Epidemiologiska studier har etablerat en stark korrelation mellan inandning av ultrafina partiklar från ofullständig förbränning och andnings- och hjärt- och kärlsjukdomar. Fortfarande, relativt lite är känt om mekanismerna bakom hur luftpartiklar påverkar människors hälsa. Nytt arbete med kolnanodots syftar till att tillhandahålla den första modellen av hur ultrafina kolbaserade partiklar interagerar med lungvävnaderna.

En internationell grupp forskare skapade ett 3D-lungcellsmodellsystem för att undersöka hur kolbaserade förbränningsbiprodukter beter sig när de interagerar med mänsklig epitelvävnad. I Biointerfaser , en AVS-journal, forskarna upptäckte att ytegenskaperna hos kolnanodotens egenskaper och aggregationsmönster påverkade deras fördelning i en labbodlad kopia av lungans barriärlager, epitelet. Kolnanodotterna fungerade som representanter för luftföroreningspartiklar.

"Lokalisering och kvantifiering av inhalerade kolnanopartiklar på cellnivå har varit mycket svårt, sade Barbara Rothen-Rutishauser, en författare på tidningen, som ingår i ett specialnummer av tidskriften Biointerfaser om kvinnor i biogränssnittsvetenskap. "Vi har nu en modell fluorescerande partikel som kan försöka svara på frågor om ödet för ultrafina partiklar i lungan."

Med mindre än 100 nanometer i diameter, ultrafina partiklar har liten storlek och stor relativ yta för att orsaka förödelse på celler och potentiellt komma in i blodomloppet. Andra gruppers forskning har visat att ultrafina partiklar inducerar negativa effekter på lungorna och det kardiovaskulära systemet genom att öka oxidativ stress i kroppen.

På grund av partikelstorlek, det är svårt för labbtekniker att skilja mellan kol i föroreningar från kol i vävnader. Därför, lite är känt om ytladdning och agglomerationstillstånd, två viktiga fysiska och kemiska egenskaper som påverkar hur kolpartiklar interagerar med levande vävnader.

För att börja modellera ultrafina partiklar, Estelle Durantie, en annan författare till studien, övergick till fluorescerande kolnanodots dopade med kväve och en kombination av kväve och svavel med olika storlekar och laddningar. Teamet applicerade sedan dessa nanodots på det översta lagret av en laboratorieodlad epitelvävnad, där gasutbytet vanligtvis sker i lungan.

Eftersom vanliga fluorescerande mikroskop saknar upplösningen för att visualisera så små partiklar, gruppen använde spektroskopi och UV-ljus för att detektera och kvantifiera nanodots när de migrerade från det luminala utrymmet förbi deras lungmodells immunceller. Som forskarna förväntade sig, laddade partiklar tenderade att klibba ihop innan de penetrerade gasutbytesbarriären. Medan de flesta av de neutralt laddade nanodotterna passerade genom vävnaden efter bara en timme, endast 20 procent av de agglomererade laddade partiklarna infiltrerade epitelet.

Rothen-Rutishauser sa att hon hoppas kunna förbättra nanodots ytterligare så att de bättre efterliknar ultrafina partiklar. "Vad vi ser är att translokation beror på aggregationstillstånd, " sa Rothen-Rutishauser. "Vi hoppas kunna fortsätta att prova olika storlekar av nanodots, inklusive andra typer av partiklar som tar oss närmare den verkliga miljön."