För University of Wisconsin -Milwaukee forskare som studerar toxiciteten hos guldnanopartiklar - ett ringa material med potentiellt stora biomedicinska tillämpningar - kan vägen till ett nytt medicinskt framsteg vara belagd med guld eller inte.
Dessa ultrafina metallpartiklar har ett stort löfte för att behandla sjukdomar så olika som cancer, diabetes eller AIDS, men forskare måste bevisa att nya sätt att behandla sjukdomar inte gör någon skada.
Reinhold Hutz, professor i biologi vid UWM, och doktoranden Jeremy Larson undersöker om guldnanopartiklar riktar sig mot och stör den kvinnliga reproduktiva kanalen - den enda forskningen i sitt slag i USA.
Guldnanopartiklar varierar i storlek från 1 till 100 nanometer; en nanometer är ungefär en miljarddels storleken på en måttstock. Noterar den anmärkningsvärda omfattningen av nanopartiklar, Larson satte partiklarna i perspektiv:"Om en nanopartikel var lika stor som en fotboll, ett virus skulle vara lika stort som en person. "
Det som skiljer nanopartiklar från partiklar av andra storlekar är deras unika fysikaliska och kemiska egenskaper. Andra biologiska molekylers kompatibilitet med guldnanopartiklar, till exempel, gör dem till främsta kandidater för vävnadsspecifik läkemedelsleverans.
"Ett läkemedel (tillverkat av nanopartiklar) kan en dag utvecklas för att rikta in sig på en specifik typ av cancertumör och begränsa de negativa biverkningar som patienten upplever, Sa Larson.
Att fokusera på toxiciteten hos guldnanopartiklar i reproduktionsorganet var en naturlig utveckling för Hutz, som har ägnat mycket av sin karriär åt att förstå äggstocksfunktionen. Ett intresse för hur miljögifter fungerar som östrogener hos kvinnor fick Hutz och hans tidigare doktorand Rose Stelzer att studera toxiciteten hos guldnanopartiklar. Hutz sa att han och Stelzer undrade vilken roll, om någon, guld nanopartiklar skulle spela i ovarial östrogen produktion.
Deras 2009 -tidning publicerad i Journal of Reproduction and Development visade att guldnanopartiklar ackumuleras i äggstocksceller som är specialiserade på östrogenproduktion. Vidare, Hutz och Stelzer fann att partiklarna förändrar mängden östrogen som cellerna gör, får forskarna att spekulera i att partiklarna kan undergräva kvinnlig fertilitet.
Larsons arbete började där hans föregångare slutade. Larson utforskar guldnanopartiklarnas roll i samband med den intakta äggstocken - nästa logiska steg efter att ha studerat celler i kultur. Larsons preliminära resultat tyder på att, verkligen, guldnanopartiklar förändrar gener som är inblandade i äggstocksproduktion av steroider.
När det gäller dessa nanopartiklarnas potentiella användning vid läkemedelsleverans, Hutz sa att förändring av utformningen av guldnanopartiklar - främst genom att lägga till små kemiska grupper som förändrar kemin - kan göra dem mindre giftiga.
Hutz sa att framtida studier i hans labb kommer att titta på ödet för guldnanopartiklar i hela djuret, där äggstocksfunktionen påverkas av en rad fysiologiska faktorer som inte lätt återskapas i en maträtt. "Vi måste veta hur guldnanopartiklarna rör sig i det intakta djuret, vart de går, hur de bearbetas och vad nanopartiklarna gör med kroppens organ, "Sa Hutz.
Robert Tanguay, professor i miljö- och molekylär toxikologi vid Oregon State University, gick med på.
"Eftersom dessa studier utfördes utanför djuret, mer forskning behövs för att avgöra om miljörelevanta exponeringar för konstruerade nanopartiklar skulle utgöra en betydande risk för däggdjurs reproduktiva system, " han sa.
Larson sa att hans erfarenhet i labbet består av många "rörliga delar":krävande timmar, okänt territorium och en pågående jakt på forskningsdollar.
Brist på finansiering, Hutz och Larson var överens om är det främsta hindret för att forska. Hutz sa att hans labb delvis finansieras av pengar från Children's Environmental Health Sciences Core Center, ett Milwaukee-baserat forskningskonsortium finansierat av National Institute of Environmental Health Sciences. Centret syftar till att förstå miljöorsakerna till barnsjukdomar och förmedla den kunskapen till samhällen och beslutsfattare, enligt centerdirektören David Petering, professor i kemi vid UWM.
"Det finns bara 17 av dessa centra i landet, konkurrenskraftigt tilldelas akademiska institutioner som Harvard, MIT, Johns Hopkins och University of Wisconsin-Milwaukee, Sa Petering.
Centret är ett gemensamt initiativ från UWM, Children's Research Institute of Children's Hospital i Wisconsin och pediatrikavdelningen vid Medical College of Wisconsin, med forskare som deltar från Marquette University, UW-Madison och UW-Parkside.
"Forskare som Dr Hutz får tillgång till särskild personal och infrastruktur, finansiering för undersökande forskning, och en stor gemenskap av forskare som är engagerade i att arbeta tillsammans för att förbättra barns hälsa, Sa Petering.
Som doktorand, Larson är en del av en mindre synlig vetenskaplig gemenskap bestående av praktikanter och tidiga karriärforskare vid universitet i hela staden. Många doktorander och postdoktorer finns kvar bakom kulisserna, arbeta i laboratorier och publicera sina resultat ur allmän syn. Larson, dock, sa att han är fast besluten att lyfta fram forskning han utför vid UWM. Han tillade att han ofta tävlar om bidrag och utmärkelser med studenter som kommer från större, bättre finansierade forskningsinstitutioner. Hans guld -nanopartikelforskning har fått flera utmärkelser vid nationella vetenskapliga möten.
Larson noterade att han åtnjuter möjligheter att nå ut utanför sin labbänk och komma i kontakt med andra.
"I mina tankar, det mest utmanande, ändå roligast, aspekt av vårt arbete är samarbetet, tvärvetenskaplig insats som kommer från många vetenskapsområden - fysik, teknik, kemi, biologi och molekylär toxikologi. "
(c) 2011, Milwaukee Journal Sentinel.
Distribueras av McClatchy-Tribune Information Services.
