การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่ารูปร่างไม่เพียง แต่สาร nanofibular มีบทบาทสำคัญในความเป็นพิษของปอด การศึกษาค้นพบเคล็ดลับในระดับโปรตีนที่สามารถช่วยในการออกแบบวัสดุนาโนที่ปลอดภัยและชาญฉลาดกว่า
รูปภาพ: Sarawut KH/Shutterstock.com
บทความใหม่ใน นาโนวันนี้ มันให้ข้อมูลเกี่ยวกับปัจจัยด้านความปลอดภัยของวัสดุนาโนที่สำคัญ แต่มักมองข้าม: สัณฐานวิทยา นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่ารูปร่างและขนาดของ nanovibilities (NFS) โดยเฉพาะอย่างยิ่งความยาวเส้นผ่านศูนย์กลางและความแข็งสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อการที่เซลล์ปอดตอบสนองต่อการสัมผัส ทีมระบุเครื่องหมายโมเลกุลโดยใช้การทำโปรตีนโปรตีนขั้นสูงของแมคโครฟาจฟองของหนูซึ่งวันหนึ่งสามารถช่วยทำนายความเป็นพิษของเส้นใยชนิดต่าง ๆ
การศึกษาครั้งนี้ย้ายการสนทนาของพิษวิทยาจากองค์ประกอบทางเคมีไปยังโครงสร้างแสดงให้เห็นว่ารูปร่างของเส้นใยสามารถขับเคลื่อนการอักเสบและความเสียหายต่อเซลล์ได้อย่างไร การค้นพบเหล่านี้อาจเป็นขั้นตอนหนึ่งในการออกแบบวัสดุนาโนที่ปลอดภัยและลดการทดสอบสัตว์
สัณฐานวิทยาของนาโน
Nannivts ถูกนำมาใช้มากขึ้นในการจัดเก็บพลังงานการทำให้บริสุทธิ์น้ำการแพทย์และอื่น ๆ ต้องขอบคุณพื้นผิวสูงและคุณสมบัติทางกายภาพที่ปรับเปลี่ยน แต่โครงสร้างที่บางและยาวของพวกเขาอาจทำให้เกิดปัญหาโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสูดดม องค์การอนามัยโลกกำหนด “เส้นใยวิกฤต” เป็นทินเนอร์มากกว่าสามไมครอนยาวกว่าห้าไมครอนและค่าสัมประสิทธิ์รูปร่างเมื่อเทียบกับ 3: 1 มิติที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับโรคเช่นปอดพังผืดและระหว่างประเทศ
กระบวนทัศน์ของการเกิดโรคของเส้นใยผสมผสานความทนทานและรูปร่างของเส้นใยที่มีความเป็นพิษ แต่ปัจจัยตัวแปรหลักคือความแข็งมักถูกเพิกเฉย ความแข็งนี้เป็นปัญหาเมื่อแมคโครฟาจในปอดพบเส้นใยที่ยาวและแข็ง พวกเขาไม่สามารถดูดซับได้อย่างเต็มที่ การตอบสนองทางภูมิคุ้มกันที่ไม่ประสบความสำเร็จนี้เรียกว่า phagocytosis ที่ผิดหวังนำไปสู่การอักเสบถาวร การศึกษาใหม่นั้นดำดิ่งลงอย่างลึกซึ้งในสนามรบโทรศัพท์มือถือนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาเครื่องมือในการทำนายความเป็นพิษโดยไม่ต้องทดสอบสัตว์
หกรูปร่างจากสาร
เพื่อตรวจสอบว่าสัณฐานวิทยามีผลต่อความเป็นพิษอย่างไรนักวิทยาศาสตร์ได้ทดสอบซิลิกอนคาร์ไบด์ (SIC) และไทเทเนียมไดออกไซด์ (Thio2) ทั้งในรูปแบบที่ไม่บุบสลายและเชิงกล nanovles ที่ใช้กันทั่วไปทั้งสองนี้ถูกวางไว้เพื่อให้สั้นลงและเปลี่ยนค่าสัมประสิทธิ์รูปร่างช่วยแยกแยะผลกระทบของรูปร่างจากองค์ประกอบทางเคมี
พวกเขาเปิดเผยเซลล์แมคโครฟาจหนู (NR8383) สำหรับแต่ละประเภทและใช้การรวมกันของการทดสอบเซลลูลาร์และโครมาโตกราฟีของเหลว-โครมาโตกราฟฟี-สเปคตรัมมวลสาร (LC-MS/MS) เพื่อติดตามการตอบสนอง การทดสอบวัดตัวบ่งชี้สำคัญของความเครียดของเซลล์: แลคเตท dehydrogenase (ความเสียหายของเยื่อหุ้มเซลล์), ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (ความเครียดออกซิเดชัน), β-glucuronidase (การรั่วไหลของ lysosomal) และ TNF-α (การอักเสบ)
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนยืนยันว่าเส้นใยที่ไม่บุบสลายของ SIC นั้นมีค่าเฉลี่ย 9.5 ไมครอนและ 156 นาโนเมตรและ TIO2 เส้นใยสั้นและบางกว่า การบดช่วยลดความยาวของเส้นใยอย่างมากทำให้สามารถทำให้เซลล์ภายในเต็มรูปแบบโดยเซลล์และผลที่เป็นพิษน้อยลง
ดาวน์โหลดสำเนา PDF ทันที!
