Projekti

Interakcije med nanodelci z različno površino in modelnimi biološkimi sistemi

Holder: dr. Damjana Drobne, UL BF

PARNTER: dr. Andrej Čokl

Code: J1-4109

Duration: 1.1.2011 - 30.6.2014

Povzetek

Naše predhodne raziskave iz področja nanobiologije in nanotoksikologije kažejo na to, da je tako za namen uporabe nanodelcev kot pri razumevanju njihovega kvarnega delovanja bistvenega pomena interakcija med nanodelci in biološkimi membranami. Interakcije med nanomateriali in biološkimi sistemi so odvisne od različnih bio-fizikalno-kemijskih lastnosti delcev in medija. Nekateri znanstveniki predvidevajo, da so v interakcije med nanodelci in celicami vključeni obstoječi biološki procesi, četudi jih popolnoma še ne razumemo. Druga skupina znanstvenikov pa je mnenja, da je povsem mogoče, da imajo nanodelci na biološke sisteme specifične nano-vplive, ki jih poimenujejo tudi kvantni vplivi nanodelcev. Obstoječi projekt je zasnovan na ideji prof. dr. Dawsona, ki jo je predstavil v članku v reviji Nature Nanotechnology (2009). Tukaj avtor izpostavlja, da obstoja velika verjetnost, da imajo nanodelci specifične mehanske učinke na biološke membrane. Če bi te predpostavke dokazali v izolirnem sistemu z umetnimi lipidi in potrdili in vivo, bi to odkritje lahko imelo širše posledice tudi na temeljno razumevanje dogajanja med nanodelci in celicami kot na uspešnost njihove uporabe predvsem v biomedicini (Dawson et al., 2009). Namen našega dela je pridobiti eksperimentalne dokaze o delovanju različnih nanodelcev na umetne lipidne membrane. Dobljene rezultate bomo preverili in vivo na membranah celicah v prebavnem sistemu modelnega nevretenčarskega organizma. Pričakujemo, da bomo potrdilo domnevo prof. Dawsona, da nanodelci direktno vplivajo na lipidne membrane. Pričakujemo tudi, da nam bo uspelo ugotoviti, katere so tiste primarne in sekundarne značilnosti delcev, ki jih naredijo biološko reaktivne ali pa inertne. Predlagan projekt je sestavljen iz treh delov. V prvem delu bomo uporabili mikroskopske in spektroskopske tehnike ter računalniško podprto mikroskopijo za študij interakcij med nanodelci in umetnimi lipidnimi membranami. V drugem delu projekta bomo validirali rezultate dobljene v prvem delu. Za ta namen bomo uporabili modelni nevretenčarski organizem in ga hranili s hrano, kateri bomo dodali nanodelci ali pa bomo izvedli le enkratno oralno izpostavitev organizma nanodelcem. Po taki izpostavitvi, bomo analizirali tri tipe biomarkerjev. V eni skupini bodo biomarkerji, ki kažejo na integriteto celične membrane in lahko nanzujejo  direkten vpliv delcev na celično membrano. V drugi skupini so biomarkerji, ki so pokazatelji metabolne aktivnosti celic in v tretji skupini so biomarkerji oksidativnega stresa. Poleg naštetega bomo uporabili tudi FTIR analize za ugotovljane molekulske sestave vzorca. Primerjali bomo tkiva organizmov izpostavljenih nanodelcem s kontrolnimi, neizpostavljeni tkivi. Pričakujemo, da bomo potrdili predpostavko, da delci lahko tudi direktno destabilizirajo celično membrano in ne nujno šele zaradi oksidativnega stresa. V tretjem delu bomo študirali internalizacijo nanodelcev v celice s pomočjo x-žarkovnih metod (PIXE, SR XRF, EDX-SEM). V tem sklopu raziskav si obetamo, da nam bo uspelo ugotoviti, katere so tiste lastnosti nanodelcev, ki vplivajo na njihovo internalizacijo. Načrtujemo takšno kombinacijo metod in pristopov, da bi lahko odgovorili na vprašanje ali imajo nanodelci specifičen način delovanja na biološke sisteme, ki bi ga lahko poimenovali nano- specifičen ali kvantni učinek ali nanodelci delujejo na biološke sisteme preko obstoječih načinov, ki jih že poznamo iz študij interakcij z virusi in strupenosti kemikalij. Sodelovanje vodilne projektne skupine v velikem EU 7. OP (NanoValid) in v dveh centrih odličnosti (CO Nanocenter in CO NAMASTE) omogoča dostop do različnih, dobro okarakteriziranih nanodelcev in vrhunske raziskovalne opreme. Vse to bo izbrani projektni skupini omogočilo doseči izbrane cilje in testirati zastavljene hipoteze.   Kenneth A. Dawson, Anna Salvati, and Iseult Lynch. Nanotoxicology: Nanoparticles reconstruct lipids. Nature Nanotechnology, 4(2):84–85, 2009.Več informacij o projektu je na voljo v bazi SICRIS.