Alle opwinding over nanotechnologie komt hierop neer:structuren van materialen op de schaal van miljardsten van een meter krijgen ongebruikelijke eigenschappen. Technologen richten zich vaak op de gelukkigen onder deze nieuwe mogelijkheden, maar nieuw onderzoek door een interdisciplinair team van wetenschappers aan de Brown University vindt dat nanodeeltjes van nikkel een cellulaire route activeren die bijdraagt ​​aan kanker in menselijke longcellen.

"Nanotechnologie heeft een enorm potentieel en veelbelovend voor veel toepassingen, " zei Agnes Kane, voorzitter van de afdeling Pathologie en Laboratoriumgeneeskunde van de Warren Alpert Medical School van Brown University. "Maar de les is dat we moeten leren om ze intelligenter te kunnen ontwerpen en, als we de mogelijke gevaren herkennen, passende voorzorgsmaatregelen te nemen."

Kane is de hoofdauteur van de studie die deze maand vooraf online in het tijdschrift is gepubliceerd Toxicologische Wetenschappen.

Van nikkel-nanodeeltjes was al aangetoond dat ze schadelijk zijn, maar niet in termen van kanker. Kane en haar team van pathologen, ingenieurs en chemici hebben bewijs gevonden dat ionen op het oppervlak van de deeltjes vrijkomen in menselijke epitheliale longcellen om een ​​pad te starten dat HIF-1 alfa wordt genoemd. Normaal gesproken helpt de route genen te activeren die een cel ondersteunen in tijden van lage zuurstoftoevoer, een probleem genaamd hypoxie, maar het is ook bekend dat het de groei van tumorcellen stimuleert.

"Nikkel maakt gebruik van dit pad, in die zin dat het de cel voor de gek houdt door te denken dat er hypoxie is, maar het is echt een nikkel-ion dat dit pad activeert, " zei Kane, wiens werk wordt ondersteund door een National Institutes of Health Superfund Research Program Grant. "Door deze route te activeren, kan het premaligne tumorcellen een voorsprong geven."

Grootte doet er toe

Het onderzoeksteam, onder leiding van postdoctoraal onderzoeksmedewerker en eerste auteur Jodie Pietruska, menselijke longcellen blootgesteld aan deeltjes op nanoschaal van metallisch nikkel en nikkeloxide, en grotere microschaaldeeltjes van metallisch nikkel. Een belangrijke bevinding is dat terwijl de kleinere deeltjes de HIF-1-alfaroute in gang zetten, de grotere metallische nikkeldeeltjes bleken veel minder problematisch.

Met andere woorden, door naar de nanoschaal te gaan, werden de metallische nikkeldeeltjes schadelijker en mogelijk kankerverwekkend. Kane zei dat de reden zou kunnen zijn dat voor dezelfde hoeveelheid metaal in massa, deeltjes op nanoschaal leggen veel meer oppervlakte bloot en dat maakt ze veel chemisch reactiever dan deeltjes op microschaal.

Een ander belangrijk resultaat van het werk zijn gegevens die een groot verschil laten zien in hoe nikkel-nanodeeltjes en nikkeloxide-nanodeeltjes reageren met cellen, zei Pietruska. De nikkeloxidedeeltjes zijn zo dodelijk dat de cellen die eraan worden blootgesteld snel afsterven, waardoor kanker geen kans krijgt om zich te ontwikkelen. Metaalnikkeldeeltjes, anderzijds, hadden minder kans om de cellen te doden. Dat zou ertoe kunnen leiden dat de hypoxie-route ertoe leidt dat de cel kanker wordt.

"Wat zorgwekkend is, is dat de metalen nikkel-nanodeeltjes aanhoudende activering veroorzaakten, maar ze waren minder cytotoxisch, "Zei Pietruska. "Het is duidelijk dat een dode cel niet kan worden getransformeerd."

Hoewel Kane zei dat de bevindingen duidelijke zorgen zouden moeten oproepen over het omgaan met nikkel-nanodeeltjes, bijvoorbeeld om blootstelling aan deze stoffen in de lucht in de productie te voorkomen, ze zijn niet alles wat nodig is om kanker te veroorzaken. Kanker hangt meestal af van een aantal ongelukkige veranderingen, zei Kane. Ook, ze zei, de studie keek naar de kortetermijneffecten van blootstelling aan nikkel nanodeeltjes in cellen in een laboratorium, in plaats van op de lange termijn in een heel organisme.

Nog altijd, in haar lab hanteert Kane belangrijke voorzorgsmaatregelen om onderzoekers veilig te houden.

"We behandelen al deze materialen onder bioveiligheidsniveau 2 inperkingsomstandigheden, "zei ze. "Ik wil niet dat iemand wordt blootgesteld. We behandelen ze alsof ze kankerverwekkend in de lucht zijn."