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Le nanoparticelle di titanio trovate in smog del carbone e latta di cenere causano il danno ai polmoni in mouse

Gli scienziati di tecnologia della Virginia hanno scoperto che le particelle incredibilmente piccole di un ossido di titanio insolito ed altamente tossico trovato in smog del carbone e latta di cenere causano il danno ai polmoni in mouse dopo una singola esposizione, con danno a lungo termine che accade in appena sei settimane.

Le prove capo da Irving Allen timido, un professore con l'istituto universitario di Virginia-Maryland di medicina veterinaria, con i collaboratori dall'altro lato di tecnologia della Virginia ed i ricercatori all'università di colorado, all'università di North Carolina a Chapel Hill, all'East Carolina University ed all'università normale della Cina orientale a Shanghai. I risultati recentemente sono stati pubblicati nelle frontiere del giornale scientifico in immunologia.

Seguono 2017 risultati dal geoscientist Michael Hochella di tecnologia della Virginia quel carbone bruciante -- quando il fumo non è catturato dai filtri di qualità superiore corrente trovati in centrali elettriche degli Stati Uniti -- emette le particelle minuscole conosciute come le nanoparticelle di titanio di suboxide nell'atmosfera. Tali nanoparticelle sono state trovate dal gruppo di Hochella degli scienziati in cenere raccolta dalle vie della città, marciapiedi ed in stagni ed in campate vicino agli Stati Uniti ed alle città cinesi.

Facendo uso del mouse modella in una regolazione del laboratorio, queste le più minuscole delle nanoparticelle -- piccolo quanto 100 millionths di un metro -- ha entrato nei polmoni dopo l'inalazione. Una volta dentro i polmoni, le nanoparticelle hanno incontrato i macrofagi, le celle difensive dei polmoni che intrappolano ed eliminano i materiali non Xeros. Tipicamente, queste celle proteggono i polmoni dagli agenti patogeni, quali i batteri ed i virus. Ma contro queste nanoparticelle, i macrofagi esitano.

Non possono scomporre le nanoparticelle di titanio, in modo dalle celle cominciano a morire e reclute di questo trattamento più macrofagi. Questi trattamenti cominciano un ciclo di feedback con ogni giro delle celle di morte che si concentrano intorno alle nanoparticelle. La morte, nanoparticella-contenente le celle poi comincia a fare i depositi nei polmoni e questi depositi causano i problemi. Cominciamo a vedere gli impatti negativi sulla funzione polmonare ed i polmoni non riescono basicamente a continuare a funzionare correttamente.„

Irving Allen timido, un membro del dipartimento delle scienze biomediche e del Pathobiology

In che Allen chiama “un ritrovamento notevole,„ il suo gruppo ha scoperto gli effetti negativi dopo la soltanto un'esposizione alle nanoparticelle tossiche. Il danno a lungo termine dai depositi può comparire solo in sei settimane, suscitanti inquietudini per le città altamente inquinanti. “Abbiamo rend contoere se qualcuno è vicino vivente una centrale elettrica, o ci avviciniamo ad una di queste sorgenti brucianti del carbone, non sarebbero esposte ad un d'una sola dose, sarebbero esposte giornalmente a questa,„ ha detto. “Inoltre non abbiamo veduto la rimozione del polmone dopo una settimana, in modo da quando queste cose sono in vostri polmoni che stanno restando là ed essi stiamo restando là per un periodo esteso.„

Più così, i polmoni nocivi possono piombo ad più alta predisposizione al virus o all'infezione batterica e potrebbero peggiorare i sintomi connessi con asma o la malattia polmonare ostruttiva cronica (COPD).

Tuttavia, gli effetti esatti di queste nanoparticelle tossiche sugli esseri umani, su altri animali, su vegetazione e sui sistemi a acqua non sono conosciuti e non richiedono ulteriore studio dai ricercatori internazionali, Allen ha detto.

“I polmoni dell'essere umano e del mouse sono dal punto di vista funzionale simili, ma anatomicamente differente in vari modi sottili,„ Allen ha aggiunto. “Mentre gli studi fatti in questo documento sono utilizzati comunemente ai disordini di modello della galleria di ventilazione nella gente, più dati clinici diretti sono necessari completamente da capire l'impatto umano dell'esposizione a queste nanoparticelle.„

Le nanoparticelle di titanio di suboxide -- fasi chiamate di Magnéli dai ricercatori -- erano una volta rari pensati, hanno trovato su terra in alcune meteoriti, da una piccola zona di determinate rocce in Groenlandia occidentale ed occasionalmente nelle rocce della luna. Tuttavia, Hochella, lavorante con altri ricercatori nel 2017, trovato che queste nanoparticelle sono in effetti diffuse globalmente dalla masterizzazione del carbone.

