Los nanoparticles Titanium encontrados en niebla con humo del carbón y poder de ceniza causan daño de pulmón en ratones

Los científicos de la tecnología de Virginia han descubierto que las partículas increíblemente pequeñas de un óxido titanium inusual y altamente tóxico encontrado en niebla con humo del carbón y poder de ceniza causan daño de pulmón en ratones después de una única exposición, con el daño a largo plazo ocurriendo en apenas seis semanas.

Las pruebas fueron dirigidas por Irving Allen tímido, profesor con la universidad de Virginia-Maryland de la veterinaría, con los colaboradores de enfrente de la tecnología de Virginia y los investigadores en la universidad de Colorado, la universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, la universidad del este de Carolina, y la universidad normal de China oriental en Shangai. Las conclusión fueron publicadas recientemente en las fronteras del gorrón científico en inmunología.

Siguen 2017 conclusión por el geoscientist Michael Hochella de la tecnología de Virginia ese carbón ardiente -- cuando el humo no es capturado por los filtros de gama alta encontrados actualmente en centrales eléctricas de los E.E.U.U. -- emite las macropartículas minúsculas conocidas como nanoparticles titanium del suboxide en la atmósfera. Tales nanoparticles fueron encontrados por las personas de Hochella de científicos en la ceniza cerco de las calles de la ciudad, aceras, y en las charcas y los tramos cerca de los E.E.U.U. y de las ciudades chinas.

Usando ratón modela en una fijación del laboratorio, éstas más minúsculas de nanoparticles -- tan pequeño como 100 millionths de un contador -- entró en los pulmones después de ser inhalado. Una vez dentro de los pulmones, los nanoparticles encontraron los macrófagos, las células defensivas de los pulmones que atrapan y quitan los materiales no nativos. Típicamente, estas células protegen los pulmones contra patógeno, tales como bacterias y virus. Pero contra estos nanoparticles, los macrófagos vacilan.

No pueden romper los nanoparticles titanium hacia abajo, así que las células comienzan a morir, y los reclutas de este proceso más macrófagos. Estos procesos comienzan un bucle de retroalimentación con cada cartucho de las células de muerte que concentran alrededor de los nanoparticles. La muerte, nanoparticle-conteniendo las células entonces comienza a hacer depósitos en los pulmones y estos depósitos causan problemas. Comenzamos a ver impactos negativos en la función pulmonar, y los pulmones no pueden básicamente continuar trabajar correctamente.”

Irving Allen tímido, pieza del departamento de ciencias biomédicas y del Pathobiology

En qué Allen llama un “hallazgo llamativo,” sus personas descubrieron efectos negativos después de solamente una exposición a los nanoparticles tóxicos. El daño a largo plazo de los depósitos puede aparecer en tan poco tiempo como seis semanas, despertando las inquietudes por ciudades altamente contaminadas. “Realizamos si alguien es cercano vivo una central eléctrica, o acercamos a una de estas fuentes ardientes del carbón, no serían expuestas a un de dósis simple, serían expuestas a esto diariamente,” él dijo. “También no vimos tolerancia del pulmón después de una semana, así que cuando estas cosas están en sus pulmones que están tirante allí, y ellas estamos tirante allí durante un largo período de tiempo.”

Más así pues, los pulmones dañados pueden llevar a una susceptibilidad más alta al virus o a la infección bacteriana, y podrían empeorar los síntomas asociados a asma o a la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (COPD).

Sin embargo, los efectos exactos de estos nanoparticles tóxicos sobre seres humanos, otros animales, la vegetación, y circuitos de agua no se saben y no exigen estudio adicional de los investigadores internacionales, Allen dijo.

Los “pulmones del ratón y del ser humano son funcionalmente similares, pero anatómico diferente de una variedad de maneras sutiles,” Allen agregó. “Mientras que los estudios hechos en este papel se utilizan común a los desordenes modelo de la aerovía en gente, más los datos clínicos directos son necesarios entender completo el impacto humano de la exposición a estos nanoparticles.”

