Un tossicologo del Los Alamos National Laboratory e un team multidisciplinare di ricercatori hanno documentato un potenziale danno cellulare da "fullereni" - a forma di pallone da calcio, molecole a gabbia composte da 60 atomi di carbonio. Il team ha anche notato che questo particolare tipo di danno potrebbe far sperare nel trattamento del morbo di Parkinson, Il morbo di Alzheimer, o addirittura il cancro.

La ricerca è apparsa di recente in Tossicologia e farmacologia applicata e rappresenta la prima osservazione di questo tipo per i fullereni sferici, noto anche come buckyballs, che prendono il nome dal defunto Buckminster Fuller perché assomigliano al concetto di cupola geodetica che ha reso popolare.

Nanoparticelle di carbonio ingegnerizzate, che includono fullereni, sono in aumento in uso in tutto il mondo. Ogni buckyball è una gabbia scheletrica di carbonio delle dimensioni di un virus. Mostrano il potenziale per creare più forti, strutture più leggere o che agiscono come minuscoli meccanismi di somministrazione di farmaci o antibiotici, tra gli altri usi. Ogni anno vengono prodotte dalle quattro alle cinque tonnellate di nanoparticelle di carbonio.

"I nanomateriali sono la rivoluzione del 21° secolo, " ha detto il tossicologo di Los Alamos Rashi Iyer, il principale responsabile della ricerca e coautore del documento. "Dovremo vivere con loro e affrontarli, e la domanda diventa, 'Come faremo a massimizzare il nostro uso di questi materiali ea ridurre al minimo il loro impatto su di noi e sull'ambiente?'"

Iyer e l'autore principale Jun Gao, anche un tossicologo di Los Alamos, hanno esposto cellule epiteliali umane in coltura a diversi tipi distinti di buckyball. Le differenze nei buckyball risiedono nella disposizione spaziale di brevi rami di molecole che si staccano dalla struttura principale del buckyball. Una variazione buckyball, chiamata configurazione "tris", aveva tre rami molecolari fuori dalla struttura principale su un emisfero; un'altra variante, chiamata configurazione "hexa", aveva sei rami dalla struttura principale in una disposizione approssimativamente simmetrica; l'ultimo tipo era un semplice buckyball.

I ricercatori hanno scoperto che le cellule esposte alla configurazione tris hanno subito una senescenza prematura, quella che potrebbe essere descritta come uno stato di animazione sospesa. In altre parole, le cellule non sono morte come dovrebbero normalmente le cellule, né si divisero né crescerono. Questo arresto del ciclo di vita cellulare naturale dopo l'esposizione ai buckyball tris-configurati può compromettere il normale sviluppo degli organi, che porta alla malattia all'interno di un organismo vivente. In breve, i tris buckyball erano tossici per le cellule della pelle umana.

Inoltre, le cellule esposte alla disposizione tris hanno causato risposte a livello molecolare uniche suggerendo che i tris-fullereni possono potenzialmente interferire con le normali risposte immunitarie indotte dai virus. Il team sta ora portando avanti la ricerca per determinare se le cellule esposte a questa forma di fullereni possono essere più suscettibili alle infezioni virali.

Ironia della sorte, la scoperta potrebbe anche portare a una nuova strategia di trattamento per combattere diverse malattie debilitanti. In malattie come il Parkinson o l'Alzheimer, le cellule nervose muoiono o degenerano in uno stato non funzionale. Un meccanismo per indurre la senescenza in cellule nervose specifiche potrebbe ritardare o eliminare l'insorgenza delle malattie. Allo stesso modo, una malattia come il cancro, che si diffonde e prospera attraverso la replicazione non regolata delle cellule tumorali, potrebbe essere combattuto attraverso la senescenza indotta. Questa strategia potrebbe impedire alle cellule di dividersi e fornire ai medici più tempo per uccidere le cellule anormali.

A causa delle minuscole dimensioni dei nanomateriali, il rischio principale ad essi associato è stata la potenziale inalazione, simile alla preoccupazione per l'esposizione all'amianto.

"Già, dal punto di vista tossicologico, questa ricerca è utile perché mostra che se hai la possibilità di utilizzare un arrangiamento tris o esadecimale per un'applicazione che coinvolge buckyball, l'arrangiamento esadecimale è probabilmente la scelta migliore, " ha detto Iyer. "Questi studi possono fornire indicazioni per la progettazione e lo sviluppo di nuovi nanomateriali".

Questi risultati sono derivati ​​da uno studio (Shreve, Wang, e Iyer) finanziati per comprendere le interazioni tra buckyball e membrane biologiche. Il Los Alamos National Laboratory ha assunto un ruolo proattivo avviando un programma di biovalutazione dei nanomateriali con l'intenzione di mantenere al sicuro i suoi lavoratori di nanomateriali facilitando la scoperta di nanomateriali a basso impatto biologico con il potenziale per avvantaggiare le missioni di sicurezza nazionale. Oltre a Gao e Iyer, il programma LANL include Jennifer Hollingsworth, Yi Jiang, Jian canzone, Paul Welch, Hsing Lin Wang, Srinivas Iyer, e Gabriel Montano.

I ricercatori del Los Alamos National Laboratory continueranno a tentare di comprendere i potenziali effetti dell'esposizione ai nanomateriali più o meno allo stesso modo in cui Los Alamos era un leader mondiale nella comprensione degli effetti delle radiazioni durante le origini del laboratorio. I lavoratori di Los Alamos che utilizzano nanomateriali continueranno a seguire i protocolli che forniscono il più alto grado di protezione dalla potenziale esposizione.

Nel frattempo, La ricerca di Los Alamos sui nanomateriali fornisce un ammonimento per l'uso dei nanomateriali, nonché le prime basi per la protezione dei lavoratori. Proprio adesso, non ci sono regolamenti federali per l'uso dei nanomateriali. La divulgazione dell'utilizzo da parte di aziende o individui è volontaria. Con l'aumento dell'uso di nanomateriali, dovrebbe aumentare anche la comprensione dei loro potenziali rischi.