(Phys.org)—Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben in het laboratorium bewijs geleverd dat enkelwandige koolstofnanobuizen (SWCNT's) kunnen helpen DNA-moleculen te beschermen tegen schade door oxidatie. In de natuur, oxidatie is een veelvoorkomend chemisch proces waarbij een reactieve chemische stof elektronen uit DNA verwijdert en de kans op mutaties in cellen kan vergroten. Er zijn meer studies nodig om te zien of het in vitro beschermende effect van nanobuisjes dat in het laboratorium is gerapporteerd, ook in vivo optreedt, dat is, binnen een levend organisme.

"Onze bevindingen vertellen ons niet of koolstofnanobuisjes goed of slecht zijn voor mens en milieu, " zegt Elia Petersen, een van de auteurs van het onderzoek. "Echter, de resultaten helpen ons de mechanismen waarmee nanobuisjes kunnen interageren met biomoleculen beter te begrijpen."

Enkelwandige koolstofnanobuisjes - kleine holle staafjes die uit één atoom dikke vellen grafeen bestaan ​​die in cilinders zijn gerold 10, 000 keer kleiner in diameter dan een mensenhaar - worden gewaardeerd om hun buitengewone optische, mechanisch, thermische en elektronische eigenschappen. Ze worden gebruikt om lichtgewicht en extreem sterke materialen te produceren, de mogelijkheden van apparaten zoals sensoren, en bieden een nieuwe manier om medicijnen met grote specificiteit af te leveren. Echter, naarmate koolstofnanobuisjes steeds meer worden opgenomen in consumenten- en medische producten, de publieke bezorgdheid over hun potentiële milieu-, gezondheids- en veiligheidsrisico's (EHS) zijn toegenomen. Het wetenschappelijk bepalen van het risiconiveau van de koolstofnanobuisjes was een uitdaging, met verschillende onderzoeken die tegenstrijdige resultaten laten zien over cellulaire toxiciteit. Een van de componenten die in deze studies ontbreken, is inzicht in wat er fysiek gebeurt op moleculair niveau.

In een recente krant, NIST-onderzoekers onderzochten de impact van ultrasone trillingen op een oplossing van DNA-fragmenten die bekend staan ​​als oligomeren in de aanwezigheid en afwezigheid van koolstofnanobuisjes. Ultrasone trillingen is een standaard laboratoriumtechniek die hoogfrequente geluidsgolven gebruikt om oplossingen te mengen, cellen openbreken of slurries verwerken. Het proces kan watermoleculen afbreken tot zeer reactieve middelen zoals hydroxylradicalen en waterstofperoxide die vergelijkbaar zijn met de oxidatieve chemicaliën die het DNA van zoogdiercellen bedreigen. hoewel de experimentele niveaus van sonicatie veel groter zijn dan die welke van nature in cellen worden aangetroffen. "Bij ons experiment we wilden zien of de nanobuisjes oxidatieve schade aan DNA versterkten of afschrikten, ', zegt Petersen.

In tegenstelling tot de verwachting dat koolstofnanobuisjes de biomoleculen waarmee ze in contact komen, beschadigen, de onderzoekers ontdekten dat de algehele niveaus van geaccumuleerde DNA-schade aanzienlijk waren verminderd in de oplossingen met aanwezige nanobuisjes. "Dit suggereert dat de nanobuisjes een beschermend effect kunnen hebben tegen oxidatieve schade aan DNA, ', zegt Petersen.

Een mogelijke verklaring voor het verrassende resultaat, Petersen zegt, is dat de koolstofnanobuisjes kunnen fungeren als aaseters, bindt de oxidatieve soorten in oplossing en voorkomt dat ze een interactie aangaan met DNA. "We zagen ook een afname in DNA-schade toen we ultrasone trillingen deden in de aanwezigheid van dimethylsulfoxide (DMSO), een chemische verbinding waarvan bekend is dat het een hydroxylradicaalvanger is, ', zegt Petersen.

Petersen zegt dat een derde experiment waarbij ultrasone trillingen werden uitgevoerd in aanwezigheid van DMSO en SWCNT's tegelijkertijd een additief effect opleverde, het verminderen van de niveaus van DNA-schade significanter dan elke behandeling alleen.