Los nanoparticles titanium del suboxide -- fases llamadas de Magnéli de los investigadores -- estaban una vez raros pensada, encontraron en la tierra en algunos meteoritos, de una pequeña área de ciertas rocas en Groenlandia occidental, y de vez en cuando en rocas de la luna. Sin embargo, Hochella, trabajando con otros investigadores en 2017, encontrado que estos nanoparticles son de hecho dispersos global del burning del carbón.

Según el estudio anterior, publicado en comunicaciones de la naturaleza, casi todo el carbón contiene las pequeñas cantidades del rutilo o el anatase de los minerales, ambos “óxidos titanium normales,” naturales, y relativamente inertes. Pero cuando están quemados, estos minerales convierten al suboxide titanium. Los nanoparticles entonces llegan a ser llevados por aire si la central eléctrica no se equipa de las trampas de alta tecnología de la partícula, tales como ésos en los Estados Unidos. Para los países sin reglas estrictas, los nanoparticles pueden conectar de distancia en corrientes de aire localmente, regionalmente, e incluso global, Hochella dijo. (Él agregó que los Estados Unidos primero comenzaron a usar los precipitadores electroestáticos en pilas del carbón en los años 20.)

Los estudios tempranos del biotoxicity por el grupo de Hochella con los embriones de los pescados de la cebra mostraron los signos del impacto biológico negativo de los nanoparticles, sugiriendo daño potencial a los seres humanos. Ahora, con este estudio, las probabilidades de la toxicidad a los seres humanos son mucho mayores. “El problema con estos nanoparticles es que hay manera no fácil o práctica de prevenir su formación durante el burning del carbón,” dijo a Hochella, profesor emérito distinguido universidad de Geosciences con la universidad de la tecnología de Virginia de la ciencia, sobre la baja del estudio anterior hace dos años.

Hochella y sus personas parecieron los nanoparticles titanium del suboxide muy accidentalmente mientras que estudiaba el movimiento rio abajo de una ceniza 2014 de carbón se derraman en el río de Dan de Carolina del Norte. El grupo más adelante produjo los mismos nanoparticles titanium del suboxide al quemar el carbón en simulaciones del laboratorio. Emplear de este peligro para la salud potencial conclusión establecidas de la Organización Mundial de la Salud: Más de 3,3 millones de muertes prematuras que ocurren por todo el mundo por el año debido al aire contaminado, y en China solamente, 1,6 millones de muertes prematuras son anualmente estimado debido al daño cardiovascular y respiratorio de la contaminación atmosférica.

Esto plantea preguntas múltiples: ¿Los nanoparticles son absorbidos a través de la carrocería por otros medios, tales como contacto con los aros o la piel? ¿Pueden encontrar su manera en la vegetación - incluyendo la comida - sin embargo para manchar? ¿Si es así cuáles son las implicaciones en el aparato gastrointestinal? ¿Están presentes en agua potable? ¿Si un ratón experimenta daño a largo plazo en seis semanas, qué hace esa actitud para los seres humanos que respiran el aire?

Allen impulsa que probando movimiento a los estudios humano-enfocados.

“Hemos determinado un agente contaminador único en el ambiente, y hemos mostrado que hay una preocupación potencial de la salud por seres humanos, de modo que nos dé un biomarker que podemos vigilar más de cerca,” él dijera. “Debemos comenzar a observar estas macropartículas más de cerca mientras que somos más enterados de los peligros actitud de estos nanoparticles. Éstas son las preguntas que necesitan ser hechas.”

Ese camino, mientras que es obvio, puede no ser tan simple, ético o político. Los científicos no pueden exponer temas de prueba humanos a la niebla con humo del carbón o pulirlos con piedra pómez y a los nanoparticles tóxicos. Por lo tanto, un decorado probable: los científicos podrían estudiar estas partículas en tejido pulmonar humano de biopsias del pulmón y de especímenes clínicos. Sin embargo, muchos clínicos han sido reacios participar en este esfuerzo en muchos del riesgo de los países a lo más. Allen dijo que una razón puede ser la sensibilidad que estos países sostienen hacia entregas de la aire-calidad.

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.