Ny forskning om molekylær respons på nanopartikler afslører kraften i nanoinformatik

Ny forskning om molekylær respons på nanopartikler afslører kraften i nanoinformatik

Tidsstempel: 29. maj 2023 kl. 10
Kildeknude: 2686039
29. maj 2023 (Nanowerk nyheder) Forskere har opdaget en ny responsmekanisme, der er specifik for eksponering for nanopartikler som er fælles for flere arter. Ved at analysere en stor samling af datasæt vedrørende den molekylære respons på nanomaterialer, har de afsløret en forfædres epigenetisk forsvarsmekanisme, der forklarer, hvordan forskellige arter, fra mennesker til simplere væsner, tilpasser sig denne type eksponering. Projektet blev ledet af doktorgradsforsker Giusy del Giudice og professor Dario Greco ved den finske hub for udvikling og validering af integrerede tilgange (FHAIVE), Tampere University, Finland, i samarbejde med et tværfagligt team fra Finland, Irland, Polen, Storbritannien, Cypern , Sydafrika, Grækenland og Estland – herunder lektor Vladimir Lobaskin fra UCD School of Physics, University College Dublin, Irland. Avisen blev udgivet i Natur Nanoteknologi ("En forfædres molekylære reaktion på partikler af nanomateriale"). Direktør for FHAIVE, professor Greco sagde: "Vi har for første gang demonstreret, at der er en specifik reaktion på nanopartikler, og det er forbundet med deres nano-egenskaber. Denne undersøgelse belyser, hvordan forskellige arter reagerer på partikler på en lignende måde. Det foreslår en løsning på problemet med én-kemisk-én-signatur, der i øjeblikket begrænser brugen af ​​toksikogenomic i kemikaliesikkerhedsvurdering.”

Systembiologi møder nanoinformatik

Lektor Vladimir Lobaskin, som er ekspert i nanostrukturerede biosystemer, sagde: "I dette store samarbejdsarbejde opdagede holdet ledet af University of Tampere og inklusive UCD School of Physics ikke kun fælles reaktioner på nanopartikler på tværs af alle slags organismer fra planter og hvirvelløse dyr til mennesker, men også fælles træk ved nanomaterialer, der udløser disse reaktioner." Han sagde: "Titusindvis af nye nanomaterialer når forbrugermarkedet årligt. Det er en enorm opgave at screene dem alle for mulige negative virkninger for at beskytte miljøet og menneskers sundhed. Det kan være skader på lungen, når vi indånder støv, frigivelse af giftige ioner fra støvpartikler, produktion af reaktive iltarter eller binding af cellemembranlipiderne af nanopartikler. Med andre ord starter det hele med relativt simple fysiske interaktioner på overfladen af ​​nanopartiklerne, som normalt ikke er kendt af biologer og toksikologer, men som er nødvendige for at forstå, hvad vi bør frygte, når de udsættes for nanomaterialer." I det seneste årti har OECD-landene vedtaget en mekanismebevidst toksicitetsvurderingsstrategi baseret på Adverse Outcome Pathway-analysen, der etablerer årsagssammenhænge mellem biologiske hændelser, der fører til en sygdom eller negativ effekt på befolkningen. Når først den negative udfaldsvej er bestemt, kan man spore kæden af ​​biologiske begivenheder tilbage til oprindelsen - den molekylære initierende begivenhed, der udløste kaskaden. Forsøg på statistisk analyse af toksikologiske data fra de seneste år har ikke formået at identificere de nanomaterialeegenskaber, der er ansvarlige for de negative resultater. Problemet er, at de materialeegenskaber, som producenterne typisk leverer, såsom nanopartikelkemi og størrelsesfordeling, er for basale og utilstrækkelige til at give fornuftige forudsigelser om deres biologiske aktivitet. Et tidligere arbejde, medforfattet af UCD School of Physics-teamet, foreslog indsamling af avancerede deskriptorer af nanomaterialer, ved hjælp af computermaterialevidenskab, hvis det er nødvendigt, for at forstå vekselvirkningerne mellem nanopartikler og biologiske molekyler og væv og muliggøre forudsigelse af den molekylære initiering begivenheder. Disse avancerede deskriptorer kan give de manglende informationer og inkludere materialernes opløsningshastigheder, overfladeatomernes polaritet, molekylære interaktionsenergier, form, aspektforhold, indikatorer for hydrofobicitet, aminosyre- eller lipidbindingsenergi – såvel som alt hvad der kan forårsage forstyrrelse af de normale celle- eller vævsfunktioner. Lektor Lobaskin og kolleger ved UCD Soft Matter Modeling Lab har arbejdet på karakterisering af silicomaterialer og evalueret de deskriptorer, der korrelerer med nanopartiklers farlige potentiale. Han sagde: "I analysen præsenteret i dette seneste Natur Nanoteknologi papir, kunne vi for første gang se, hvad der er fælles for forskellige materialer, der er forbundet med sundhedsrisici på molekylært niveau. Denne publikation er den første demonstration af kraften i nanoinformatik, et nyt forskningsfelt, der udvider ideerne fra keminformatik og bioinformatik, og også et stort løfte: at bruge digitale tvillinger af materialer skabt på en computer vil snart gøre os i stand til at screene og optimere nye materialer for sikkerhed og funktionalitet, selv før de er produceret for at gøre dem sikre og bæredygtige ved design."

Tidsstempel:

Mere fra Nanoværk