Secondo lo studio più iniziale, pubblicato nelle comunicazioni della natura, quasi tutto il carbone contiene le piccole quantità del rutilo o del anatase dei minerali, entrambe “ossido di titanio naturali e e relativamente inerti di normale,„. Ma una volta bruciati, questi minerali convertono in suboxide di titanio. Le nanoparticelle poi diventano disperse nell'aria se la centrale elettrica non è fornita delle trappole alta tecnologie della particella, come quelle negli Stati Uniti. Per i paesi senza regolamenti rigorosi, le nanoparticelle possono fluttuare via nelle correnti di aria localmente, regionalmente e perfino globalmente, Hochella ha detto. (Ha aggiunto che gli Stati Uniti in primo luogo hanno cominciato utilizzare i precipitatori elettrostatici sulle pile del carbone negli anni 20.)

Gli studi iniziali di biotoxicity dal gruppo di Hochella con gli embrioni del pesce zebra hanno dato segni di impatto biologico negativo dalle nanoparticelle, suggerendo il danno potenziale agli esseri umani. Ora, con questo studio, le probabilità della tossicità agli esseri umani sono molto maggiori. “Il problema con queste nanoparticelle è che c'è non facile o senso pratico da impedire la loro formazione durante la masterizzazione del carbone,„ ha detto Hochella, professore emerito distinto università di Geosciences con l'istituto universitario di tecnologia della Virginia di scienza, sopra la versione dello studio più iniziale due anni fa.

Hochella ed il suo gruppo hanno trovato abbastanza accidentalmente le nanoparticelle di titanio di suboxide mentre studiavano il movimento a valle di una cenere 2014 di carbone si rovesciano nel fiume di Dan di North Carolina. Il gruppo più successivamente ha prodotto le stesse nanoparticelle di titanio di suboxide quando brucia il carbone nelle simulazioni del laboratorio. Configurazioni di questo rischio per la salute potenziale sui risultati stabiliti dall'organizzazione mondiale della sanità: Più di 3,3 milione morti premature accadendo universalmente all'anno dovuto aria inquinante ed in Cina da solo, 1,6 milione morti premature sono annualmente stimato dovuto la lesione cardiovascolare e respiratoria da inquinamento atmosferico.

Ciò solleva le questioni multiple: Le nanoparticelle sono assorbite attraverso l'organismo attraverso altri mezzi, quale il contatto con gli occhi o l'interfaccia? Possono riuscire a penetrare loro vegetazione - compreso alimento - comunque per sporcare? In caso affermativo, che cosa sono le implicazioni sul tratto gastrointestinale? Sono presenti in acqua potabile? Se un mouse avverte il danno a lungo termine a sei settimane, che cosa fa quella posa per gli esseri umani che respirano l'aria?

Allen sollecita che verificando il movimento agli studi umano-messi a fuoco.

“Abbiamo identificato un agente inquinante unico nell'ambiente ed abbiamo indicato che c'è una preoccupazione potenziale di salubrità per gli esseri umani, di modo che elasticità noi un biomarcatore che possiamo riflettere più molto attentamente,„ ha detto. “Dovremmo cominciare ad esaminare queste particelle più molto attentamente mentre diventare più coscienti dei rischi posa di queste nanoparticelle. Queste sono domande che devono essere fatte.„

Quel percorso, mentre ovvio, non può essere così semplice, moralmente o politicamente. Gli scienziati non possono esporre i soggetti umani allo smog del carbone o incenerire ed alle nanoparticelle tossiche. Di conseguenza, uno scenario probabile: gli scienziati potrebbero studiare queste particelle nel tessuto polmonare umano dalle biopsie polmonari e dagli esemplari clinici. Tuttavia, molti clinici sono stati riluttanti a partecipare a questo sforzo in molti del rischio dei paesi al massimo. Allen ha detto che una ragione può essere la sensibilità che questi paesi tengono verso le emissioni di qualità dell'aria.

Source:
Journal reference:

McDaniel, D.K., et al. (2019) Pulmonary Exposure to Magnéli Phase Titanium Suboxides Results in Significant Macrophage Abnormalities and Decreased Lung Function. Frontiers in Immunology. doi.org/10.3389/fimmu.2019.02714.