新方法筛选纳米颗粒

科学家在美国能源部的布鲁克海文国家实验室已经开发出一种筛选方法研究新怎样制成的纳米粒子,粒子尺寸的十亿分之一米,与人体细胞暴露后不同时期和剂量。

这导致了人类细胞如何交互的可视化与一些特定类型的碳纳米颗粒。

在一篇评论文章中描述的方法对碳纳米颗粒的毒性在8月23日的一个特殊部分,2006年发行的物理学杂志》:凝聚态致力于纳米科学和纳米技术的发展,现在网上。

纳米粒子可能有不同的物理、化学、电气和光学性质发生批量样品相同的材料,部分由于增加的表面积与体积比在纳米尺度上。

许多科学家相信,理解这些纳米级属性和寻找工程师新纳米材料将产生革命性的影响——从高效发电和数据存储到改进的方法来诊断和治疗疾病。

布鲁克海文实验室目前正在建设功能纳米材料中心(CFN)对纳米材料的制备和研究设施,重点是原子水平裁剪的纳米材料和纳米颗粒的方法来实现所需的属性和功能。

“纳米材料显示伟大的承诺,但是因为其极小的体积和独特的性质,其对生态系统的影响是知之甚少,”主要作者芭芭拉Panessa-Warren说,布鲁克海文生物学家已经开发纳米cytotoxicity-screening模型在过去的五年。

“我们的实验可能为科学家们提供信息帮助重新设计纳米粒子,以减少安全隐患,和优化他们的使用在健康相关的应用程序。”

“他们也可能导致有效的碳基材料筛选实践。”

生活的各种研究动物,评论文章中描述,发现一系列接触碳基纳米粒子产生的毒性作用。

所有这些体内研究清楚地表明,多种因素交互纳米颗粒接触后产生急性和慢性变化在单个细胞和生物体本身。

体外实验研究,如细胞培养方法由布鲁克海文团队开发,试图简化变量的研究通过消除许多发现在动物实验中,给研究人员控制实验条件。

“通过结合分子生物学技术与先进的成像方法,我们可以快速收集特定细胞类型的响应信息到特定的纳米粒子,使体外测试一个便宜的和直接的工具筛查和微调纳米设计最大化安全目标特异性、“Panessa-Warren说。

在布鲁克海文国家实验室团队的研究中,科学家们使用肺癌和结肠癌上皮细胞——选择代表两个可能路线的纳米颗粒接触(吸入和摄入)——成长为单层细胞,单个细胞连接在一起,形成一个致密层与许多肺癌和结肠癌细胞生长的特点在体内作为一个上皮细胞层。

这些层的活细胞暴露于不同剂量的碳纳米颗粒在不同的时间,在每个时间段和细胞研究和剂量。

科学家们还测试了细胞的反应不同类型的纳米颗粒(原始纳米制备单壁碳纳米管,主要含有nanoropes,石墨烯和微量元素;部分清洗air-oxidized碳纳米管;以及,carbon-nanotube-derived循环用于携带抗体)。

他们评估细胞生存能力(细胞是死是活?)和单层的生长特性,并分析了使用各种显微技术中的任何改变细胞。

这些技术使他们能够想象的第一次接触纳米颗粒细胞和遵循这个过程“超微结构”,这样他们可以看到细胞反应和确定纳米颗粒进入细胞或导致这些细胞的细胞表面特定的更改,并没有死。

使用这种体外筛选,科学家们发现,一种设计的碳纳米颗粒称为nanoloop’,这是布鲁克海文似乎并未有毒,要么细胞类型无论剂量和时间。

相比之下,结肠癌和肺癌细胞暴露于原始纳米制备碳纳米颗粒显示增加细胞死亡增加曝光时间和剂量。

微观研究显示亏损的单层细胞间附件,在细胞和细胞表面形态的变化,碳纳米管和其他碳纳米颗粒。

损害是严重的低和高剂量在三个小时,表明曝光时间可能更比纳米颗粒浓度预测的伤害。

使用电子显微镜,科学家发现,区域的碳纳米颗粒,特别是碳纳米管,感动或附着在细胞表面,等离子体膜受损,显微镜下中断。

细胞表面的图像连接碳纳米颗粒显示暴露底层细胞细胞质膜孔。

透射电子显微镜显示小的碳颗粒可以进入细胞,成为合并到细胞核。

邻近的细胞没有连接碳纳米颗粒出现正常和持续增长,表明需要直接接触未经处理的纳米粒子损失发生。

这些发现最近同意生化研究文献中,报道的生产活性氧(自由基)和细胞膜的脂质过氧化作用在活细胞与其他形式的碳纳米颗粒称为富勒烯,也被称为“布基球”。

“虽然我们的筛选方法给我们提供了一个快速的方法来分析人体细胞对纳米颗粒在视觉宏观和微观尺度,我们现在把这个分子和基因水平细胞是否强调,“Pannessa-Warren说。

“最终任何新的纳米材料用于大规模生产或使用也必须被测试体内的结合反应,许多类型的细胞和组织,以及血液、免疫,和荷尔蒙因素,都是考虑评估生物相容性和保证安全,”她补充道。

“然而,我们的方法给我们一种滤砂甚至那些不应该的纳米颗粒能走这么远,或确定的方法来提高他们第一。”