Een studie door onderzoekers van de scholen voor wetenschap en geneeskunde aan de Indiana University-Purdue University Indianapolis onderzoekt de effecten van koolstofnanodeeltjes (CNP's) op levende cellen. Dit werk is een van de eerste die concentraties van deze kleine deeltjes bestudeert die laag genoeg zijn om de werkelijke blootstelling van een gewoon persoon na te bootsen.

De effecten op het menselijk lichaam van blootstelling aan CNP's -- minuscule chemicaliën met snelgroeiende toepassingen in elektronica, medicijn, en vele andere velden -- begint net onthuld te worden. Blootstelling op het niveau dat door de IUPUI-onderzoekers is bestudeerd, is ongeveer gelijk aan wat het gevolg kan zijn van het onjuist weggooien van een item zoals een televisie of computerscherm dat CNP's bevat, wonen in de buurt van een CNP-productiefaciliteit, of werken met CNP's.

Het onderzoek, gepubliceerd in het septembernummer van het tijdschrift Nanotoxicologie , richt zich op het effect van blootstelling aan een lage concentratie CNP op de cellen die de niernefron bekleden, een buisvormige structuur in de nier die urine maakt. De onderzoekers vonden de rol van de CNP's in dit deel van het lichaam significant en mogelijk zorgwekkend.

"In tegenstelling tot veel andere onderzoeken, we hebben lage concentraties CNP's gebruikt die typerend zijn voor wat er in het lichaam zou kunnen verschijnen na inname door milieuverontreiniging of zelfs door het inademen van lucht met CNP's. We ontdekten dat deze minuscule deeltjes lekkage veroorzaken in de celwand van het niernefron, " zei hoofdauteur Bonnie Blazer-Yost, doctoraat, hoogleraar biologie aan de School of Science van IUPUI en adjunct-hoogleraar cellulaire en integratieve fysiologie en anatomie en celbiologie aan de IU School of Medicine.

"Het doorbreken van deze biologische barrière baart ons zorgen omdat dingen die in de vormende urine moeten worden vastgehouden, terug kunnen lekken in de bloedbaan en dingen in het bloed in de urine kunnen lekken. Normale biologische stoffen en afvalproducten zijn gevaarlijk als ze gaan waar ze komen. hoort niet te zijn, ' zei Blazer-Yost.

"Deze CNP's doden geen cellen - dus ze zijn niet dodelijk, maar ze beïnvloeden wel cellen, en in dit geval is het een nadelig effect, " zei corresponderend en senior auteur Frank Witzmann, doctoraat, hoogleraar cellulaire en integratieve fysiologie en biochemie en moleculaire biologie aan de IU School of Medicine en adjunct-hoogleraar biologie aan de School of Science.

Biologische barrières zijn erg belangrijk voor de menselijke gezondheid. De meest goed begrepen is de huid, maar er zijn vele anderen. "Het menselijk lichaam heeft intacte barrières nodig, of het nu huid is, voeringen van de luchtwegen, darmwanden of de niercellen die we in deze studie hebben bekeken. We moeten beter begrijpen hoe CNP's de kenmerken van barrières wijzigen en veranderen naarmate deze kleine deeltjes vaker voorkomen in de lucht die we inademen, ' zei Witmann.

De twee onderzoekers merken op dat deze ongelooflijk sterke deeltjes, alleen zichtbaar onder een elektronenmicroscoop, vervullen nuttige functies, waaronder een rol bij het afleveren van medicijnen, en zijn verantwoordelijk voor veel vooruitgang in de elektronica, zoals de indrukwekkende kleuren die te zien zijn op plasmatelevisies en computermonitoren. Waar ze zich zorgen over maken, is wanneer CNP's in de lucht en het milieu terechtkomen en uiteindelijk in het menselijk lichaam door ongepaste verwijdering of door de vervaardiging van producten die de deeltjes bevatten.

Deze studie maakt deel uit van het grotere oeuvre van het team, die kijkt naar het effect van CNP's op barrières door het hele lichaam, inclusief die van de luchtwegen en de dikke darm.

"Op dit punt, we weten dat CNP's veel heilzame eigenschappen hebben, maar brengen ook potentiële risico's met zich mee. Deze deeltjes zijn zo klein dat wanneer ze in verschillende organen of systemen terechtkomen, ze zich aan veel dingen kunnen binden. We moeten verder bestuderen hoe ze eruit zien in verschillende delen van het lichaam, hoe ze de eiwitexpressie beïnvloeden, en wat ze doen als ze een barrière passeren of worden uitgescheiden, ' zei Witmann.

"Het bestuderen van de cellulaire veranderingen in de urine-bloedbarrière in de nier, veroorzaakt door herhaalde blootstelling aan lage concentraties CNP's, is de eerste stap om de aanval op het menselijk lichaam van accidentele blootstelling aan CNP's te begrijpen, maar het is een belangrijke, ' zei Blazer-Yost.

Adam Amos, een studie co-auteur, voerde een deel van het eerste werk uit dat bijdroeg aan dit onderzoek tijdens een vijf-semester intensieve niet-gegradueerde onderzoekservaring in het Blazer-Yost-laboratorium in de School of Science. Momenteel studeert hij aan de IU School of Medicine. Het werk werd voortgezet als onderdeel van de Ph.D. scriptieonderzoek van Amiraj Banga.