Dansk studie: Nano-cocktail dræber leverceller på stribe
Mængden af produkter med metalnanopartikler er i hastig vækst. Hvor der for få år siden var få hundrede, er der flere tusinde i dag, fordi producenterne udnytter nanopartiklers unikke egenskaber.
F.eks. har sølvnano en bakteriedræbende effekt, og det anvender man verden over i plastre, skosåler, sportstøj, på indersiden af køleskabe, til mademballage, vandfiltre og i Sydkorea sågar på sutteflaskers prop og hårene på tandbørster.
Men brugen af metalnanopartikler som f.eks. sølvnano kan vise sig at være både sundheds- og miljøskadelig, advarer professor Frank Kjeldsen fra Institut for Biokemi og Molekylær Biologi ved Syddansk Universitet i Odense.
Et nyt studie fra hans forskergruppe viser nemlig, at biologien i celler bliver voldsomt forstyrret, når cellerne eksponeres samtidigt for sølvnanopartikler og kontaminanter – i dette tilfælde cadmium.
»Så når man vurderer, om nanopartikler er skadelige, bliver man nødt til at have in mente, at der i vores miljø findes andet end bare en isoleret nanopartikel,« siger Frank Kjeldsen til Ingeniøren.
Læs også: VIDEO: SDU-professor advarer mod synergieffekter ved nanopartikler
»Selvom der findes databaser i EU-regi og i Danmark over produkter med nanopartikler, foregår der en ureguleret brug af nanopartikler i alle mulige produkter, fordi nano nu er et buzzword. Det mener jeg bør stoppes. For al vores forskning indtil videre tyder på, at mange metalnanopartikler interagerer med celler og skader dem,« siger han.
De fleste forsøg afspejler ikke virkeligheden
Frank Kjeldsen og hans team har tidligere forsket i, hvordan størrelsen af nanopartikler påvirker celler. I det nye studie, hvor de har en EU-bevilling på 14 millioner kroner i ryggen, har de set på, om der kunne være nogle toksiske synergieffekter, når leverceller bliver udsat for sølvnanopartikler og andre kontaminanter.
Læs også: Dansk forsker: Nanosølv kan skade vores celler
»Stort set al forskning i dag går på at have kontrollerede systemer; en ren population af celler, som man så udsætter for velkarakteriserede nanopartikler. Men det afspejler ikke det miljø, som vi lever i,« fortæller Frank Kjeldsen.
I studiet har SDU derfor eksponeret leverceller for sølvnanopartikler samt cadmiumioner, som findes i miljøet over alt på Jorden. Først udsatte man leverceller for sølvnanopartikler, så udsatte man nogle andre leverceller for cadmiumioner alene, og til sidst blev leverceller udsat for både nanopartikler og cadmium.
Synergieffekten er markant
»Der så vi, at hvis celler blev udsat for både sølvnanopartikler og cadminumionpartikler samtidig, så steg antallet af celler, der blev påvirket kraftigt, og at det var meget større end de individuelle forsøg og summen af de to,« fastslår Frank Kjeldsen.
Læs også: Kobber-coatede kitler kan stoppe smitte på hospitaler
I forsøget så man på, hvor mange celler der var i live efter 24 timer. Ved nanosølv var 75 procent af cellerne levedygtige efter 24 timer. Ved cadmium var 88 procent af cellerne levedygtige. Men når cellerne blev udsat for en kombination af de to stoffer, var effekten særdeles kraftig, idet blot 28 procent af cellerne var levedygtige efter 24 timer.
»Der kan være forskellige forklaringer på det. Det kan være, at det handler om, hvordan optagelsen af de to forbindelser sker, når de er sammen. Vi ved, at nanopartikler kan have en indflydelse på cellemembranen, altså det der omkranser cellens interiør. Hvis den bliver mere permeabel, kan det øge optagelsen af cadmiumionerne, sådan at vi faktisk får en co-optagelse af cadmium sammen med sølv,« forklarer Frank Kjeldsen.
Følger proteinernes kamp
I forsøgene anvender forskerne massespektroskopi, ligesom de ved hjælp af proteindata for cellerne kan de se, hvilke proteiner der bliver påvirket. Dette afslører graden af toksicitet. Forskerne har her set noget, som aldrig er observeret tidligere:
De proteiner, der er optaget af at omsætte kulhydrater, som er en meget vigtig fødekilde for alle celler i vores krop, bliver inhiberet – altså hæmmet – når man udsætter cellerne for den nævnte nanococktail. Cellen forsøger så at kompensere for det, eftersom den skal bruge energi, og forsøger nu at forbrænde mere fedt. Det kan man se ved, at de enzymer, der er involveret i fedtforbrændingen, øges.
