Onze longen worden dagelijks blootgesteld aan een groot aantal gevaarlijke deeltjes in de lucht. nanodeeltjes, vanwege hun kleine formaat, kan het gevoelige alveolaire gebied van de menselijke long bereiken en ontstekingen veroorzaken, zelfs na een enkele inademing, wat leidt tot ernstige ziekten zoals hartaandoeningen, hersenbeschadiging en longkanker bij langdurige blootstelling. Bij de productie, giftige nanodeeltjes kunnen tijdens de productie in het milieu vrijkomen, verwerken, afbraak of verbranding van materialen. Ondanks vooruitgang in modellen voor nanotoxicologie, momenteel kunnen noch in vitro noch in silico testinstrumenten op betrouwbare wijze nadelige resultaten voorspellen of in vivo testen vervangen. Om de introductie van veiligere materialen in ons leven te vergemakkelijken, er zijn nieuwe teststrategieën nodig om de potentiële toxiciteit van industriële nanodeeltjes voor en tijdens het fabricageproces te voorspellen.

De cellulaire mechanismen ontgrendelen

Bij Helmholtz Zentrum München, de onderzoeksgroep van Dr. Tobias Stöger richt zich op een verbeterd mechanistisch begrip van de interacties tussen nanodeeltjes en longcellen, vooral gezien de ontstane ontsteking. In samenwerking met partners van het SmartNanoTox EU-project, de onderzoeksgroep ontdekte dat voor bepaalde materialen de langdurige ontstekingsreactie bij een eenmalige blootstelling aan een nanodeeltje kan ontstaan ​​door twee tot dusver onbekende cellulaire sleutelgebeurtenissen:het quarantaineproces dat de afzetting is van uitgescheiden immobiele composieten van de nanodeeltjes omhuld met biologische moleculen op het celoppervlak. Tweede, de zogenaamde nanomateriaalcyclus die de beweging van de nanodeeltjes tussen verschillende alveolaire longceltypes met zich meebrengt.

“Met deze nieuwe inzichten, we hebben een diepere alomvattende benadering ontwikkeld over hoe een ontstekingsreactie in de long ontstaat door interacties tussen deeltjes en cellen. In staat zijn om de oorsprong van deze twee belangrijke gebeurtenissen te lokaliseren en ze kwantitatief te beschrijven, was een doorbraak omdat het ons hielp onze voorspellingsmethode te bouwen", zegt Stöger.

Een stap dichter bij veilige materiaalontwikkeling

Met behulp van slechts een kleine set gegevens van in vitro metingen en door deze te combineren met in silico-modellering, de onderzoekers verzamelden inzichten over de toxiciteit van nanodeeltjes en slaagden erin om het spectrum van longontsteking (van acuut tot chronisch) geassocieerd met een reeks van 15 geselecteerde materialen te voorspellen. Stöger voegt toe:"Door zo'n voorspelling te kunnen doen, kunnen we een stap dichter bij een veilige materiaalontwikkeling komen. Dit zal ingrijpende gevolgen hebben voor de veiligheid, snelheid en kosteneffectiviteit van nieuwe materialen."

Bijkomend voordeel:dierproefvrij

Momenteel, veiligheidstests zijn sterk afhankelijk van dierstudies. Hoewel dierproeven nog steeds onmisbaar zijn voor mechanistische en chronische toxicologische studies, ze zijn minder geschikt voor voorspellende tests binnen een safe-by-design productie van nieuwe materialen. Deze studie introduceert een alternatieve diervrije teststrategie, geschikt voor testen met hoge doorvoer en aansluitbaar met in silico-modellering.