Een toxicoloog van het Los Alamos National Laboratory en een multidisciplinair team van onderzoekers hebben mogelijke cellulaire schade door "fullerenen" gedocumenteerd - voetbalvormige, kooiachtige moleculen bestaande uit 60 koolstofatomen. Het team merkte ook op dat dit specifieke type schade hoop kan bieden op de behandeling van de ziekte van Parkinson, Ziekte van Alzheimer, of zelfs kanker.

Het onderzoek verscheen onlangs in Toxicologie en toegepaste farmacologie en vertegenwoordigt de allereerste waarneming van deze soort voor sferische fullerenen, ook bekend als buckyballs, die hun namen ontlenen aan wijlen Buckminster Fuller omdat ze lijken op het geodetische koepelconcept dat hij populair maakte.

Engineered koolstof nanodeeltjes, waaronder fullerenen, worden wereldwijd steeds meer gebruikt. Elke buckyball is een skelet van koolstof ongeveer zo groot als een virus. Ze tonen potentieel voor het creëren van sterkere, lichtere structuren of fungeren als kleine afgiftemechanismen voor designerdrugs of antibiotica, onder andere gebruik. Jaarlijks wordt ongeveer vier tot vijf ton koolstofnanodeeltjes geproduceerd.

"Nanomaterialen zijn de revolutie van de 21e eeuw, " zei Los Alamos toxicoloog Rashi Iyer, de belangrijkste onderzoeksleider en co-auteur van het artikel. "We zullen met ze moeten leven en met ze moeten omgaan, en de vraag wordt 'Hoe gaan we ons gebruik van deze materialen maximaliseren en hun impact op ons en het milieu minimaliseren?'"

Iyer en hoofdauteur Jun Gao, ook een Los Alamos-toxicoloog, blootgestelde gekweekte menselijke huidcellen aan verschillende verschillende soorten buckyballs. De verschillen in de buckyballs liggen in de ruimtelijke rangschikking van korte takken van moleculen die van de hoofdbuckyball-structuur komen. Een buckyball-variant, genaamd de "tris" configuratie, had drie moleculaire vertakkingen van de hoofdstructuur op één halfrond; een andere variatie, de "hexa"-configuratie genoemd, had zes takken van de hoofdstructuur in een ongeveer symmetrische opstelling; het laatste type was een gewone buckyball.

De onderzoekers ontdekten dat cellen die werden blootgesteld aan de tris-configuratie voortijdige veroudering ondergingen - wat kan worden omschreven als een toestand van schijndood. Met andere woorden, de cellen stierven niet zoals cellen normaal zouden moeten, noch verdeelden ze of groeiden ze. Deze stopzetting van de natuurlijke cellulaire levenscyclus na blootstelling aan de tris-geconfigureerde buckyballs kan de normale orgaanontwikkeling in gevaar brengen, leidend tot ziekte in een levend organisme. Kortom, de tris buckyballs waren giftig voor menselijke huidcellen.

Bovendien, de cellen die werden blootgesteld aan de tris-rangschikking veroorzaakten unieke reacties op moleculair niveau, wat suggereert dat tris-fullerenen mogelijk interfereren met normale immuunreacties die door virussen worden geïnduceerd. Het team doet nu onderzoek om te bepalen of cellen die aan deze vorm van fullerenen worden blootgesteld, mogelijk vatbaarder zijn voor virale infecties.

Ironisch, de ontdekking zou ook kunnen leiden tot een nieuwe behandelingsstrategie voor de bestrijding van verschillende slopende ziekten. Bij ziekten zoals Parkinson of Alzheimer, zenuwcellen sterven af ​​of degenereren tot een niet-functionele toestand. Een mechanisme om senescentie in specifieke zenuwcellen te induceren, zou het begin van de ziekten kunnen vertragen of elimineren. evenzo, een ziekte als kanker, die zich verspreidt en gedijt door ongereguleerde replicatie van kankercellen, kan worden bestreden door geïnduceerde senescentie. Deze strategie zou kunnen voorkomen dat de cellen zich delen en artsen meer tijd geven om de abnormale cellen te doden.

Vanwege de minuscule grootte van nanomaterialen, het belangrijkste gevaar dat ermee gepaard ging, was mogelijke inademing, vergelijkbaar met de bezorgdheid over blootstelling aan asbest.

"Nu al, vanuit toxicologisch oogpunt, dit onderzoek is nuttig omdat het laat zien dat als je de keuze hebt om een ​​tris- of een hexa-rangschikking te gebruiken voor een toepassing met buckyballs, de hexa-rangschikking is waarschijnlijk de betere keuze, "zei Iyer. "Deze studies kunnen een leidraad zijn voor het ontwerp en de ontwikkeling van nieuwe nanomaterialen."

Deze resultaten waren uitlopers van een onderzoek (Shreve, Wang, en Iyer) gefinancierd om de interacties tussen buckyballs en biologische membranen te begrijpen. Los Alamos National Laboratory heeft een proactieve rol op zich genomen door een bio-assessmnet-programma voor nanomaterialen op te zetten met de bedoeling de werknemers van nanomaterialen veilig te houden en tegelijkertijd de ontdekking van hoogwaardige, nanomaterialen met een lage bio-impact die de nationale veiligheidsmissies ten goede kunnen komen. Naast Gao en Iyer, het LANL-programma omvat Jennifer Hollingsworth, Yi Jiang, Jian-lied, Paul Welch, Hsing Lin Wang, Srinivas Iyer, en Gabriel Montaño.

Los Alamos National Laboratory-onderzoekers zullen blijven proberen de mogelijke effecten van blootstelling aan nanomaterialen te begrijpen op vrijwel dezelfde manier als Los Alamos een wereldwijde leider was in het begrijpen van de effecten van straling tijdens de vroege geschiedenis van het Lab. Werknemers van Los Alamos die nanomaterialen gebruiken, zullen protocollen blijven volgen die de hoogste mate van bescherming bieden tegen mogelijke blootstelling.

Ondertussen, Los Alamos-onderzoek naar nanomaterialen levert een waarschuwend verhaal op voor het gebruik van nanomaterialen, evenals vroege fundamenten voor de bescherming van werknemers. Direct, er zijn geen federale voorschriften voor het gebruik van nanomaterialen. Openbaarmaking van gebruik door bedrijven of individuen is vrijwillig. Naarmate het gebruik van nanomaterialen toeneemt, het begrip van hun potentiële gevaren moet ook toenemen.