Фермент человека разлагает потенциально токсичные наноматериалы

Международное исследование под руководством Университета Питтсбурга впервые идентифицировало человеческий фермент, способный биоразлагать углеродные нанотрубки. Эти сверхпрочные материалы используются в продуктах от электроники до пластиков. Лабораторные тесты показали, что фермент может компенсировать потенциально вредные последствия для здоровья от воздействия этих крошечных компонентов. Результаты опубликованы в Nature Nanotechnology.

Исследователи обнаружили, что углеродные нанотрубки, разложенные человеческим ферментом миелопероксидазой (hMPO), не вызывали воспаления лёгких, которое провоцируют интактные нанотрубки. Более того, нейтрофилы — белые кровяные клетки, содержащие и высвобождающие hMPO для уничтожения микроорганизмов, — можно направить на атаку именно углеродных нанотрубок.

Ключевые моменты исследования:

• Фермент: Человеческая миелопероксидаза (hMPO) способна биоразлагать углеродные нанотрубки.
• Эксперимент: Короткие однослойные нанотрубки инкубировали в растворе hMPO и перекиси водорода в течение 24 часов. Структура и масса трубок полностью деградировали. Добавление хлорида натрия ускорило процесс за счёт образования сильного окислителя — гипохлорита.
• Роль иммунных клеток: Исследователи направили нейтрофилы на атаку нанотрубок, присоединив к ним антитела иммуноглобулина G (IgG). Через 12 часов было разложено 100% IgG-нанотрубок против 30% без IgG. Макрофаги (другой тип лейкоцитов) за два дня разложили только 50% трубок.
• Биологический эффект: Лёгочная ткань, подвергнутая воздействию разложенных нанотрубок в течение семи дней, показала незначительные изменения по сравнению с контрольной. Ткань, контактировавшая с необработанными нанотрубками, развила сильное воспаление.

Значение и перспективы:

Результаты открывают путь к безопасному использованию углеродных нанотрубок для доставки лекарств и могут привести к разработке естественного лечения для людей, подвергшихся их воздействию. Следующий шаг — разработка методов стимуляции этого воспалительного ответа и воспроизведение процесса биодеградации в живом организме.

Контекст:

Углеродные нанотрубки — это свёрнутые в трубку листы графита толщиной в один атом, в 100 000 раз тоньше человеческого волоса и прочнее стали. Однако тесты на мышах показали, что их вдыхание вызывает тяжёлое воспаление лёгких и раннее начало фиброза. Ранее та же группа учёных показала, что нанотрубки разрушаются под действием растительного фермента пероксидазы хрена, но это исследование было сфокусировано на очистке окружающей среды.