Læs også: Lovende resultater for grøn fremstilling af nanomaterialer
Forskerne kan også se en større andel af de frie radikaler, og at antallet af enzymer, der forsøger at bekæmpe de frie radikaler, øges. Det svarer til fund i andre cellestudier.
»Vi har ikke tidligere set, at cellen forsøger at lave en så kraftig adaption, fordi cellen ikke længere kan omsætte kulhydrater i samme omfang som tidligere. Det er selvfølgelig et rødt flag, når vi ser det samtidig med de her kontaminanter,« siger Frank Kjeldsen.
»Det skal undersøges nærmere, hvad samspillet er mellem nanopartikler og kontaminanter i miljøet, for det er jo ikke bare cadmium, men måske også andre tungmetaller i vores miljø, der kan påvirke cellerne, f.eks. kviksølv,« siger han.
Tror, det gælder både syge og raske celler
Studiet er i første omgang lavet i laboratoriet med leverkræftceller, som man normalt anvender til forskning, fordi de er lette at dyrke op og håndtere. Men nu skal forsøget gentages med raske leverceller, og man forventer at have et resultat klar inden for seks måneder.
»Der kan sagtens være en positiv forskel, for cancerceller er karakteriseret ved at have et højere forbrug af kulhydrater end normale celler. Men under alle omstændigheder så kan det ikke være godt for nogen celletyper, hvis en kombination af nanopartikler og tungmetaller hæmmer omsætningen af glykose. Så vi er overbeviste om, at vi også vil se synergieffekten i raske leverceller,« siger Frank Kjeldsen.
Effekten kan vise sig om få årtier
Foreløbig koncentrer man forskningen udelukkende omkring leverceller. Dér kan det spille ind, at leveren er et organ, der er godt til at klare stærk toksicitet.
»Jeg kan ikke sige med sikkerhed, at der vil være samme synergieffekt på andre celletyper, men mit bud vil være, at det desværre nok vil være det samme,« siger professoren.
Men hvis nanopartikler tilsyneladende har en så skadelig effekt på celler, når det kombineres med andre stoffer, hvorfor ser vi så ikke en sygdomseffekt?
»Det kan være, fordi dosis lige nu er for lave. Men man kan godt frygte, at hvis anvendelsen af nanopartikler bliver meget udbredt, bliver vores eksponering med tiden meget større, og så kan det få en betydning for vores sundhed. Men det er måske først noget, vi ser om 20-30 år,« påpeger Frank Kjeldsen.
Anbefaling: Tag andre miljøgifte i betragtning
Forskningsresultatet bliver publiceret i tidsskriftet Nanotoxicology, og på SDU håber man, at det vil få politikerne og myndighederne til at vågne op.
Læs også: Fremtidens præcisionslandbrug sprøjter nanogødning på markerne
»Studiet vil selvfølgelig have relevans til danskere og europæere, men studiet er globalt, så håbet er, at der kommer mere fokus på de her ting også i andre lande. For miljøgifte er typisk noget, der påvirker os alle,« siger Frank Kjeldsen.
»Vores anbefaling er, at når producenter i fremtiden ønsker at anvende nanopartikler i et produkt, er det ikke nok at synliggøre, at stoffet isoleret set ikke er skadeligt. For her har vi set, at effekten kan være vidtrækkende. Så man er nødt til at tage andre miljøgifte i betragtning, fordi de sammen måske kan øge effekten af toksicitet,« siger Frank Kjeldsen.
Nanoforskning i mus og udvikling af platform
Fundet betyder også, at forskerne nu er gået i gang med at undersøge, hvad der sker, når celler udsættes for to forskellige typer metalnanopartikler samtidig.
Sideløbende samarbejder man med Det Nationale Center for Arbejdsmiljø om et museforsøg, med inhalering af nanopartikler, hvor SDU også er i gang med at analysere prøverne.
Læs også: Dansk forskning forbinder dieseleksponering med ALS
Det forsøg indgår også i et projekt, hvor man forsøger at udvikle en platform, så man kan øge hastigheden af analyserne ved f.eks. at udvælge en række repræsentative proteiner i stedet for, som man gør i dag, at studere omkring 60 procent af cellernes 10-12.000 forskellige proteiner.
Hvis det lykkes, vil man kunne speede hastigheden i forskningen op uden at sænke niveauet af forskningen.
