Ny forskning om molekylär respons på nanopartiklar avslöjar kraften hos nanoinformatik

29 maj 2023 (Nanowerk Nyheter) Forskare har upptäckt en ny svarsmekanism som är specifik för exponering för nanopartiklar som är gemensamt för flera arter. Genom att analysera en stor samling datauppsättningar som rör det molekylära svaret på nanomaterial, har de avslöjat en förfäders epigenetisk försvarsmekanism som förklarar hur olika arter, från människor till enklare varelser, anpassar sig till denna typ av exponering. Projektet leddes av doktorandforskaren Giusy del Giudice och professor Dario Greco vid Finish Hub for Development and Validation of Integrated Approaches (FHAIVE), Tammerfors universitet, Finland, i samarbete med ett tvärvetenskapligt team från Finland, Irland, Polen, Storbritannien, Cypern , Sydafrika, Grekland och Estland – inklusive docent Vladimir Lobaskin från UCD School of Physics, University College Dublin, Irland. Tidningen publicerades i Natur nanoteknik ("Ett förfäders molekylärt svar på nanomaterialpartiklar"). Direktör för FHAIVE, professor Greco sa: "Vi har för första gången visat att det finns ett specifikt svar på nanopartiklar, och det är kopplat till deras nanopartiklar. Denna studie belyser hur olika arter reagerar på partiklar på liknande sätt. Det föreslår en lösning på problemet med en kemisk-en-signatur, som för närvarande begränsar användningen av toxicogenomic i kemikaliesäkerhetsbedömningen."

Systembiologi möter nanoinformatik

Docent Vladimir Lobaskin, som är expert på nanostrukturerade biosystem, sa: "I detta stora samarbetsarbete upptäckte teamet ledd av universitetet i Tammerfors och inklusive UCD School of Physics inte bara vanliga svar på nanopartiklar i alla typer av organismer från växter och ryggradslösa djur för människor men också vanliga egenskaper hos nanomaterial som utlöser dessa reaktioner." Han sa: "Tiotusentals nya nanomaterial når konsumentmarknaden årligen. Det är en enorm uppgift att screena dem alla för eventuella negativa effekter för att skydda miljön och människors hälsa. Det kan vara skador på lungan när vi andas in damm, frisättning av giftiga joner från dammpartiklar, produktion av reaktiva syrearter eller bindning av cellmembranets lipider av nanopartiklar. Med andra ord, allt börjar med relativt enkla fysiska interaktioner på ytan av nanopartiklarna som vanligtvis inte är kända för biologer och toxikologer men som behövde förstå vad vi bör frukta när de utsätts för nanomaterial. Under det senaste decenniet har OECD-länder antagit en mekanismmedveten strategi för toxicitetsbedömning baserad på analysen av negativa utfallsvägar som fastställer orsakssamband mellan biologiska händelser som leder till en sjukdom eller negativ effekt på befolkningen. När den negativa utfallsvägen har bestämts kan man spåra kedjan av biologiska händelser tillbaka till ursprunget - den molekylära initierande händelsen som utlöste kaskaden. Försök med statistisk analys av de senaste årens toxikologiska data har inte lyckats identifiera de nanomaterialegenskaper som är ansvariga för de negativa resultaten. Problemet är att de materialegenskaper som tillverkarna vanligtvis tillhandahåller, såsom nanopartikelkemi och storleksfördelning, är för grundläggande och otillräckliga för att göra vettiga förutsägelser om deras biologiska aktivitet. Ett tidigare arbete, medförfattare av UCD School of Physics-teamet, föreslog insamling av avancerade deskriptorer av nanomaterial, med hjälp av beräkningsmaterialvetenskap om nödvändigt, för att förstå interaktionen mellan nanopartiklar och biologiska molekyler och vävnader och möjliggöra förutsägelse av den molekylära initiering evenemang. Dessa avancerade deskriptorer kan tillhandahålla de saknade informationsbitarna och inkludera materialens upplösningshastigheter, ytatomernas polaritet, molekylära interaktionsenergier, form, bildförhållanden, indikatorer på hydrofobicitet, aminosyra- eller lipidbindningsenergi – såväl som allt som kan orsaka störningar av normala cell- eller vävnadsfunktioner. Docent Lobaskin och kollegor vid UCD Soft Matter Modeling Lab har arbetat med karaktärisering av silicomaterial och utvärderat de deskriptorer som korrelerar med nanopartiklars farliga potential. Han sa: "I analysen som presenteras i detta senaste Natur nanoteknik papper kunde vi för första gången se vad som är gemensamt mellan olika material förknippade med hälsoriskerna på molekylär nivå. Denna publikation är den första demonstrationen av kraften i nanoinformatik, ett nytt forskningsfält som utökar idéerna från kemiformatik och bioinformatik, och också ett stort löfte: att använda digitala tvillingar av material skapade på en dator kommer snart att göra det möjligt för oss att screena och optimera nya material för säkerhet och funktionalitet redan innan de produceras för att göra dem säkra och hållbara genom design.”

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tillgång här.
• Köp och sälj aktier i PRE-IPO-företag med PREIPO®. Tillgång här.
• Källa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63069.php