастиц, предположил Thrall.

В целом, результаты способствуют лучшему пониманию того, что происходит в наномасштабах.

Вопросы, ответы, комментарии