À luz da crescente demanda por nanopartículas artificiais na medicina e na indústria, é importante que os fabricantes entendam como essas partículas influenciam as funções corporais e quais mecanismos estão em ação - questões para as quais há escassez de conhecimento.

Estudos em pacientes cardíacos mostram há décadas que o material particulado tem um efeito negativo no sistema cardiovascular. Ainda, não ficou claro se as nanopartículas causam danos direta ou indiretamente, por exemplo, por meio de processos metabólicos ou reações inflamatórias. As reações do corpo são simplesmente muito complexas.

Usando o chamado coração Langendorff - um coração de roedor isolado lavado com uma solução nutritiva no lugar do sangue - os cientistas do Helmholtz Zentrum Muenchen e do TU Muenchen foram, pela primeira vez, capazes de mostrar que as nanopartículas têm um efeito claramente mensurável no coração . Quando exposto a uma série de nanopartículas artificiais comumente usadas, o coração reagiu a certos tipos de partículas com um aumento da frequência cardíaca, arritmia cardíaca e valores modificados de ECG que são típicos de doenças cardíacas. "Usamos o coração como detector, "explica o professor Reinhard Nießner, Diretor do Instituto de Hidroquímica da TU Muenchen. "Desta forma, podemos testar se nanopartículas específicas têm efeito sobre a função cardíaca. Essa opção não existia até agora."

Os cientistas também podem usar este novo modelo de coração para esclarecer o mecanismo pelo qual as nanopartículas influenciam a frequência cardíaca. Para fazer isso, eles aprimoraram a configuração experimental de Langendorff para permitir que a solução nutritiva seja realimentada no ciclo, uma vez que tenha voado pelo coração. Isso permite aos cientistas enriquecer as substâncias liberadas pelo coração e entender a reação do coração às nanopartículas.

De acordo com Stampfl e Nießner, é muito provável que o neurotransmissor noradrenalina seja responsável pelo aumento da freqüência cardíaca provocado pelas nanopartículas. A noradrenalina é liberada pelas terminações nervosas da parede interna do coração. Ele aumenta a frequência cardíaca e também desempenha um papel importante no sistema nervoso central - uma dica de que as nanopartículas também podem ter um efeito prejudicial nesse local.

Stampfl e sua equipe usaram seu modelo de coração para testar nanopartículas de negro de fumo e dióxido de titânio, bem como carbono gerado por faíscas, que serve de modelo para poluentes transportados pelo ar provenientes da combustão de diesel. Além disso, dióxido de silício, diferentes sílicas Aerosil utilizadas, e. como agentes espessantes em cosméticos, e poliestireno foram testados. Negro de fumo, carbono gerado por faíscas, o dióxido de titânio e o dióxido de silício levaram a um aumento na frequência cardíaca de até 15 por cento com valores alterados de ECG que não normalizaram, mesmo após o término da exposição às nanopartículas. As sílicas Aerosil e poliestireno não mostraram qualquer efeito na função cardíaca.

Esse novo modelo de coração pode ser particularmente útil na pesquisa médica. Aqui, nanopartículas artificiais estão cada vez mais sendo implantadas como veículos de transporte. Suas superfícies intrinsecamente grandes fornecem bases de encaixe ideais para agentes ativos. As nanopartículas então transportam os agentes ativos para o seu destino no corpo humano, por exemplo. um tumor. A maioria dos protótipos iniciais de tais "nano containers" são baseados em carbono ou silicato. Até aqui, o efeito dessas substâncias no corpo humano é amplamente desconhecido. O novo modelo de coração poderia, portanto, servir como um órgão de teste para ajudar a selecionar os tipos de partículas que não afetam o coração de forma negativa.

Nanopartículas artificiais também são usadas em muitos produtos industriais - alguns deles há décadas. Seu pequeno tamanho e suas grandes superfícies (em comparação com seu volume) conferem a essas partículas características únicas. A grande área de superfície do dióxido de titânio (TiO2), por exemplo, leva a um grande índice de refração que faz a substância parecer branca e brilhante. Portanto, é frequentemente usado em tintas de revestimento brancas ou como um bloqueador de UV em filtros solares. O chamado negro de fumo também é uma nanopartícula amplamente utilizada (principalmente em pneus e plásticos de automóveis), com mais de 8 milhões de toneladas produzidas anualmente. O pequeno tamanho dessas nanopartículas (medem apenas 14 nanômetros de diâmetro) torna-as adequadas como corantes, por exemplo. em impressoras e copiadoras.

Com seu coração Langendorff aprimorado, os pesquisadores desenvolveram, pela primeira vez, uma configuração de medição que pode ser usada para analisar os efeitos das nanopartículas em um sistema completo, órgão intacto, sem ser influenciado pelas reações de outros órgãos. O coração é um objeto de teste particularmente bom. "Ele tem seu próprio gerador de impulso, o nó sinusal, permitindo que funcione fora do corpo por várias horas, "Andreas Stampfl, primeiro autor do estudo, explica. "Além disso, alterações na função cardíaca podem ser claramente reconhecidas usando a frequência cardíaca e o gráfico de ECG. "

“Agora temos um modelo de órgão superior que pode ser usado para testar a influência de nanopartículas artificiais, "Nießner explica melhor." A próxima coisa que queremos fazer é descobrir por que algumas nanopartículas influenciam a função cardíaca, enquanto outros não influenciam em nada o coração. "Tanto o processo de fabricação quanto a forma podem desempenhar um papel importante. Portanto, os cientistas planejam estudos adicionais para examinar as superfícies de diferentes tipos de nanopartículas e suas interações com as células da parede cardíaca.