โปรตีโอมิกส์เผยให้เห็นลายนิ้วมือที่เป็นพิษ
สัณฐานวิทยามีผลกระทบโดยตรงต่อพิษวิทยา nanoviblas ที่ไม่บุบสลายนำไปสู่การเจาะของเมมเบรน phagocytosis ที่ผิดหวังและสัญญาณการอักเสบที่เพิ่มขึ้น ในทางกลับกันเส้นใยภาคพื้นดินนั้นง่ายขึ้นภายในและทำให้เกิดสัญญาณรบกวนน้อยที่สุดแม้จะมีความเข้มข้นสูงกว่า
การวิเคราะห์โปรตีโอมิกแสดงให้เห็นว่าการสัมผัสกับเส้นใยที่ไม่บุบสลายเปลี่ยนความอุดมสมบูรณ์ของโปรตีนมากกว่า 1,000 โปรตีนหลังจาก 18 ชั่วโมง เส้นใยสับมีผลกระทบเพียง 102 เส้นใยเปลี่ยนโปรตีน 266 ตัว พื้นที่ของพวกเขาเปลี่ยนไปห้า การวิเคราะห์ส่วนผสมหลักที่มุ่งเน้นไปที่ตัวอย่างดินซึ่งยืนยันว่าสัณฐานวิทยาเป็นปัจจัยที่โดดเด่น
โปรตีนหลายชนิดที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบเช่น arginazy-1 และ interleukin-1 receptor antagonist ได้รับการควบคุมอย่างชัดเจนในการตอบสนองต่อเส้นใยที่ไม่บุบสลาย Metionine Sulfotnek, เครื่องหมายความเครียดออกซิเดชันเพิ่มขึ้นโดยเฉพาะในเซลล์ที่ได้รับการรักษาด้วย SIC ในขณะเดียวกันพบว่ามีโปรตีน lysosomal ในสารอาหารมากกว่าภายในเซลล์ยืนยันการแตกของ lysosomal เครื่องหมาย Necrout สามารถมองเห็นได้มากกว่าในกรณีของการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้
ลายนิ้วมือสากลสำหรับความเป็นพิษต่อนาโน
จากผลลัพธ์เหล่านี้ทีมเสนอแผงโปรตีน 58 ตัวเป็นลายนิ้วมือของความเป็นพิษที่ขับเคลื่อนด้วยสัณฐานวิทยา ชุดนี้รวมถึงเส้นทางที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบอินทิกรัล lysosomal การเผาผลาญและการตายของเซลล์ สิ่งสำคัญที่สุดคือลายนิ้วมือดูเหมือนจะเป็นอิสระจากวัสดุซึ่งหมายความว่าสามารถใช้ในการทำนายความเป็นพิษสำหรับนาโนประเภทต่างๆ
ผลกระทบมีความสำคัญ แทนที่จะพึ่งพาการทดสอบสัตว์เท่านั้นนักวิทยาศาสตร์สามารถใช้ ในหลอดทดลอง การทดสอบที่สนับสนุนโดยลายนิ้วมือโปรตีโอนี้เพื่อตรวจสอบวัสดุนาโนที่จุดเริ่มต้นของกระบวนการออกแบบ วิธีการนี้สนับสนุนหลักการ 3R (รองการลดการปรับปรุง) ในพิษวิทยาและปรับให้เข้ากับกฎระเบียบที่เพิ่มขึ้นและความสนใจของอุตสาหกรรมในวิธีการทดสอบทางเลือก
ต่อนาโนเทคโนโลยีที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น
การศึกษาครั้งนี้นำเสนอมุมมองใหม่เกี่ยวกับความปลอดภัยของนาโน เนื่องจาก nanoworty กลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นในสินค้าอุปโภคบริโภคแอปพลิเคชันอุตสาหกรรมและแม้แต่การดูแลสุขภาพการทำความเข้าใจการปฏิสัมพันธ์ทางชีวภาพของพวกเขาจึงเป็นเรื่องเร่งด่วนกว่าที่เคยเป็นมา
การศึกษาอธิบายถึงกลไกของความเป็นพิษของนาโนโนเบอร์และบ่งบอกถึงวิธีการวิศวกรรมวัสดุที่ปลอดภัยยิ่งขึ้นและกรอบการกำกับดูแลที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้น
ทีมเรียกร้องให้มีการตรวจสอบความถูกต้องของลายนิ้วมือโปรตีนในเซลล์มนุษย์ปฐมภูมิและในการวิจัยเลียนแบบการเปิดรับแสงระยะยาว การขยายวิธีการในวัสดุนาโนและแบบจำลองทางชีวภาพต่าง ๆ จะช่วยปรับปรุงพลังการทำนาย
การอ้างอิงของวารสาร
Stobernack, T. , และใน– (2025) การคาดการณ์การเกิดโรคบนพื้นฐานของสัณฐานวิทยา nanovibly ผ่านการทำโปรไฟล์โปรตีน nanotrogen102812 (65) สอง: 10.1016/j.nantod.2025.102812, https://www.scienicec.com/science/article/pii/S17480131225001847