Un nuovo studio trova motivo di cautela - una chiara comparsa di tossicità - nelle formulazioni di prodotti di nanomateriali, ma fornisce anche una prima tecnica di test che potrebbe aiutare l'industria a continuare ad andare avanti.

In una scoperta a sorpresa, I chimici dell'Università dell'Oregon e i tossicologi dell'Oregon State University hanno scoperto che le nanoparticelle d'oro biocompatibili e i tensioattivi ampiamente utilizzati, ciascuno precedentemente considerato sicuro come componenti individuali, diventano tossici per gli embrioni di zebrafish quando si combinano in modo sinergico.

Il sinergico, o effetto moltiplicativo, è stato scoperto quando si utilizza un nuovo sistema di consegna durante il test dei nanomateriali, il gruppo di ricerca di quattro membri ha notato in un articolo pubblicato online il 26 aprile e in stampa il 26 giugno in ACS Nano .

"Anni dopo aver dimostrato che questi materiali erano i più benigni e tra i meno tossici che abbiamo mai visto, abbiamo fatto questi esperimenti con i tensioattivi e abbiamo scoperto che, in questo caso, erano tossici, ", ha affermato il coautore Jim Hutchison del Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'UO.

"Il nostro nuovo studio ci dà un campanello d'allarme, " ha detto. "Questa non è la prima volta che le persone hanno visto la tossicità della miscela, ma ci ricorda che due cose sicure mescolate insieme non significano che la miscela sia sicura".

Non è chiaro, Egli ha detto, se la tossicità nel pesce zebra suggerisce una minaccia per la salute umana.

Nell'infanzia della nanotecnologia, i tossicologi hanno consegnato a mano nanoparticelle al pesce zebra usando pipette. Hutchison e il coautore dell'OSU, Robert Tanguay, avevano precedentemente scoperto che le nanoparticelle inorganiche e i tensioattivi, individualmente, non erano tossici per il pesce zebra.

Però, il passaggio all'automazione, utilizzando dispositivi simili a stampanti a getto d'inchiostro per iniettare rapidamente materiali che impiegano piccole quantità di tensioattivo per controllare la dimensione delle goccioline erogate, ha portato effetti imprevisti.

Il nuovo studio ha trovato un tasso di mortalità dell'88% di embrioni di zebrafish esposti a nanoparticelle d'oro mescolate con polisorbato 20, mentre la somministrazione tramite pipetta delle sole nanoparticelle ha provocato solo il 3% di tossicità.

I polisorbati sono tensioattivi ed emulsionanti comunemente usati nei detersivi per bucato, lozioni abbronzanti, cosmetici e gelati. Il team ha anche riscontrato una tossicità sinergica utilizzando altri due tensioattivi comuni, polisorbato 80 e sodio dodecil solfato.

Nel progetto, i ricercatori hanno riesaminato la tossicità delle nanoparticelle che erano state studiate nell'ambito della Safer Nanomaterials and Nanomanufacturing Initiative, finanziato dall'Air Force Research Laboratory. La National Science Foundation e il National Institutes of Health hanno sostenuto il recente lavoro.

La causa della tossicità sinergica è stata scoperta quando i materiali sono stati analizzati con la spettroscopia NMR ordinata per diffusione, un adattamento della risonanza magnetica nucleare che rivela come si muovono le particelle, o diffuso, in soluzione.

Con l'aggiunta di quantità crescenti di tensioattivi, i ricercatori hanno osservato che le particelle si diffondono più lentamente perché il tensioattivo si assembla all'esterno delle nanoparticelle d'oro, portando ad un aumento sia dell'assorbimento che della tossicità, guidato dalla struttura superficiale, nel pesce zebra.

"Il nostro metodo NMR ci ha permesso di affermare che questa tossicità sinergica è davvero correlata all'interazione di questi due materiali benigni e che genera qualcosa di più tossico, "Ha detto Hutchison.

L'approccio di screening rapido utilizzato nella ricerca, Egli ha detto, potrebbe servire come metodo di screening precoce. Permetterebbe aggiustamenti nelle formulazioni o la riprogettazione dei singoli ingredienti prima che siano stati fatti grandi investimenti, per garantire che i prodotti siano sicuri, ha detto Hutchison.

"Zebrafish ha dimostrato di essere un potente modello di laboratorio di screening ad alto rendimento che ci aiuta a scoprire rapidamente se le miscele chimiche sono pericolose, " ha detto Tanguay. "Non è un essere umano, ma le somiglianze biologiche tra l'uomo e il pesce zebra sono notevolmente alte, quindi i risultati nel pesce zebra spesso predicono i rischi umani".

Hutchison e Tanguay sono conosciuti a livello internazionale per essere stati pionieri nell'uso della chimica verde, nota anche come chimica sostenibile, nella progettazione di nanoparticelle. La tecnica sfrutta i principi di progettazione molecolare per produrre sostanze chimiche più sicure, ridurre la tossicità e ridurre al minimo gli sprechi.

Aurora L. Ginzburg, uno studente di dottorato UO che lavora sulla sintesi di nanoparticelle d'oro per usi biomedici, ha guidato gli sforzi di analisi utilizzando le apparecchiature del Centro per la caratterizzazione avanzata dei materiali dell'UO in Oregon, noto come CAMCOR. Lisa Truong, vicedirettore del Sinnhuber Aquatic Research Laboratory dell'OSU, è stato anche coautore. Il suo obiettivo è utilizzare il modello di zebrafish evolutivo per valutare la sicurezza delle sostanze chimiche e dei prodotti in commercio.