Model zachowania się i właściwości nanocząstek
W ramach projektu NANOPUZZLES (Modelling properties, interactions, toxicity and environmental behaviour of engineered nanoparticles), finansowanego ze środków UE, konsorcjum opracowało modele obliczeniowe i narzędzia, które umożliwiają rozwiązanie tego problemu. Symulacje obliczeniowe mogą przewyższać próby doświadczalne pod względem szybkości i dokładności, a ponadto przyczyniać się do ograniczenia testów na zwierzętach. Dlatego też w ramach projektu opracowano algorytmy obliczeniowe dotyczące 4 obszarów tematycznych: NANODATA, NANODESC, NANOINTER i NANOQSAR. To pozwoliło badaczom na modelowanie zależności między strukturą, właściwościami, oddziaływaniami molekularnymi oraz toksycznością wybranych klas sztucznych nanocząstek. Głównym celem pierwszego tematu NANODATA było sklasyfikowanie sztucznych nanocząstek w oparciu o istniejące dane dotyczące parametrów fizykochemicznych i toksyczności. Zastosowane podejście oparte było na sprawdzonej specyfikacji ISA-TAB-Nano (Investigation/Study/Assay (ISA) tab-delimited (TAB)) dotyczącej wymiany danych naukowych na temat nanomateriałów w formacie arkuszy kalkulacyjnych. Jest to ogólny model umożliwiający gromadzenie i rozpowszechnianie złożonych metadanych. W ISA-TAB-Nano umieszczono dane z 200 artykułów. Opracowano też nowe metody oceny jakości danych. W ramach projektu NANODESC opracowano model do optymalnego opisywania struktury sztucznych nanocząstek przy pomocy odpowiednich deskryptorów oraz dzielenia ich na kategorie zgodnie z podobnymi właściwościami strukturalnymi. Zidentyfikowano wiele nowych grup deskryptorów i określono jako elementy budulcowe dla modeli predykcyjnych. Uczeni opracowali modele umożliwiające przewidywanie i badanie oddziaływań sztucznych nanocząstek z systemami biologicznymi i małymi molekułami. Zaproponowano szereg technik służących do badania wpływu środowiska na oddziałujące ze sobą systemy. Przygotowano też protokół obliczeniowy umożliwiający dokładne obliczanie właściwości dużych oddziałujących ze sobą systemów. W ramach tematu NANOQSAR określono zależności ilościowe między strukturą chemiczną a celami toksykologicznymi. Pozwolą one lepiej zrozumieć toksyczność i zachowanie się nowych nanocząstek dzięki znajomości relacji między właściwościami eksperymentalnymi (opartymi na dostępnych, potwierdzonych danych) i obliczeniowymi. Ostatnia część prac pozwoli na połączenie wszystkich innych rezultatów projektu. Zastosowanie opracowanych metod pozwoli na przewidywanie toksyczności i zachowania nanocząstek na podstawie ich struktury i właściwości fizykochemicznych, bez potrzeby przeprowadzania szerokich badań empirycznych. Oznaczać to będzie zmniejszenie kosztów oraz ograniczenie testów na zwierzętach. Nowe narzędzia przydadzą się projektantom materiałów, agencjom regulacyjnym i konsumentom, przyczyniając się do powstania nanomateriałów cechujących się niską szkodliwością dla ludzi i środowiska.
Słowa kluczowe
Nanocząstki, NANOPARTICLES, toksyczność, algorytmy, ISA-TAB-Nano, protokół obliczeniowy, nanomateriały
