Исследование взаимодействия наночастиц с мембранами для оценки безопасности

Новые прорывные материалы могут нести скрытые экологические риски, которые становятся очевидными лишь спустя десятилетия. В области нанотехнологий исследователи стремятся выявить потенциальные опасности до широкого распространения продуктов.

"Слишком часто мы не знаем, станет ли что-то риском, пока не становится слишком поздно", — говорит Джеффри Ботун, доцент химической инженерии в Университете Род-Айленда. — "Поле исследований стремится лучше понять, какие экологические или риски безопасности связаны с этими материалами".

Нанотехнологии открывают потенциал для новых применений в медицине, электронике, энергетике и биоматериалах, но также вызывают опасения по поводу возможной токсичности для людей и окружающей среды при длительном воздействии.

Учёный, финансируемый NSF, изучает, как созданные наночастицы связываются с клеточными мембранами, и влияние этого процесса на саму мембрану.

"Мы недостаточно знаем о том, как происходят эти физические взаимодействия и в какой степени они способствуют токсичности", — говорит он. — "Наночастицы могут ингибировать или убивать клетки. В некоторых случаях это именно то, что они должны делать".

Наночастицы присутствуют во многих продуктах, которые находятся в тесном контакте с человеком: одежде, лекарствах, косметике и солнцезащитных кремах.

"Например, наночастицы серебра в спортивной одежде действуют почти как антибиотик, убивая бактерии, в основном высвобождая ионы серебра. Мы постоянно подвергаемся воздействию этого серебра, но является ли оно опасным, в некоторой степени неизвестно".

Цель его исследований — понять, что происходит при взаимодействии наночастиц с мембранами, чтобы использовать эту информацию для прогнозирования токсичности частиц. "Если мы поймем механизмы, стоящие за тем, как эти частицы прилипают к клеткам, это поможет нам создавать частицы, которые могли бы избирательно связываться, например, с бактериями, а не с человеческими клетками".

Ботун и его команда используют просвечивающую электронную микроскопию (TEM) для изучения синтетических бактериальных клеточных мембран, которые они создают, а затем подвергают воздействию различных типов наночастиц. "Мы можем менять состав мембраны, а также тип, состав и размер наночастиц. С помощью TEM мы можем напрямую визуализировать связывание наночастиц с мембраной и изменения, происходящие в мембране в результате этого связывания".

Они уже определили, что наночастицы могут вести себя как белки. "Это означает, что мы можем использовать некоторые из наших существующих знаний и технологий о взаимодействиях белков, чтобы помочь понять и предсказать взаимодействия наночастиц", — говорит он.

В рамках образовательного компонента гранта учёные:

• Улучшили общеобразовательный курс для первокурсников в университете, чтобы рассказать студентам о социальном, экономическом и экологическом воздействии нанотехнологий.
• Разрабатывают новую программу для старшеклассников "Think Small/Dream Big!" для научных классов в городских школах района Провиденса. Учащиеся будут работать с просвечивающим электронным микроскопом, анализируя наноматериалы.

"Цель — информировать и увлечь старшеклассников нанотехнологиями и всеми STEM-областями, показать, как нанотехнологии повлияют на их жизнь в будущем и какую роль они могут сыграть", — говорит Ботун.