En studie av forskare från skolorna för naturvetenskap och medicin vid Indiana University-Purdue University Indianapolis undersöker effekterna av kolnanopartiklar (CNP) på levande celler. Detta arbete är bland de första som studerar koncentrationer av dessa små partiklar som är tillräckligt låga för att efterlikna den faktiska exponeringen av en vanlig individ.

Effekterna på människokroppen av exponering för CNP - små kemikalier med snabbt växande tillämpningar inom elektronik, medicin, och många andra fält -- har precis börjat avslöjas. Exponering på den nivå som studerats av IUPUI-forskarna är ungefär likvärdig med vad som kan vara resultatet av felaktigt kassering av ett föremål som en TV eller datorskärm som innehåller CNP, bor nära en CNP-producerande anläggning, eller arbeta med CNP.

Forskningen, publicerades i septembernumret 2011 av tidskriften Nanotoxikologi , fokuserar på effekten av lågkoncentration CNP-exponering på cellerna som kantar njurnefronet, en rörformig struktur inuti njuren som gör urin. Utredarna fann att CNP:s roll i denna del av kroppen var betydande och potentiellt oroande.

"Till skillnad från många andra studier, vi har använt låga koncentrationer av CNP som är typiska för vad som kan uppstå i kroppen efter att ha intagit dem från miljöföroreningar eller till och med från andningsluft med CNP. Vi fann att dessa små partiklar orsakar läckage i cellslemhinnan i njurnefronet, " sade studiens första författare Bonnie Blazer-Yost, Ph.D., professor i biologi vid Institutionen för naturvetenskap vid IUPUI och adjungerad professor i cellulär och integrativ fysiologi samt i anatomi och cellbiologi vid IU School of Medicine.

"Att bryta den biologiska barriären oroar oss eftersom saker som bör hållas kvar i den bildade urinen kan läcka tillbaka in i blodbanan och saker i blodet kan läcka in i urinen. Normala biologiska ämnen såväl som avfallsprodukter är farliga om de går dit de inte ska vara, " sa Blazer-Yost.

"Dessa CNP dödar inte celler - så de är inte dödliga, men de påverkar cellerna, och i det här fallet är det en negativ effekt, " sade motsvarande och senior författare Frank Witzmann, Ph.D., professor i cellulär och integrativ fysiologi samt i biokemi och molekylärbiologi vid IU School of Medicine och adjungerad professor i biologi vid Science School.

Biologiska barriärer är mycket viktiga för människors hälsa. Det mest välkända är huden, men det finns många andra. "Människroppen behöver intakta barriärer, oavsett om det är hud, luftvägsfoder, tarmväggar eller njurcellerna vi tittade på i denna studie. Vi måste få en bättre förståelse för hur CNP modifierar och ändrar egenskaper hos barriärer när dessa små partiklar blir vanligare i luften vi andas, sa Witzmann.

De två forskarna noterar att dessa otroligt starka partiklar, syns endast under ett elektronmikroskop, utföra användbara funktioner inklusive roller i läkemedelstillförsel och är ansvariga för många framsteg inom elektronik såsom de imponerande färgerna som ses på plasma-tv-apparater och datorskärmar. Vad de oroar sig för är när CNP kommer in i luften och miljön och så småningom i människokroppen från olämpligt bortskaffande eller från tillverkning av produkter som innehåller partiklarna.

Denna studie är en del av teamets större arbetsgrupp, som tittar på effekten av CNP på barriärer i hela kroppen inklusive de i luftvägarna och tjocktarmen.

"Vid denna punkt, vi vet att CNP har många fördelaktiga egenskaper, men utgör också potentiella risker. Dessa partiklar är så små att när de kommer in i olika organ eller system kan de binda till många saker. Vi måste studera vidare hur de ser ut i olika delar av kroppen, hur de påverkar proteinuttryck, samt vad de gör när de passerar en barriär eller utsöndras, sa Witzmann.

"Att studera de cellulära förändringarna i urin-blodbarriären i njurarna orsakade av upprepad exponering för låga koncentrationer av CNP är det första steget för att förstå angreppet på människokroppen av oavsiktlig exponering för CNP, men det är viktigt, " sa Blazer-Yost.

Adam Amos, en studie medförfattare, utförde en del av det inledande arbetet som bidrog till denna studie under en fem terminers intensiv forskningserfarenhet på grundutbildningen i Blazer-Yost-laboratoriet på School of Science. Han går för närvarande på IU School of Medicine. Arbetet fortsatte som en del av Ph.D. avhandlingsforskning av Amiraj Banga.