Para ilmuwan di Brookhaven National Laboratory telah mengembangkan metode skrining untuk memeriksa bagaimana nanopartikel yang baru dibuat berinteraksi dengan sel manusia berikut hubungan untuk berbagai waktu dan dosis. Menggunakan metode baru, para peneliti telah mampu memvisualisasikan bagaimana sel-sel manusia berinteraksi dengan beberapa jenis tertentu nanopartikel karbon.
Metode ini dijelaskan dalam Journal of Fisika: Publikasi Cetakan .
"Nanomaterials menunjukkan janji besar, tetapi karena ukuran mereka sangat kecil dan sifat yang unik, sedikit yang diketahui tentang efek mereka pada sistem kehidupan," kata Barbara Panessa-Warren, Ph.D., yang memimpin tim peneliti. "Percobaan kami dapat memberikan para ilmuwan dengan informasi untuk membantu nanopartikel merancang ulang untuk meminimalkan masalah keamanan, dan untuk mengoptimalkan penggunaannya dalam aplikasi yang terkait dengan kesehatan. Mereka juga dapat menyebabkan praktek-praktek screening efektif untuk bahan berbasis karbon."
Berbagai studi yang dilakukan pada hewan hidup telah menemukan berbagai efek racun yang dihasilkan dari paparan nanopartikel berbasis karbon. Semua in vivo dengan jelas menunjukkan bahwa beberapa faktor berinteraksi paparan nanopartikel berikut untuk menghasilkan perubahan akut dan kronis dalam sel individu dan organisme itu sendiri. Dalam studi in vitro laboratorium, seperti metode sel-budaya yang dikembangkan oleh tim Brookhaven, adalah upaya untuk menyederhanakan penelitian dengan menghilangkan banyak variabel yang ditemukan dalam studi hewan, peneliti memberikan kontrol yang lebih besar terhadap kondisi eksperimental.
"Dengan menggabungkan teknik-teknik biologi molekular dengan metode pencitraan yang canggih, kami dapat dengan cepat mengumpulkan informasi tentang respons jenis sel khusus untuk nanopartikel tertentu, membuat dalam pengujian in vitro alat yang murah dan segera untuk skrining dan desain nanopartikel fine-tuning untuk memaksimalkan keselamatan dan target spesifisitas, "kata Panessa-Warren.
Dalam studi tim Brookhaven, para ilmuwan menggunakan paru-paru dan sel epitel usus, yang mereka memilih untuk mewakili dua rute kemungkinan paparan nanopartikel - inhalasi dan konsumsi. Para peneliti tumbuh sel sebagai monolayers sel, dimana sel-sel individual bergabung bersama untuk membentuk lapisan ketat dengan banyak karakteristik sel paru-paru dan usus besar tumbuh dalam tubuh sebagai lapisan epitel. Ini monolayers sel hidup kemudian terkena berbagai dosis nanopartikel karbon lebih dari jumlah yang berbeda waktu, dan sel-sel yang dipelajari pada setiap periode waktu dan dosis.
Para peneliti juga menguji respon sel untuk berbagai jenis nanopartikel, termasuk persiapan nanotube baku yang mengandung sebagian besar nanotube karbon berdinding tunggal, nanoropes, graphene, dan elemen; sebagian teroksidasi udara dibersihkan nanotube karbon, dan karbon nanotube yang diturunkan nanoloops dimaksudkan untuk digunakan dalam memberikan antibodi terapi sebagai obat. Para peneliti menilai kelangsungan hidup sel dan karakteristik pertumbuhan monolayer, dan memeriksa setiap perubahan dalam sel menggunakan teknik mikroskop berbagai. Teknik ini memungkinkan mereka untuk memvisualisasikan kontak pertama dari nanopartikel dengan sel dan mengikuti proses ini "ultrastructurally" sehingga mereka bisa melihat bagaimana sel merespon dan menentukan apakah nanopartikel memasuki sel atau menyebabkan perubahan spesifik pada permukaan sel dari sel-sel yang tidak mati.
Menggunakan ini dalam sistem penyaringan vitro, para ilmuwan menemukan bahwa nanoloops tampaknya tidak menjadi racun bagi kedua jenis sel terlepas dari dosis dan waktu. Sebaliknya, baik usus dan paru-paru sel terkena nanopartikel karbon dari persiapan nanotube baku menunjukkan peningkatan kematian sel dengan waktu paparan meningkat dan dosis. Studi mikroskopis mengungkapkan kerugian sel-sel lampiran di monolayers, dan perubahan dalam sel-morfologi permukaan pada sel di mana karbon nanotube dan nanopartikel karbon lainnya telah terpasang. Kerusakan parah untuk kedua dosis rendah dan lebih tinggi pada tiga jam, menunjukkan bahwa waktu pemaparan mungkin akan lebih prediktif kerusakan dari konsentrasi nanopartikel.