Uno studio internazionale con sede presso l'Università di Pittsburgh fornisce la prima identificazione di un enzima umano in grado di biodegradare i nanotubi di carbonio - i materiali super resistenti presenti nei prodotti dall'elettronica alla plastica - e nei test di laboratorio compensare gli effetti potenzialmente dannosi sulla salute dell'essere esposti a minuscoli componenti, secondo i risultati pubblicati online in Nanotecnologia della natura .
I risultati potrebbero aprire la porta all'uso dei nanotubi di carbonio come strumento sicuro per la somministrazione di farmaci e potrebbero anche portare allo sviluppo di un trattamento naturale per le persone esposte ai nanotubi, sia nell'ambiente che sul posto di lavoro, ha riferito la squadra. I ricercatori hanno scoperto che i nanotubi di carbonio degradati con l'enzima umano mieloperossidasi (hMPO) non hanno prodotto l'infiammazione polmonare che i nanotubi intatti hanno dimostrato di causare. Per di più, neutrofili, i globuli bianchi che contengono ed emettono hMPO per uccidere i microrganismi invasori, può essere diretto ad attaccare specificamente i nanotubi di carbonio.
"L'applicazione medica di successo dei nanotubi di carbonio si basa sulla loro effettiva scomposizione nel corpo, ma i nanotubi di carbonio sono anche notoriamente durevoli, " ha detto il ricercatore capo Valerian Kagan, professore e vicepresidente presso il Dipartimento di salute ambientale e del lavoro presso la Graduate School of Public Health di Pitt. "La capacità dell'hMPO di biodegradare i nanotubi di carbonio rivela che questa degradazione fa parte di una risposta infiammatoria naturale. Il passo successivo è sviluppare metodi per stimolare tale risposta infiammatoria e riprodurre il processo di biodegradazione all'interno di un organismo vivente".
Kagan e il suo gruppo di ricerca hanno guidato il team di oltre 20 ricercatori di quattro università insieme ai gruppi di laboratorio di Alexander Star, un assistente professore di chimica alla Pitt's School of Arts and Sciences, e Judith Klein-Seethharaman, un assistente professore di biologia strutturale presso la Scuola di Medicina di Pitt. Altri ricercatori di Pitt includevano Yulia Tyurina, un assistente professore di Pitt di salute ambientale e del lavoro presso la Graduate School of Public Health, e Donna Stolz, un professore associato di biologia cellulare e fisiologia alla facoltà di medicina di Pitt; altri ricercatori provengono dal Karolinska Institute svedese, Trinity College in Irlanda, l'Istituto nazionale per la sicurezza e la salute sul lavoro, e la West Virginia University.
I nanotubi di carbonio sono rotoli spessi un atomo di grafite 100, 000 volte più piccolo di un capello umano ma più forte dell'acciaio. Sono usati per rinforzare la plastica, ceramica, o cemento; sono ottimi conduttori di elettricità e calore; e sono sensori chimici sensibili. Però, la superficie di un nanotubo contiene anche migliaia di atomi che potrebbero reagire con il corpo umano in modi sconosciuti. I test sui topi hanno dimostrato che l'inalazione di nanotubi provoca una grave infiammazione polmonare associata a un'insorgenza precoce di fibrosi. La durata dei tubi solleva ulteriori preoccupazioni per il corretto smaltimento e pulizia. Nel 2008, Star e Kagan hanno riportato in Nano Letters che i nanotubi di carbonio si deteriorano se esposti all'enzima vegetale perossidasi di rafano, ma la loro ricerca si è concentrata sulla pulizia dopo fuoriuscite accidentali durante la produzione o nell'ambiente.
Per lo studio in corso, i ricercatori si sono concentrati sull'MPO umano perché funziona tramite il rilascio di acidi e ossidanti forti, simili alle sostanze chimiche utilizzate per abbattere i nanotubi di carbonio. Hanno prima incubato breve, nanotubi a parete singola in una soluzione di hMPO e perossido di idrogeno:il perossido di idrogeno fa scintille e sostiene l'attività di hMPO per 24 ore, dopo di che la struttura e l'ingombro del tubo erano completamente degenerati. I nanotubi degeneravano ancora più velocemente quando alla soluzione veniva aggiunto cloruro di sodio per produrre ipoclorito, un forte composto ossidante noto per abbattere i nanotubi.
Dopo aver stabilito l'efficacia dell'hMPO nella degradazione dei nanotubi di carbonio, il team ha sviluppato una tecnica per indurre i neutrofili ad attaccare i nanotubi catturandoli ed esponendoli all'enzima. Hanno impiantato un campione di nanotubi con anticorpi noti come immunoglobuline G (IgG), che li ha resi bersagli specifici dei neutrofili. Dopo 12 ore, Il 100% dei nanotubi di IgG è stato degradato rispetto al 30% di quelli senza IgG. I ricercatori hanno anche testato la capacità dei macrofagi, un altro globulo bianco, per abbattere i nanotubi, ma dopo due giorni solo il 50 per cento dei tubi era degenerato.
Nei successivi test di laboratorio, il tessuto polmonare esposto ai nanotubi degradati per sette giorni ha mostrato un cambiamento trascurabile rispetto al tessuto non esposto. D'altra parte, il tessuto esposto a nanotubi non trattati ha sviluppato una grave infiammazione.
