Kryształowa kula w badaniach toksykologicznych nanocząstek
Coraz powszechniejsze występowanie sztucznych nanocząstek (NP) jest źródłem obaw społeczeństwa i organów prawodawczych, związanych z ich wpływem na człowieka i środowisko. Eksperymentalne badania toksykologiczne wymagają prowadzenia testów na zwierzętach, przez co są one drogie i czasochłonne. Aby ograniczyć badania na zwierzętach, najczęściej stosuje się metody in silico. Europejskie konsorcjum pracowało nad przezwyciężeniem ograniczeń w opracowaniu precyzyjnych i skutecznych modeli obliczeniowych dzięki finansowaniu projektu PRENANOTOX (Predictive toxicology of engineered nanoparticles) ze środków UE. Prace skupiały się na stworzeniu platformy do predykcyjnej nanotoksykologii. Naukowcy wykorzystali najnowocześniejsze narzędzia do wyodrębniania informacji w odniesieniu do wyczerpującego zestawu branżowych artykułów naukowych. Aż 85% filtrowanych informacji było istotnych dla badania. Automatyczna analiza wykresów słupkowych potwierdziła skuteczne wykrywanie rezultatów. Pełna walidacja nie była jednak możliwa ze względu na brak wskaźników porównawczych w tej dziedzinie. Zespół PRENANOTOX badał nanomateriały o różnej wielkości, kształcie, orientacji oraz właściwościach błony. Badano też adsorpcję NP i zawijanie przez błonę komórkową przy pomocy ciągłego modelu błony, aby określić czynniki wpływające na uszkodzenie komórki. Pozwoliło to na dokonanie systematycznej charakterystyki NP oraz mechanizmów przylegania między NP a błoną. Omawiane badanie dostarczyło wielu nowych informacji na temat cech NP, które pomogą w opracowaniu ilościowych modeli zależności między strukturą i aktywnością, strukturą i właściwościami oraz nanostrukturą i aktywnością (odpowiednio QSAR, QSPR i QNAR). Na przykład NP krzemionki o rozmiarach poniżej 45 nm okazały się cytotoksyczne, w przeciwieństwie do NP o wielkości 45 – 500 nm. Z wyjątkiem makrofagów, dodatnio naładowane NP były bardziej cytotoksyczne niż NP o ładunku ujemnym. O sukcesie projektu świadczy publikacja 19 recenzowanych artykułów oraz 45 prezentacji na konferencjach i spotkaniach. Projekt PRENANOTOX wniósł istotny wkład w rozwój nanotoksykologii dzięki zorientowanej na linie komórek bazie danych dotyczących nanomateriałów oraz profilowi cytotoksyczności i nowym modelom toksyczności opartym na QSAR, QSPR oraz QNAR. Uczeni wykorzystali też i zarekomendowali bezpłatne oprogramowanie CORAL, które może w przyszłości posłużyć do tworzenia modeli QSPR/QSAR. Rozwiązania te powinny pomóc w opracowywaniu bezpiecznych NP w wielu różnych zastosowaniach, w tym biomedycynie.
Słowa kluczowe
Nanocząstki, toksykologia, PRENANOTOX, QSAR, QSPR, QNAR, baza danych
