Elk jaar komen er duizenden consumentenproducten op de markt die kunstmatige nanodeeltjes bevatten - microscopisch kleine deeltjes die worden aangetroffen in alledaagse voorwerpen, van cosmetica en kleding tot bouwmaterialen. De bezorgdheid over mogelijke milieu-, gezondheids- en veiligheidsproblemen met deze nanoproducten blijft groeien, met wetenschappers die worstelen om snel te bedenken, goedkoop, en gebruiksvriendelijke cellulaire screeningsystemen om mogelijke gevaren van enorme bibliotheken van gemanipuleerde nanomaterialen te identificeren. Echter, om te bepalen hoeveel blootstelling aan kunstmatige nanodeeltjes onveilig kan zijn voor mensen, is nauwkeurige kennis nodig van de hoeveelheid (of dosis) nanomaterialen die in wisselwerking staan ​​met cellen en weefsels zoals longen en huid.

Dit is eenvoudig te bepalen met chemicaliën, maar de uitdaging van nanodeeltjes gesuspendeerd in fysiologische media is niet triviaal. Gemanipuleerde nanodeeltjes in biologische media interageren met serumeiwitten en vormen grotere agglomeraten, die zowel hun zogenaamde effectieve dichtheid als hun actieve oppervlak veranderen, en uiteindelijk hun afgifte aan celdosis en bio-interacties definiëren. Dit gedrag heeft enorme implicaties, niet alleen bij het meten van de exacte hoeveelheid nanomaterialen die in wisselwerking staan ​​met cellen en weefsel, maar ook bij het definiëren van gevarenrangschikkingen van verschillende gemanipuleerde nanomaterialen (ENM's). Als resultaat, duizenden gepubliceerde cellulaire screeningsassays zijn moeilijk te interpreteren en te gebruiken voor risicobeoordelingsdoeleinden.

Wetenschappers van het Center for Nanotechnology and Nanotoxicology aan de Harvard School of Public Health (HSPH) hebben een snelle, eenvoudig, en goedkope methode om de effectieve dichtheid van kunstmatige nanodeeltjes in fysiologische vloeistoffen te meten, waardoor nauwkeurig kan worden bepaald hoeveel nanomaterialen in kweek met cellen en weefsels in aanraking komen.

De methode, aangeduid als de volumetrische centrifugatiemethode (VCM), werd vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

De ontdekking zal een grote impact hebben op de gevarenbeoordeling van kunstmatige nanodeeltjes, waardoor risicobeoordelaars de gevaren van nanomaterialen nauwkeurig kunnen rangschikken met behulp van cellulaire systemen. Verder, door de samenstelling van nanomateriaalagglomeraten in fysiologische vloeistoffen te meten, het zal wetenschappers in staat stellen om effectievere op nano gebaseerde medicijnafgiftesystemen te ontwerpen voor toepassingen in de nanogeneeskunde.

"De grootste uitdaging die we hebben bij het beoordelen van mogelijke gezondheidseffecten die verband houden met blootstelling aan nanodeeltjes, is beslissen wanneer iets gevaarlijk is en wanneer niet, op basis van het dosisniveau. Op lage niveaus, de risico's zijn waarschijnlijk minuscuul, " zei senior auteur Philip Demokritou, universitair hoofddocent aerosolfysica bij de afdeling Milieugezondheid van HSPH. "De vraag is:bij welk dosisniveau wordt nanoblootstelling problematisch? Dezelfde vraag geldt voor op nano gebaseerde medicijnen wanneer we hun efficiëntie testen met behulp van cellulaire systemen. Hoeveel van de toegediende nanodrug zal in contact komen met cellen en weefsel? Dit zal bepalen van de effectieve dosis die nodig is voor een bepaalde cellulaire respons."

Federale regelgevende instanties vereisen niet dat fabrikanten gemanipuleerde nanodeeltjes testen, indien reeds is aangetoond dat de oorspronkelijke vorm van het stortgoed veilig is. Echter, er zijn aanwijzingen dat sommige van deze materialen schadelijker kunnen zijn op nanoschaal - een schaal waarop materialen cellen kunnen binnendringen en gemakkelijker biologische barrières kunnen omzeilen en unieke fysieke, chemisch, en biologische eigenschappen vergeleken met grotere deeltjes.

"De VCM-methode zal nanobiologen en regelgevers helpen om tegenstrijdige in vitro cellulaire toxiciteitsgegevens op te lossen die in de literatuur zijn gerapporteerd voor verschillende nanomaterialen. Deze verschillen zijn waarschijnlijk het gevolg van een gebrek aan of onnauwkeurige dosimetrische overwegingen in nano-bio-interacties in een cellulair screeningsysteem, " zei Joel Cohen, een doctoraatsstudent aan HSPH en een van de twee hoofdauteurs van de studie.

Dit onderzoeksproject werd ondersteund door subsidies van het National Institute for Occupational Safety and Health en de National Science Foundation, en het Centrum voor Nanotechnologie en Nanotoxicologie bij HSPH.

Dit verhaal is gepubliceerd met dank aan de Harvard Gazette, De officiële krant van Harvard University. Voor aanvullend universiteitsnieuws, bezoek Harvard.edu.