Nossos pulmões são expostos a uma infinidade de partículas perigosas no ar diariamente. Nanopartículas, devido ao seu pequeno tamanho, pode atingir a região alveolar sensível do pulmão humano e desencadear a inflamação mesmo após uma única inalação, levando a doenças graves, como doenças cardíacas, danos cerebrais e câncer de pulmão por exposição prolongada. Na manufatura, nanopartículas tóxicas podem ser liberadas no meio ambiente durante a produção, em processamento, degradação ou combustão de materiais. Apesar dos avanços nos modelos de nanotoxicologia, atualmente, nem ferramentas de teste in vitro nem in silico podem prever resultados adversos de forma confiável ou substituir o teste in vivo. Para facilitar a introdução de materiais mais seguros em nossas vidas, novas estratégias de teste são necessárias para prever a toxicidade potencial de nanopartículas industriais antes e durante o processo de fabricação.

Desbloqueando os mecanismos celulares

Na Helmholtz Zentrum München, o grupo de pesquisa do Dr. Tobias Stöger está se concentrando em uma melhor compreensão mecanística das interações entre as nanopartículas e as células pulmonares, especialmente em vista da inflamação resultante. Em cooperação com parceiros do projeto SmartNanoTox EU, o grupo de pesquisa descobriu que, para certos materiais, a resposta inflamatória de longa duração a uma única exposição a uma nanopartícula pode se originar de dois eventos-chave celulares que eram até agora desconhecidos:primeiro, o processo de quarentena, que é a deposição de compostos imóveis excretados de nanopartículas envoltas em moléculas biológicas na superfície da célula. Segundo, o chamado ciclo de nanomateriais, que envolve o movimento das nanopartículas entre diferentes tipos de células pulmonares alveolares.

"Com esses novos insights, desenvolvemos uma abordagem abrangente mais profunda sobre como uma resposta inflamatória no pulmão se origina de interações célula-partícula. Ser capaz de identificar a origem desses dois eventos principais e descrevê-los quantitativamente foi um grande avanço, pois nos ajudou a construir nosso método de previsão ", diz Stöger.

Um passo mais perto do desenvolvimento de materiais com design seguro

Usando apenas um pequeno conjunto de dados de medições in vitro e combinando-os com modelagem in silico, os pesquisadores reuniram insights sobre a toxicidade das nanopartículas e conseguiram prever o espectro da inflamação pulmonar (de aguda a crônica) associada a uma gama de 15 materiais selecionados. Stöger acrescenta:"Ser capaz de fazer tal previsão significa que podemos dar um passo mais perto de um desenvolvimento de material seguro por design. Isso terá profundas implicações na segurança, rapidez e economia de novos materiais. "

Benefício adicional:teste sem animais

Atualmente, os testes de segurança dependem fortemente de estudos em animais. Embora a experimentação animal ainda seja indispensável para estudos toxicológicos mecanísticos e crônicos, eles são menos adequados para testes preditivos dentro de uma produção segura de acordo com o projeto de novos materiais. Este estudo apresenta uma estratégia alternativa de teste sem animais, capaz de testes de alto rendimento e conectável com modelagem in silico.