Wszechstronne modele do projektowania bezpiecznych nanocząstek
Złożoność materiałów sprawia, że modelowanie jest szybszą, tańszą i dokładniejszą od testów metodą oceny ich aktywności biologicznej i toksyczności. W ramach finansowanego przez UE projektu NANOTRANSKINETICS (Modelling basis and kinetics of nanoparticle interaction with membranes, uptake into cells, and sub-cellular and inter-compartmental transport) opracowano modele matematyczne uwzględniające cztery najważniejsze poziomy transportu i kinetyki nanocząstek w układach biologicznych. Pierwszym z nich jest wpływ płynów biologicznych na właściwości fizykochemiczne nanocząstek. Na przykład po wniknięciu do płynu biologicznego wokół nanocząstki może wytworzyć się korona biomolekularna, wynikająca z adhezji białek i lipidów ze środowiska biologicznego. Korona biomolekularna wpływa następnie na oddziaływania nanocząstki z komórkami i tkankami. Oceniano ponadto oddziaływania nanocząstek z macierzą międzykomórkową i błonami komórkowymi, kinetykę wychwytu przez komórki, transport wewnątrzkomórkowy i dystrybucję w obrębie komórki. Ostatnim poziomem modelowanych oddziaływań jest kinetyka nanocząstek podczas przechodzenia przez bariery biologiczne, takie jak bariera krew-mózg. Uzyskano znaczące postępy w modelowaniu na wszystkich czterech poziomach. Dzięki licznym, wyspecjalizowanym doświadczeniom, w których korzystano w danych mikroskopowych na temat oddziaływania nanocząstek z komórkami przy jednoczesnym zastosowaniu tworzonych modeli zaowocowały obszernym zestawem danych wysokiej jakości. Projekt sprzyjał zacieśnieniu współpracy między badaczami i ekspertami z tej dziedziny. Wybrano spośród uzyskanych danych najważniejsze wskaźniki, zastosowano je w modelach i wprowadzono do baz danych. Badacze zwalidowali też modele wykorzystując dane fizykochemiczne z mapowania epitopów w koronach i modeli wątroby in vitro, aby opisać oddziaływania z receptorami komórkowymi. Zestaw praktycznych zastosowań wyników projektu pozwoli przewidywać tworzenia się kompleksów nanocząstek. Wyniki te zostały przekazane uczestnikom innych finansowanych przez UE projektów wraz z czynnikami niezbędnymi do odtworzenia doświadczalnych zestawów danych. Wpływ na ludzi i środowiskowo wielu stosowanych lub przygotowywanych do wprowadzenia na rynek nanocząstek jest w dużej mierze nieznany. Narzędzia do modelowania powstałe podczas projektu NANOTRANSKINETICS są odpowiedzią na naglącą potrzebę oceny toksyczności nanomateriałów. Dają też podstawy do projektowania i regulacji prawnych dotyczących nanocząstek w przyszłości, aby zapewnić bezpieczeństwo ich użytkowania.
Słowa kluczowe
Modele, nanocząstki, transport, kinetyka, układy biologiczne
