Intracellulære enzymer i vores celler har kapacitet til at nedbryde karbon nanorør
Nanorør har vist sig at være et materiale med stort potentiale, som kan benyttes i en lang række applikationer: fra kvantecomputere til fremstilling af ultrastærke materialer. Desværre har det også vist sig, at rørene kan ophobe sig i lungerne og være skyld i lungesygdomme. Ny forskning viser dog, at karbon nanorør kan nedbrydes biologisk i menneskeceller. Af Denis Selnihhin
Karbon nanorør kan gøres bionedbrydelige ved hjælp af kemiske grupper
Forskere fra USA, Irland og Sverige har vist, at hvis man funktionerer overfladen af karbon nanorør(som man kan læse mere om her) med carboxyl-grupper kan det have en positiv effekt for bionedbrydningen. Det menneskelige enzym, myeloperoxidase (hMPO), som genererer hypokloritsyre (HOCl) og reaktive radikale intermediater, er hovedkomponenten bagved nedbrydning (Kagan et al., 2010).
Inkubation af en opløsning af nanorør sammen med myeloperoxidase, hydrogen peroxid og almindeligt bordsalt over 24 timer bliver gennemsigtig, da nanorørene bliver nedbrudt (Figur 1). Hypokloritsyre, som bliver produceret ud fra hydrogen peroxid af myeloperoxidase og bordsaltets klor-ioner står, sammen med nogle radikaler, for nedbrydning af nanorørene.
Figur 1 - Karbon nanorør som ikke er blevet nedbrudt(tv). Nedbrudte karbon nanorør i en opløsning af myeloperoxidase, hydrogen peroxid og klor-ioner.
Neutrofilceller, som er en del af vores immunsystem, er rige på MPO molekyler. Hvis karbon nanorør optages i en neutrofilcelle, vil de blive totalt degraderet i løbet af 12 timer. Makrofager, celler der også er en del af vores immunsystem, indeholder lavere koncentration af hMPO molekyler, men kan stadig nedbryde halvdelen af optagne nanorør i løbet af 48 timer.
Et opfølgningsstudie på dyr har vist, at mus der har fejl i MPO genet, som gør at de mangler enzymet, nedbryder karbon nanorør langsommere. Rørene bliver alligevel nedbrudt, men det kan forklares med at der findes mere end en slags af peroxidase-enzymerne i vores celler, som delvist kan overtage MPO’s funktion (Shvedova et al., 2012).
Baseret på disse data, kan man udvikle nye farmakologiske tilgange, som kan hjælpe med at regulere biodegradering af nanomaterialer i kroppen.
Referencer
Kagan, V. E., Konduru, N. V., Feng, W., Allen, B. L., Conroy, J., Volkov, Y., Vlasova, II, Belikova, N. A., Yanamala, N., Kapralov, A., Tyurina, Y. Y., Shi, J., Kisin, E. R., Murray, A. R., Franks, J., Stolz, D., Gou, P., Klein-Seetharaman, J., Fadeel, B., Star, A., and Shvedova, A. A. (2010). Carbon nanotubes degraded by neutrophil myeloperoxidase induce less pulmonary inflammation. Nat Nanotechnol 5(5), 354-9.
Shvedova, A. A., Kapralov, A. A., Feng, W. H., Kisin, E. R., Murray, A. R., Mercer, R. R., St Croix, C. M., Lang, M. A., Watkins, S. C., Konduru, N. V., Allen, B. L., Conroy, J., Kotchey, G. P., Mohamed, B. M., Meade, A. D., Volkov, Y., Star, A., Fadeel, B., and Kagan, V. E. (2012). Impaired clearance and enhanced pulmonary inflammatory/fibrotic response to carbon nanotubes in myeloperoxidase-deficient mice. PLoS One 7(3), e30923.