Vänner eller fiender: ny plattform för att förutsäga nanopartiklars toxicitet
Nanomaterial framhålls ofta för sina unika fysiokemiska egenskaper, som vanligen tillskrivs den blygsamma storleken, den stora ytarean, den kemiska sammansättningen, lösligheten, formen och aggregeringen. Materialen används i en rad sektorer från jordbruk och ingenjörskonst till materialvetenskap och medicin. Men trots att de har fördelaktiga egenskaper jämfört med bulkmaterial kan de också orsaka svåra miljö- och hälsokonsekvenser vid användning.
Pelarna som stöder hållbar produktion av nanomaterial
”När man förutsäger säkerheten med nanomaterial ingår det att förstå själva kärnan i vad som gör ett material giftigt. För detta måste man ordentligt förstå alla de konstruerade nanopartiklarnas livscykelfaser: källa, förändringar, exponering, dos och reaktion. Alla dessa hänger intensivt samman”, upplyser Miguel A. Bañares, professor vid CSIC-institutet för katalys och petrokemi i Madrid och samordnare för det EU-finansierade projektet NanoInformaTIX. Inom NanoInformaTIX har man presenterat ett nanoinformatikverktyg där alla dessa komponenter tillsammans utnyttjas för att avslöja vad som gör ett nanomaterial giftigt. ”Vi behöver först ta reda på hur konstruerade nanopartiklar förändras i miljön, alltså hur de beter sig när de samverkar med den: sedimenteras de eller fortsätter de vara fria? Deras förändringar i miljön gör det sedan i sin tur möjligt att avgöra sannolikheten att människor exponeras och de tillhörande hälsoriskerna, beroende på vilken mängd (dos) som interagerar med celler och vävnader. I slutändan är det i hög grad vår fysiologi och de vägar nanopartiklarna tar in i kroppen som avgör hur nanomaterial distribueras”, tillägger Bañares.
Ingen mer fragmentering av data inom nanotoxikologin
De nya studieresultaten blir ett tillskott till de många uppgifter om konstruerade nanopartiklars fysiokemiska, toxikologiska och ekotoxikologiska egenskaper som kommit fram de senaste årtiondena. Tyvärr är dessa uppgifter i hög grad splittrade. I NanoInformaTIX webbaserade ram för hållbar nanoinformatik integreras befintliga och nya data till effektiva, användarvänliga gränssnitt så att nanoinformatikmodellerna blir mer tillgängliga och användbara för industrin, tillsynsmyndigheterna och samhället. ”Vi har använt oss av toppmoderna datorbehandlingsverktyg från olika vetenskapliga områden för att få fram information som kan sättas i samband med nanotoxikologi”, berättar Bañares. Exempelvis rymmer plattformen eNanoMapper, en av de största datakällorna om de toxikologiska egenskaperna hos nanomaterial.
Här skapas en helhetsbild av nanopartiklars toxicitet
”Om vi bara tog med toppmoderna (eko)toxikologiska data och modeller i vår plattform, skulle vi bara få en begränsad uppfattning om hur nanopartiklar interagerar med varandra, miljön och kroppens celler/vävnader. Vi behöver också känna till grunden bakom vårt beteende”, betonar Bañares. Därför handlade en del av arbetet om att skapa nya modeller för att beskriva själva nanopartiklarna, närmare bestämt hur deras struktur, form och defekter kan avgöra deras samverkan med miljön och våra celler. Det var viktigt att dessa modeller valideras med specialutformade experiment som är till stor hjälp för att skapa relevanta toxicitetsdeskriptorer. De nya modellerna och toxicitetsdeskriptorerna är avgörande för att utveckla modeller för exponering, biodistribution och dosreaktion. NanoInformaTIX plattform innefattar också modeller med inbyggd säkerhet, som bidrar till att minimera toxicitetsriskerna i nanomaterialproduktionens tidigaste faser. Slutligen använder verktyget experimentdata för att studera ytreaktivitet och omikmetoder för att avgöra biologiska biverkningar av nanopartiklars samverkan med celler. ”Dels fick vi fram data som antingen skulle vara mycket svåra att erhålla eller kostsamma att åstadkomma genom experiment. Dels kan vi med hjälp av verktyg och nya modeller i kombination få en bättre uppfattning om de mest grundläggande mekanismerna bakom toxiciteten hos avancerade konstruerade nanomaterial”, konstaterar Bañares.
Keywords
NanoInformaTIX, plattform, nanoinformatik, konstruerade nanopartiklar, nanopartiklars toxicitet, nanotoxikologi, förändring i miljön, samverkan mellan nanopartiklar och celler