Neue Forschungsergebnisse zur molekularen Reaktion auf Nanopartikel zeigen die Leistungsfähigkeit der Nanoinformatik

29. Mai 2023 (Nanowerk-Neuigkeiten) Forscher haben einen neuen Reaktionsmechanismus entdeckt, der speziell auf die Exposition gegenüber reagiert Nanopartikel das kommt bei mehreren Arten vor. Durch die Analyse einer großen Sammlung von Datensätzen zur molekularen Reaktion auf NanomaterialienSie haben einen uralten epigenetischen Abwehrmechanismus aufgedeckt, der erklärt, wie sich verschiedene Arten, vom Menschen bis hin zu einfacheren Lebewesen, an diese Art von Exposition anpassen. Das Projekt wurde von Doktorand Giusy del Giudice und Professor Dario Greco am finnischen Zentrum für Entwicklung und Validierung integrierter Ansätze (FHAIVE) der Universität Tampere, Finnland, in Zusammenarbeit mit einem interdisziplinären Team aus Finnland, Irland, Polen, dem Vereinigten Königreich und Zypern geleitet , Südafrika, Griechenland und Estland – darunter außerordentlicher Professor Vladimir Lobaskin von der UCD School of Physics, University College Dublin, Irland. Das Papier wurde veröffentlicht in Natur Nanotechnologie („Eine uralte molekulare Reaktion auf Nanomaterialpartikel“). Professor Greco, Direktor von FHAIVE, sagte: „Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass es eine spezifische Reaktion auf Nanopartikel gibt, die mit ihren Nanoeigenschaften zusammenhängt.“ Diese Studie gibt Aufschluss darüber, wie verschiedene Arten auf ähnliche Weise auf Feinstaub reagieren. Es schlägt eine Lösung für das „Eine Chemikalie – eine Signatur“-Problem vor, das derzeit den Einsatz toxikogenomischer Methoden bei der Stoffsicherheitsbewertung einschränkt.“

Systembiologie trifft Nanoinformatik

Associate Professor Vladimir Lobaskin, ein Experte für nanostrukturierte Biosysteme, sagte: „In dieser großen Gemeinschaftsarbeit hat das Team unter der Leitung der Universität Tampere und der UCD School of Physics nicht nur gemeinsame Reaktionen auf Nanopartikel bei allen Arten von Organismen aus Pflanzen entdeckt.“ und Wirbellosen auf den Menschen, aber auch gemeinsame Merkmale von Nanomaterialien, die diese Reaktionen auslösen.“ Er sagte: „Jährlich gelangen Zehntausende neuartiger Nanomaterialien auf den Verbrauchermarkt. Es ist eine enorme Aufgabe, sie alle auf mögliche schädliche Auswirkungen zu untersuchen, um die Umwelt und die menschliche Gesundheit zu schützen. Dabei kann es sich um eine Schädigung der Lunge beim Einatmen von Staub, die Freisetzung toxischer Ionen durch Staubpartikel, die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies oder die Bindung von Zellmembranlipiden durch Nanopartikel handeln. Mit anderen Worten: Alles beginnt mit relativ einfachen physikalischen Wechselwirkungen an der Oberfläche der Nanopartikel, die Biologen und Toxikologen normalerweise nicht kennen, die aber notwendig sind, um zu verstehen, was wir befürchten müssen, wenn wir Nanomaterialien ausgesetzt sind.“ Im letzten Jahrzehnt haben die OECD-Länder eine mechanismusbewusste Toxizitätsbewertungsstrategie eingeführt, die auf der Adverse Outcome Pathway-Analyse basiert und kausale Zusammenhänge zwischen biologischen Ereignissen ermittelt, die zu einer Krankheit oder negativen Auswirkungen auf die Bevölkerung führen. Sobald der Adverse Outcome Pathway bestimmt ist, kann man die Kette biologischer Ereignisse bis zum Ursprung zurückverfolgen – dem molekularen auslösenden Ereignis, das die Kaskade ausgelöst hat. Versuche einer statistischen Analyse der toxikologischen Daten der letzten Jahre haben es nicht geschafft, die Nanomaterialeigenschaften zu identifizieren, die für die unerwünschten Folgen verantwortlich sind. Das Problem besteht darin, dass die von den Herstellern typischerweise bereitgestellten Materialeigenschaften wie die Chemie und Größenverteilung der Nanopartikel zu grundlegend und unzureichend sind, um vernünftige Vorhersagen über ihre biologische Aktivität zu treffen. In einer früheren Arbeit, die vom Team der UCD School of Physics mitverfasst wurde, wurde die Sammlung fortgeschrittener Deskriptoren von Nanomaterialien vorgeschlagen, bei Bedarf unter Einsatz computergestützter Materialwissenschaften, um die Wechselwirkungen von Nanopartikeln mit biologischen Molekülen und Geweben zu verstehen und die Vorhersage der molekularen Auslöser zu ermöglichen Veranstaltungen. Diese erweiterten Deskriptoren können die fehlenden Informationen liefern und umfassen die Auflösungsraten der Materialien, die Polarität der Oberflächenatome, molekulare Wechselwirkungsenergien, Form, Seitenverhältnisse, Indikatoren für Hydrophobie, Aminosäure- oder Lipidbindungsenergie – sowie alles, was dazu gehört kann zu Störungen der normalen Zell- oder Gewebefunktionen führen. Associate Professor Lobaskin und Kollegen vom UCD Soft Matter Modeling Lab haben an der Charakterisierung von In-Silico-Materialien gearbeitet und die Deskriptoren bewertet, die mit dem gefährlichen Potenzial von Nanopartikeln korrelieren. Er sagte: „In der in dieser neuesten Ausgabe vorgestellten Analyse Natur Nanotechnologie In diesem Artikel konnten wir zum ersten Mal erkennen, welche Gemeinsamkeiten zwischen verschiedenen Materialien bestehen, die mit Gesundheitsrisiken auf molekularer Ebene verbunden sind. Diese Veröffentlichung ist der erste Beweis für die Leistungsfähigkeit der Nanoinformatik, eines neuen Forschungsgebiets, das die Ideen der Cheminformatik und Bioinformatik erweitert, und gleichzeitig ein großes Versprechen: Die Verwendung digitaler Zwillinge von Materialien, die am Computer erstellt wurden, wird es uns bald ermöglichen, neuartige Materialien zu überprüfen und zu optimieren Schon vor der Produktion achten wir auf Sicherheit und Funktionalität, um sie durch ihr Design sicher und nachhaltig zu machen.“

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• Quelle: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63069.php