Samarbetsforskning vid ANSTO under ledning av Shinji Kihara och A/Prof. Duncan McGillivray från MacDiarmid Institute, Nya Zeeland med ANSTO:s Dr Jitendra Mata, forskare från University of Auckland och A/Prof Ingo Köper från Flinders University, SA, bidrar till en bättre förståelse av hur nanoplaster interagerar med blodplasmaproteiner och andra biologiska molekyler i kroppen.

Motiveringen för denna studie, som nyligen publicerades i Biokonjugatkemi , uppstod från oro över de ökande mängderna plastavfall i miljön.

I naturen, dessa plaster genomgår fysikaliska och kemiska nedbrytningsprocesser för att bilda små partiklar på mikro- och nanometerskalan.

Studier av toxikologin hos konstruerade nanopartiklar har antytt att dessa partiklar får lätt åtkomst och rörlighet i kroppen, ofta kliver viktiga biologiska hinder och försvarsmekanismer mot främmande kroppar. Till skillnad från de konstruerade nanopartiklarna som används i biomedicinska tillämpningar, dock, dessa nanoplasters potentiella effekter och interaktioner är inte väl förstådda.

Nanopartiklarnas toxicitet är direkt kopplad till dess fysiska och kemiska egenskaper. När nanopartiklar kommer in i kroppen, de omges av lager av proteiner, som är känd som en "corona". Löst bundna proteiner bildar en "mjuk korona, "medan tätt bundna proteiner bildar en" hård korona ".

Med ett modellsystem av polystyren -nanopartiklar och humant serumalbumin (HSA) -protein, utredarna använde en rad olika tekniker för att bestämma storleken, sammansättning och geometri av polystyren-nanopartikel-proteinkorona-komplexet.

HSA valdes på grund av dess naturliga överflöd, medan positivt och negativt laddade nanopartiklar, i två olika storlekar, användes för att bedöma hur partikelstorlek påverkade bildandet av koronan i lösning under olika pH -förhållanden. Utredarna använde liten vinkelneutronspridning (SANS) med kontrastmatchning på Bilby -instrumentet (med Dr. Andrew Whitten) för att bestämma nanopartiklarnas diameter och karakterisera dess distinkta strukturella särdrag.

"Våra anläggningar är ganska unika genom att vi kan utforska interaktionen mellan protein och nanopartikel i längdskalor från en nanometer till 10 mikron, vilket är mycket svårt att göra med andra tekniker, "sa Dr Jitendra Mata, instrumentforskare och medförfattare på tidningen.

"Kontrastmatchning gör att du kan se två komponenter tillsammans, såsom nanopartiklar och proteinkorona, eller så kan vi maskera bort en av komponenterna av intresse. Vi kunde avgöra om det fanns en stark eller svag interaktion med proteinet eller om det var någon formändring i proteinet, " han lade till.

Studien fann att både partikelstorlek och pH spelade en roll för att bestämma koronans natur. Större partiklar gynnade bildandet av en mjuk korona, med den hårda koronan helt frånvarande i vissa fall. HSA deltog aktivt i bildandet av dessa komplex, prickar ytan på negativt laddade nanopartiklar.

Dessutom, de upptäckte att interaktionen mellan den mjuka koronan och nanopartikelytan styrdes av en subtil balans mellan elektrostatiska krafter.

Den pågående forskningen söker användning av andra neutroninstrument inklusive Kookaburra USANS och Platypus neutronreflektometri för att förstå hur dessa komplexa korona/nanoplast skulle interagera med andra biologiska enheter som cellmembran.

Forskarna räknar med att dessa fynd kommer att få konsekvenser för vidare forskning om nanopartikeltoxicitet, genom att ge en tydligare bild av nanopartiklarnas interaktioner med biomolekyler.