Tusentals konsumentprodukter som innehåller konstruerade nanopartiklar - mikroskopiska partiklar som finns i vardagliga föremål från kosmetika och kläder till byggmaterial - kommer in på marknaden varje år. Oron för eventuella miljömässiga hälso- och säkerhetsproblem med dessa nanoaktiverade produkter fortsätter att växa, med forskare som kämpar för att komma på snabbt, billig, och lättanvända cellulära screeningsystem för att identifiera möjliga faror med stora bibliotek av konstruerade nanomaterial. Dock, Att avgöra hur mycket exponering för konstruerade nanopartiklar kan vara osäker för människor kräver exakt kunskap om mängden (eller dosen) av nanomaterial som interagerar med celler och vävnader som lungor och hud.

Detta är lätt att avgöra med kemikalier, men utmaningen från nanopartiklar suspenderade i fysiologiska medier är inte trivial. Konstruerade nanopartiklar i biologiska medier interagerar med serumproteiner och bildar större agglomerat, som förändrar både deras så kallade effektiva densitet och aktiva ytarea, och slutligen definiera deras leverans till celldos och bio-interaktioner. Detta beteende har enorma konsekvenser inte bara när det gäller att mäta den exakta mängden nanomaterial som interagerar med celler och vävnader, men också för att definiera faror för olika konstruerade nanomaterial (ENM). Som ett resultat, tusentals publicerade cellulära screeninganalyser är svåra att tolka och använda för riskbedömningsändamål.

Forskare vid Center for Nanotechnology and Nanotoxicology vid Harvard School of Public Health (HSPH) har upptäckt en fasta, enkel, och billig metod för att mäta den effektiva densiteten av konstruerade nanopartiklar i fysiologiska vätskor, gör det möjligt att exakt bestämma mängden nanomaterial som kommer i kontakt med celler och vävnad i kultur.

Metoden, hänvisad till som den volumetriska centrifugeringsmetoden (VCM), publicerades idag i Naturkommunikation .

Upptäckten kommer att ha stor inverkan på farobedömningen av konstruerade nanopartiklar, gör det möjligt för riskbedömare att korrekt rangordna farorna med nanomaterial med hjälp av cellulära system. Vidare, genom att mäta sammansättningen av nanomaterialagglomerat i fysiologiska vätskor, det kommer att göra det möjligt för forskare att designa mer effektiva nanobaserade läkemedelsleveranssystem för nanomedicinska tillämpningar.

"Den största utmaningen vi har när det gäller att bedöma möjliga hälsoeffekter förknippade med nanoexponering är att bestämma när något är farligt och när det inte är det, baserat på dosnivån. På låga nivåer, riskerna är förmodligen små, " sa seniorförfattaren Philip Demokritou, docent i aerosolfysik vid institutionen för miljöhälsa vid HSPH. "Frågan är:Vid vilken dosnivå blir nanoexponering problematisk? Samma fråga gäller för nanobaserade läkemedel när vi testar deras effektivitet med hjälp av cellulära system. Hur mycket av den administrerade nanodrogen kommer i kontakt med celler och vävnad? Detta kommer att bestämma den effektiva dosen som behövs för en given cellulär respons."

Federala tillsynsmyndigheter kräver inte att tillverkarna testar konstruerade nanopartiklar, om den ursprungliga formen av bulkmaterialet redan har visat sig vara säker. Dock, det finns bevis för att vissa av dessa material kan vara mer skadliga i nanoskala - en skala där material kan penetrera celler och lättare förbi biologiska barriärer och uppvisa unika fysiska, kemisk, och biologiska egenskaper jämfört med större partiklar.

"VCM-metoden kommer att hjälpa nanobiologer och regulatorer att lösa motstridiga in vitro celltoxicitetsdata som har rapporterats i litteraturen för olika nanomaterial. Dessa skillnader beror sannolikt på brist på eller felaktiga dosimetriska överväganden i nano-bio-interaktioner i ett cellulärt screeningsystem, sa Joel Cohen, en doktorand vid HSPH och en av de två huvudförfattarna till studien.

Detta forskningsprojekt stöddes av anslag från National Institute for Occupational Safety and Health och National Science Foundation, och Centrum för nanoteknologi och nanotoxikologi vid HSPH.

Den här historien är publicerad med tillstånd av Harvard Gazette, Harvard Universitys officiella tidning. För ytterligare universitetsnyheter, besök Harvard.edu.