Komputery przewidują toksyczność nanocząstek
Nanotechnologia należy do najszybciej rozwijających się dziedzin technologii na świecie. Dzięki manipulowaniu materiałami na poziomie atomowym nanotechnolodzy mogą tworzyć produkty spożywcze, tekstylia, powłoki powierzchniowe, układy elektroniczne i wiele innych materiałów o niezwykłych właściwościach. Niewiele jednak wiadomo na temat wpływu nanocząstek na zdrowie ludzkie i środowisko naturalne. W ramach projektu MOD-ENP-TOX (Modeling assays platform "MAP" for hazard ranking of engineered nanoparticles (ENPs)), finansowanego ze środków UE, opracowano program komputerowy, który przewiduje toksyczność lub poziom zagrożenia metalowych nanocząstek (MeNP). Sztuczne nanocząstki, wykonane z krzemu, tytanu, srebra, cynku i ich tlenków, należą do najpowszechniej stosowanych w przemyśle. Uczestnicy inicjatywy MOD-ENP-TOX stworzyli w pierwszej kolejności bazę opublikowanych danych eksperymentalnych dotyczących dokładnie scharakteryzowanych ENP z dwutlenku krzemu i tlenku cynku. Dzięki zbadaniu ich oddziaływania z systemami biologicznymi uczeni sklasyfikowali potencjalną toksyczność ENP w oparciu o ich właściwości strukturalne, fizyczne i chemiczne. Po opracowaniu algorytmów rozpoznających MeNP o podobnych właściwościach w zakresie toksyczności, uczeni stworzyli narzędzia obliczeniowe umożliwiające modelowanie toksyczności szeregu różnych MeNP. Opracowano też modele pozwalające na określenie, na które procesy komórkowe wpływają toksyczne MeNP. Chodzi tu między innymi o ich wpływ na mitochondria oraz zdolność do uszkadzania DNA lub zakłócania procesów genetycznych. Przy pomocy modelu mitochondriów uczeni przetestowali opracowane przez siebie narzędzia do szacowania toksyczności na podstawie zweryfikowanych danych eksperymentalnych. Następnie modele te dopracowano, tak aby umożliwić przewidywanie wpływu różnej wielkości MeNP na procesy komórkowe na przestrzeni czasu. Rozwiązania te pozwolą uczonym na szacowanie, kiedy i gdzie akumulują się MeNP w docelowych tkankach. Przyspieszenie i uproszczenie szacowania ryzyka dotyczącego ENP oznacza, że narzędzia do modelowania opracowane w projekcie MOD-ENP-TOX przybliżają nas do stworzenia nowej generacji bezpiecznych nanomateriałów. Choć do opracowania modeli wykorzystano tylko pewną grupę MeNP, można je łatwo przystosować do analizy innych sztucznych nanocząstek. Co ważne, możliwość przewidywania toksyczności w oparciu o strukturę nanomateriałów umożliwi ograniczenie testów prowadzonych na zwierzętach.
Słowa kluczowe
Toksyczność nanocząstek, nanomateriały, MOD-ENP-TOX, sztuczne nanocząstki, procesy komórkowe
