Epidemiologische studies hebben een sterke correlatie aangetoond tussen het inademen van ultrafijne deeltjes afkomstig van onvolledige verbranding en ademhalings- en hart- en vaatziekten. Nog altijd, er is relatief weinig bekend over de mechanismen achter de invloed van luchtdeeltjes op de menselijke gezondheid. Nieuw werk met koolstofnanodots probeert het eerste model te bieden van hoe ultrafijne op koolstof gebaseerde deeltjes interageren met de longweefsels.

Een internationale groep onderzoekers creëerde een 3D-longcelmodelsysteem om te onderzoeken hoe op koolstof gebaseerde verbrandingsbijproducten zich gedragen als ze interageren met menselijk epitheelweefsel. In Bio-interfasen , een AVS-tijdschrift, de onderzoekers ontdekten dat de oppervlakte-eigenschappen van de eigenschappen en aggregatiepatronen van de koolstof nanodot hun distributie beïnvloedden in een in het laboratorium gekweekte kopie van de barrièrelaag van de long, het epitheel. De koolstofnanodots dienden als vertegenwoordigers voor luchtverontreinigingsdeeltjes.

"Lokalisatie en kwantificering van geïnhaleerde koolstofnanodeeltjes op cellulair niveau was erg moeilijk, " zei Barbara Rothen-Rutishauser, een auteur op papier, dat deel uitmaakt van een speciale uitgave van het tijdschrift Bio-interfasen op Vrouwen in Biointerface Science. "We hebben nu een model fluorescerend deeltje dat kan proberen vragen te beantwoorden over het lot van ultrafijne deeltjes in de longen."

Met een diameter van minder dan 100 nanometer, ultrafijne deeltjes hebben de kleine omvang en het grote relatieve oppervlak om schade aan te richten aan cellen en mogelijk in de bloedbaan terecht te komen. Onderzoek van andere groepen heeft aangetoond dat ultrafijne deeltjes nadelige effecten hebben op de longen en het cardiovasculaire systeem door oxidatieve stress in het lichaam te verhogen.

Vanwege de deeltjesgrootte, het is moeilijk voor laboratoriumtechnieken om onderscheid te maken tussen koolstof in verontreinigende stoffen en koolstof in weefsels. Daarom, er is weinig bekend over oppervlaktelading en agglomeratietoestanden, twee belangrijke fysische en chemische kenmerken die van invloed zijn op de interactie van koolstofdeeltjes met levende weefsels.

Om te beginnen met het modelleren van ultrafijne deeltjes, Estelle Durantie, een andere auteur van de studie, wendde zich tot fluorescerende koolstof nanodots gedoteerd met stikstof en een combinatie van stikstof en zwavel met verschillende groottes en ladingen. Het team bracht deze nanodots vervolgens aan op de bovenste laag van een in het laboratorium gekweekt epitheelweefsel, waar gasuitwisseling meestal plaatsvindt in de longen.

Omdat gewone fluorescentiemicroscopen de resolutie missen om zulke kleine deeltjes te visualiseren, de groep gebruikte spectroscopie en UV-licht om nanodots te detecteren en te kwantificeren terwijl ze vanuit het luminale compartiment langs de immuuncellen van hun longmodel migreerden. Zoals de onderzoekers verwachtten, geladen deeltjes hadden de neiging om aan elkaar te kleven voordat ze de gasuitwisselingsbarrière penetreerden. Terwijl de meeste neutraal geladen nanodots na slechts een uur door het weefsel gingen, slechts 20 procent van de geagglomereerde geladen deeltjes infiltreerde het epitheel.

Rothen-Rutishauser zei dat ze hoopt nanodots verder te verbeteren, zodat ze ultrafijne deeltjes beter nabootsen. "Wat we zien is dat translocatie afhankelijk is van de aggregatiestatus, " zei Rothen-Rutishauser. "We hopen door te gaan met het uitproberen van verschillende maten nanodots, inclusief andere soorten deeltjes die ons dichter bij de echte omgeving brengen."