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Le nanoparticelle del biossido di titanio possono avere effetti a basso livello sui geni ossidativi di sforzo

Una nanoparticella comunemente usata in alimento, in cosmetici, in protezione solare ed in altri prodotti può avere effetti sottili sull'attività dei geni che esprimono gli enzimi che indirizzano lo sforzo ossidativo dentro due tipi di celle. Mentre le nanoparticelle del biossido di titanio (TiO2) sono considerate non tossiche perché non uccidono le celle alle concentrazioni basse, questi effetti cellulari potrebbero aggiungere alle preoccupazioni circa l'esposizione a lungo termine al nanomaterial.

I ricercatori al Georgia Institute of Technology hanno usato le tecniche della selezione di alto-capacità di lavorazione per studiare gli effetti delle nanoparticelle del biossido di titanio sull'espressione di 84 geni relativi allo sforzo ossidativo cellulare. Il loro lavoro ha trovato che sei geni, quattro di loro da una singola famiglia del gene, sono stati influenzati tramite un'esposizione di 24 ore alle nanoparticelle.

L'effetto è stato veduto in due generi differenti di celle esposte alle nanoparticelle: cellule tumorali HeLa umane comunemente usate nella ricerca e una riga di celle del rene della scimmia. Le nanoparticelle del polistirolo simili nella dimensione e nella carica elettrica di superficie alle nanoparticelle del biossido di titanio non hanno prodotto un simile effetto su espressione genica.

“Questo è importante perché ogni misura standard della cella che la salubrità indica che le celle non sono influenzate da queste nanoparticelle del biossido di titanio,„ ha detto Christine Payne, un professore associato a scuola della tecnologia della Georgia di chimica e della biochimica. “I nostri risultati indicano che c'è un cambiamento più sottile nello sforzo ossidativo che potrebbe essere offensivo alle celle o piombo ai cambiamenti a lungo termine. Ciò suggerisce che altre nanoparticelle dovrebbero essere schermate per i simili effetti a basso livello.„

La ricerca è stata riferita il 6 maggio online nel giornale di chimica fisica C. Il lavoro è stato supportato dagli istituti della sanità nazionali (NIH) attraverso il centro di ERCOLE all'Emory University e da un'amicizia di Vasser Woolley.

Le nanoparticelle del biossido di titanio contribuiscono a fare il bianco in polvere delle guarnizioni di gomma piuma, a proteggere l'interfaccia dalle razze del sole ed a riflettere l'indicatore luminoso nelle superfici dipinte. Nelle concentrazioni comunemente usate, sono considerate non tossiche, sebbene parecchi altri studi abbiano suscitato inquietudine circa gli effetti potenziali su espressione genica che non può direttamente urtare la salubrità a breve termine delle celle.

Per determinare se le nanoparticelle potrebbero pregiudicare i geni in questione nella gestione dello sforzo ossidativo in celle, Payne ed il collega Melissa Kemp - un professore associato nel Wallace H. Coulter Department di assistenza tecnica biomedica alla tecnologia ed all'Emory University di Georgia - hanno progettato uno studio per valutare largamente l'impatto della nanoparticella sulle due linee cellulari.

Lavorando con i dottorandi Sabiha Runa e Dipesh Khanal, hanno incubato esclusivamente le celle HeLa e le celle del rene della scimmia con l'ossido di titanio ai Livelli 100 volte più di meno della concentrazione minima conosciuta per iniziare gli effetti su salubrità delle cellule. Dopo l'incubazione delle celle per 24 ore con il TiO2, le celle sono state fatte l'elettrolisi ed i loro contenuti sono stati analizzati facendo uso sia della PCR che delle tecniche occidentali della macchia per studiare l'espressione di 84 geni connessi con la capacità delle cellule di indirizzare i trattamenti ossidativi.

Payne e Kemp sono stati sorpresi trovare i cambiamenti nell'espressione di sei geni, compreso quattro dalla famiglia del peroxiredoxin degli enzimi che aiuta le celle a degradare il perossido di idrogeno, un sottoprodotto dei trattamenti cellulari dell'ossidazione. Troppo perossido di idrogeno può creare lo sforzo ossidativo che può danneggiare il DNA ed altre molecole.

L'effetto misurato era significativo - cambiamenti di circa 50 per cento nell'espressione degli enzimi confrontata alle celle che non erano state incubate con le nanoparticelle. Le prove sono state effettuate in triplice copia ed hanno fornito risultati simili ogni volta.

“Una cosa che era realmente sorprendente era che questa intera famiglia delle proteine era commovente, sebbene alcuni su-fossero regolamentati ed alcuni giù-fossero regolamentati,„ Kemp ha detto. “Queste erano tutte proteine riferite, in modo dalla domanda è perché risponderebbero diversamente alla presenza delle nanoparticelle.„

I ricercatori non sono sicuri come le nanoparticelle legano con le celle, ma sospettano che può comprendere la corona della proteina che circonda le particelle. La corona si compone normalmente delle proteine del siero quello servire come alimento per le celle, ma adsorbe alle nanoparticelle nel terreno di coltura. Le proteine della corona hanno un effetto protettivo sulle celle, ma possono anche servire da modo affinchè le nanoparticelle leghino ai recettori cellulari.

Il biossido di titanio è ben noto per i sui effetti foto-catalitici nell'ambito di luce ultravioletta, ma i ricercatori non ritengono che è nel gioco qui perché la loro coltura è stata fatta in luminoso ambientale o nello scuro. Le diverse nanoparticelle hanno avute diametri di circa 21 nanometro, ma nella coltura cellulare hanno formato i cumuli molto più grandi.

Nei lavori futuri, Payne e Kemp sperano di imparare più circa l'interazione, includente dove le proteine producenti enzima sono situate nelle celle. Per quello, possono usare Iper-Tau, una proteina che del reporter si sono sviluppati per tenere la carreggiata la posizione del perossido di idrogeno all'interno delle celle.

La ricerca suggerisce che una rivalutazione possa essere necessaria per altre nanoparticelle che potrebbero creare gli effetti sottili anche se sono stati reputati sicuri.

“Il lavoro più in anticipo aveva suggerito che le nanoparticelle potessero piombo allo sforzo ossidativo, ma nessuno realmente aveva guardato a questo livello ed a tante proteine differenti allo stesso tempo,„ Payne ha detto. “La nostra ricerca ha esaminato tali concentrazioni basse che solleva le questioni circa che altro potrebbe essere commovente. Abbiamo osservato specificamente lo sforzo ossidativo, ma ci possono essere altri geni che sono commoventi, anche.„

Quelle differenze sottili possono importare quando si aggiungono ad altri fattori.

“Lo sforzo ossidativo è implicato in tutti i tipi di infiammatorio e le risposte immunitarie,„ Kemp hanno notato. “Mentre il biossido di titanio da solo può modulare appena i livelli di espressione di questa famiglia delle proteine, se quello sta accadendo allo stesso tempo avete altri tipi di sforzi ossidativi per motivi diversi, quindi potete avere un effetto cumulativo.„

Source:

Georgia Institute of Technology