Veiliger ontwerp van koperoxide nanodeeltjes

Onderzoekers van het RIVM hebben samengewerkt met buitenlandse partners. Samen zochten ze naar methoden om nanomaterialen minder schadelijk te maken. Dit heet ook wel Safe(r)-by-Design. In dit geval hebben de onderzoekers verschillende laagjes aangebracht op het oppervlak van koperoxide nanodeeltjes. Een laagje van polyethyleenimine gaf de deeltjes een positieve lading. Een ascorbaatlaagje gaf juist een negatieve lading. Het onderzoek is gefinancierd via het EU Europese Unie (Europese Unie)-H2020 project SUN en het Strategisch Programma RIVM.

Testresultaten met cellen leken veelbelovend

In een voorstudie hebben de onderzoekers gekweekte cellen van het immuunsysteem gebruikt. Deze macrofagen spelen een belangrijke rol bij het verwijderen van deeltjes uit lichaam. Ze nemen deeltjes op en proberen die af te breken. De resultaten van deze testen lieten verschillen zien tussen de deeltjes. Negatief geladen nanodeeltjes leidden tot minder celdood dan koperoxide nanodeeltjes zonder zo’n laagje. Door de negatieve lading nemen de macrofagen minder deeltjes op.

Positief geladen nanodeeltjes bleken juist tot meer celdood te leiden. Een positieve lading verhoogt juist de opname van nanodeeltjes door macrofagen. Dat leidt tot meer afbraakproducten van nanodeeltjes, in dit geval koperionen. Van koperionen is bekend dat zij tot celdood kunnen leiden.

Na inademing nanodeeltjes even schadelijk

De deeltjes zijn ook toegediend aan ratten. Daaruit bleek dat positief en negatief geladen koperoxidedeeltjes na inademing even schadelijk waren. Ook het biologische werkingsmechanisme dat leidt tot schadelijkheid was in beide gevallen hetzelfde. Na blootstelling kwamen processen op gang die een teken zijn van ontstekingen en celdeling. De hypothese dat de negatieve lading de deeltjes minder schadelijk maakt, ging dus niet op in levende dieren.

Een éénduidige verklaring voor deze resultaten is nog niet te geven. De onderzoekers denken dat de buitenste laag van het deeltje misschien verandert in een rattenlong. In de longvloeistof zijn biologische moleculen aanwezig die op het deeltje gaan zitten. Daardoor verdwijnt mogelijk het ladingsverschil en ook het verschil in opname door macrofagen. Dit is echter niet te meten in een dier. In een test zonder cellen die de afbraakomgeving van een macrofaag nabootst, losten beide deeltjes even snel op.

Aanleiding voor andere ontwerpen

Dit onderzoek laat zien dat een experiment met gekweekte cellen niet dezelfde resultaten hoeft te geven, als een test in een levend organisme. Dit kan helpen bij een Safe(r)-by-Design ontwerp. Nu meer bekend is over de manier waarop deze nanodeeltjes schade geven, liggen andere aanpassingen van de nanodeeltjes meer voor de hand. Laagjes die een sluitend omhulsel vormen op deeltjes kunnen misschien voorkomen dat er ionen vrijkomen. Wellicht maakt zo’n ontwerp de nanodeeltjes wel minder schadelijk.