Forskere fandt, at nogle ofte anvendte nanopartikler påvirkede hjertefrekvensen, rytmen og EKG-værdierne i et testhjerte negativt.
Ved hjælp af et isoleret testhjerte fra en gnaver kunne forskere for første gang vise, at nogle nanopartikler har en målbar og negativ effekt på hjertet. Nanopartikler fremstilles partikler - med en bredde, der er meget mindre end for et menneskehår - nu almindeligt anvendt i mange moderne produkter, såsom solcremer, og også meget brugt i forskning relateret til fremtidige produkter, for eksempel fremtidige medicin.
Disse forskere er fra Helmholtz Zentrum Muenchen og Technische Universitaet Muenchen (TUM). De brugte et Lagendorff-hjerte som prøvehjerte. Når hjertet udsættes for en række almindelige kunstige nanopartikler, reagerede hjertet på visse typer med en forhøjet hjerterytme, hjertearytmi og modificerede EKG-værdier, der er typiske for hjertesygdomme.
Titandioxid - brugt i solcreme og hvid maling - og siliciumdioxid førte til en stigning i hjerterytmen på op til 15 procent med ændrede EKG-værdier, der ikke normaliserede, selv efter at nanopartikeleksponeringen var afsluttet. Dette billede viser kulstofovertrukne Ti02-nanopartikler, udviklet til lithium-ion-batterier. Billedkredit: Argonne National Laboratory
Reinhard Nießner, direktør for Institut for Hydrokemi ved TUM, forklarede:
Vi bruger hjertet som en detektor. På denne måde kan vi teste, om specifikke nanopartikler har effekt på hjertefunktionen. En sådan mulighed eksisterede ikke hidtil.
Nießner, Andreas Stampfl og team offentliggjorde deres undersøgelse i 1. juni 2011, udgave af ACS Nano.
Kunstige nanopartikler er gennemgribende i det moderne liv. Men deres indflydelse på vores helbred og de mekanismer, hvormed de påvirker kroppen, forbliver indhyllet i mysterium.
Carbon nanorør. Billedkredit: Argonne National Laboratory
I årtier har undersøgelser af hjertepatienter vist, at partikler har en negativ effekt på det kardiovaskulære system. Alligevel forblev det uklart, om nanopartikler gør deres skade direkte eller indirekte - for eksempel gennem metaboliske processer eller inflammatoriske reaktioner.
Forskere kan bruge testhjertet til at kaste lys over den mekanisme, hvormed nanopartiklerne påvirker hjerterytmen. For at gøre dette forbedrede de Langendorffs eksperimentelle opsætning for at lade næringsopløsningen (dette erstatter blod til eksperimentet) fodre tilbage i løkken, når den var fløjet gennem hjertet. Dette gjorde det muligt for forskerne at overvåge stoffer frigivet af hjertet og forstå hjertets reaktion på nanopartiklerne.
En Langendorff hjerteopsætning. Billedkredit: Andreas Stampfl / ACS Nano
Ifølge Stampfl og Nießner er det meget sandsynligt, at neurotransmitteren noradrenalin er ansvarlig for den øgede hjerterytme, der frembringes af nanopartikler. Noradrenalin frigøres ved nerveender i hjertets indre væg. Det øger hjerterytmen og spiller også en vigtig rolle i centralnervesystemet - en tip-off, at nanopartikler også kan have en skadelig virkning der.
Stampfl og hans team brugte deres hjertemodel til at teste kønrøg og titandioxid-nanopartikler såvel som gnistfrembragt kulstof, der fungerer som en model for luftbårne forurenende stoffer, der stammer fra dieselforbrænding. Derudover testede de siliciumdioxid, forskellige Aerosil-silicas (anvendt som fortykningsmidler i kosmetik) og polystyren.
Carbon black, gnistfrembragt kulstof, titandioxid og siliciumdioxid førte til en stigning i hjerterytmen på op til 15 procent med ændrede ECG-værdier, der ikke normaliserede, selv efter at nanopartikeleksponeringen var afsluttet. Aerosil silicas og polystyren viste ingen virkning på hjertefunktionen.
Et scanningselektronmikroskop tog dette billede af platinananopartikler på ansigterne på strontium titinat-nanokuber. Billedkredit: Argonne National Laboratory
I medicinsk forskning bliver kunstige nanopartikler i stigende grad anvendt som transportkøretøjer. Deres store overflader (sammenlignet med deres volumen) giver ideelle dockinggrunde til aktive stoffer. Nanopartiklerne transporterer de aktive stoffer til deres destination i den menneskelige krop (for eksempel en tumor). De fleste af de oprindelige prototyper af sådanne "nano-containere" er baseret på kulstof eller silikat. Indtil videre er virkningen af disse stoffer på den menneskelige krop stort set ukendt. Den nye hjertemodel kunne derfor fungere som et testorgan til at hjælpe med at vælge de partikeltyper, der ikke påvirker hjertet på en negativ måde.
Kunstige nanopartikler bruges også i mange industrielle produkter - nogle af dem i årtier. Deres lille størrelse og store overflader gør disse partikler unikke. Det store overfladeareal af titandioxid (TiO2) fører for eksempel til et stort brydningsindeks, der får stoffet til at virke strålende hvidt. Det bruges derfor ofte i hvidt malingsmaling eller som en UV-blokkering i solcremer. Såkaldt kønrøg er også en meget brugt nanopartikel (hovedsageligt i bildæk og plast) med mere end 8 millioner tons produceret årligt. Den lille størrelse af disse nanopartikler (de måler kun 14 nanometer på tværs) gør dem velegnet til farvestoffer, som i ers og kopimaskiner.
Nießner sagde:
Den næste ting, vi ønsker at gøre, er at finde ud af, hvorfor nogle nanopartikler påvirker hjertefunktionen, mens andre overhovedet ikke har indflydelse på hjertet.
Både fremstillingsproces og form kan spille en vigtig rolle. Forskerne planlægger yderligere undersøgelser for at undersøge overfladerne af forskellige typer nanopartikler og deres interaktion med cellerne i hjertevæggen.
Nederste linje: Forskere Reinhard Nießner, Andreas Stampfl og team fra Helmholtz Zentrum Muenchen og Technische Universitaet Muenchen (TUM) var i stand til at vise - for første gang - at nogle typer nanopartikler har en målbar og negativ effekt på hjertet. Deres undersøgelse blev vist i 1. juni 2011-udgaven af ACS Nano. Dette arbejde kan muligvis indikere for forskere, hvilke typer nanopartikler, der ikke passer til brug i produkter.