(PhysOrg.com) -- Användningen av nanopartiklar inom medicin ökar ständigt och det är viktigt att förstå vilka effekter dessa partiklar kan ha på mänskliga vävnader och hälsa i allmänhet.

Forskare har visat att signalmolekyler som skadar DNA från celler som odlas under en barriär överförs endast när barriären är mer än ett lager tjock och DNA-skada och cytokinfrisättning signaleras över barriären.

Forskningen utfördes av ett team vid University of Bristol och kollegor, och publiceras i Naturens nanoteknik .

Teamet skapade en cellulär barriär genom att odla BeWo -celler, en typ av cellinje som ofta används för att modellera placentabarriären, på ett poröst membranstöd. De skapade ett monolager och en dubbellagerbarriär genom att odla cellerna i fyra och sju dagar, respektive.

Membranet sattes in i en brunn på en cellodlingsplatta så att det hängdes upp några millimeter ovanför bottenytan där de odlade en annan typ av celler. Toppen av barriären exponerades för nanopartiklar och DNA-skador mättes i de underliggande cellerna.

Tvärtemot vad laget förväntade sig, signalmolekyler som skadar DNA från celler som odlas under barriären överfördes endast över tvåskikts- och flerskiktsbarriärer, men inte monolagerbarriärer.

Forskargruppen odlade också hornhinnepitelceller på ett membran, som monoskikt i tre dagar, för att bestämma om signaleringen som observerades för trofoblastcellbarriärer var cellspecifik. I likhet med BeWo-resultaten, DNA-skador observerades i fibroblaster, bindvävscellerna, under de nanopartikel-exponerade tvåskiktsbarriärerna, men inte under enskiktiga barriärer.

Forskargruppen har tidigare visat att metallnanopartiklar skadade DNA:t i celler på andra sidan av en cellulär barriär. Nanopartiklarna orsakade inte skada genom att passera genom barriären, men genererade signalmolekyler inom barriärcellerna som sedan överfördes för att orsaka skada i celler på andra sidan barriären.

Dr Patrick Case, Konsult universitetslektor i ortopedisk kirurgi och patologi vid Institutionen för kliniska vetenskaper och senior författare på studien, sa:"Om vikten av barriärtjocklek i signalering är en allmän egenskap för alla typer av barriärer, Våra resultat kan erbjuda en princip för att begränsa de negativa effekterna av exponering för nanopartiklar och erbjuda nya terapeutiska metoder."

Dr Aman Sood, Forskningsassistent vid Institutionen för kliniska vetenskaper och huvudförfattare på uppsatsen, sa:"Vi ville testa om dessa indirekta effekter av nanopartiklar kan variera för olika typer av barriärer. Med hjälp av in vitro, ex vivo och in vivo modeller, vår forskning har visat att de indirekta effekterna av nanopartiklar beror på cellbarriärens tjocklek.

"Dubbelskiktiga eller flerskiktiga barriärer tillåter DNA-skadande signalering att orsaka indirekt toxicitet, medan enskiktiga barriärer inte gör det. Våra resultat har betydande konsekvenser för nanotoxikologi. ”

Cellulära barriärer erbjuder viktigt skydd mot partikelexponering och finns i flera morfologiska former i kroppen. Till exempel, hornhinnans epitelbarriär, som tillsammans med tårfilmen förhindrar patogener, allergener och irriterande ämnen från att komma in i ögat, är flerskiktigt.

Dock, blod-hjärnbarriären, som begränsar diffusionen av mikroskopiska föremål som bakterier in i cerebrospinalvätskan, består av en monoskiktad barriär av endotelceller som stöds av astrocytiska ändfötter. Placentabarriären reglerar utbytet av substanser mellan fostrets och moderns blod och förändrar utseendet under graviditeten.

Resultaten tyder på att nanopartiklar kan orsaka indirekt DNA -skada in vitro över trofoblast och hornhinnebarriärer, och orsakar cytokin- och kemokinfrisättning över hornhinnebarriärer.

Forskargruppen har visat att indirekt toxicitet är möjlig hos möss och från mänsklig placentavävnad. Resultaten tyder på att signaler för DNA -skada kan korsa cellbarriärer genom en väg som involverar gap -korsningar. Dock, det gemensamma temat är att dessa typer av signalering endast noterades när barriärerna var dubbelskiktade eller flerskiktiga. Om detta är ett allmänt drag för alla barriärer erbjuder det en princip att tillämpa på nanotoxicitet som inte bara kan begränsa de negativa effekterna av exponering för nanopartiklar utan också kan erbjuda några nya terapeutiska möjligheter.

Detta projekt har stötts av Wellcome Trust och av ett anslag från Medical Research Council.