Modele matematyczne do projektowania bezpiecznych nanocząstek
Nanomateriały zrewolucjonizowały wiele dziedzin, od energetyki po medycynę. Naukowcy korzystający ze wsparcia finansowego UE opracowali modele matematyczne do przewidywania ryzyka, przeznaczone do projektowania nanocząstek i zapewniania ich bezpieczeństwa dla ludzi i środowiska.Złożoność materiałów sprawia, że modelowanie jest szybszą, tańszą i dokładniejszą od testów metodą oceny ich aktywności biologicznej i toksyczności.
W ramach finansowanego przez UE projektu NANOTRANSKINETICS (Modelling basis and kinetics of nanoparticle interaction with membranes, uptake into cells, and sub-cellular and inter-compartmental transport) opracowano modele matematyczne uwzględniające cztery najważniejsze poziomy transportu i kinetyki nanocząstek w układach biologicznych.
Pierwszym z nich jest wpływ płynów biologicznych na właściwości fizykochemiczne nanocząstek. Na przykład po wniknięciu do płynu biologicznego wokół nanocząstki może wytworzyć się korona biomolekularna, wynikająca z adhezji białek i lipidów ze środowiska biologicznego. Korona biomolekularna wpływa następnie na oddziaływania nanocząstki z komórkami i tkankami.
Oceniano ponadto oddziaływania nanocząstek z macierzą międzykomórkową i błonami komórkowymi, kinetykę wychwytu przez komórki, transport wewnątrzkomórkowy i dystrybucję w obrębie komórki. Ostatnim poziomem modelowanych oddziaływań jest kinetyka nanocząstek podczas przechodzenia przez bariery biologiczne, takie jak bariera krew-mózg.
Uzyskano znaczące postępy w modelowaniu na wszystkich czterech poziomach. Dzięki licznym, wyspecjalizowanym doświadczeniom, w których korzystano w danych mikroskopowych na temat oddziaływania nanocząstek z komórkami przy jednoczesnym zastosowaniu tworzonych modeli zaowocowały obszernym zestawem danych wysokiej jakości.
Projekt sprzyjał zacieśnieniu współpracy między badaczami i ekspertami z tej dziedziny. Wybrano spośród uzyskanych danych najważniejsze wskaźniki, zastosowano je w modelach i wprowadzono do baz danych. Badacze zwalidowali też modele wykorzystując dane fizykochemiczne z mapowania epitopów w koronach i modeli wątroby in vitro, aby opisać oddziaływania z receptorami komórkowymi.
Zestaw praktycznych zastosowań wyników projektu pozwoli przewidywać tworzenia się kompleksów nanocząstek. Wyniki te zostały przekazane uczestnikom innych finansowanych przez UE projektów wraz z czynnikami niezbędnymi do odtworzenia doświadczalnych zestawów danych.
Wpływ na ludzi i środowiskowo wielu stosowanych lub przygotowywanych do wprowadzenia na rynek nanocząstek jest w dużej mierze nieznany. Narzędzia do modelowania powstałe podczas projektu NANOTRANSKINETICS są odpowiedzią na naglącą potrzebę oceny toksyczności nanomateriałów. Dają też podstawy do projektowania i regulacji prawnych dotyczących nanocząstek w przyszłości, aby zapewnić bezpieczeństwo ich użytkowania.
Źródło: www.crodis.europa.eu
W ramach finansowanego przez UE projektu NANOTRANSKINETICS (Modelling basis and kinetics of nanoparticle interaction with membranes, uptake into cells, and sub-cellular and inter-compartmental transport) opracowano modele matematyczne uwzględniające cztery najważniejsze poziomy transportu i kinetyki nanocząstek w układach biologicznych.
Pierwszym z nich jest wpływ płynów biologicznych na właściwości fizykochemiczne nanocząstek. Na przykład po wniknięciu do płynu biologicznego wokół nanocząstki może wytworzyć się korona biomolekularna, wynikająca z adhezji białek i lipidów ze środowiska biologicznego. Korona biomolekularna wpływa następnie na oddziaływania nanocząstki z komórkami i tkankami.
Oceniano ponadto oddziaływania nanocząstek z macierzą międzykomórkową i błonami komórkowymi, kinetykę wychwytu przez komórki, transport wewnątrzkomórkowy i dystrybucję w obrębie komórki. Ostatnim poziomem modelowanych oddziaływań jest kinetyka nanocząstek podczas przechodzenia przez bariery biologiczne, takie jak bariera krew-mózg.
Uzyskano znaczące postępy w modelowaniu na wszystkich czterech poziomach. Dzięki licznym, wyspecjalizowanym doświadczeniom, w których korzystano w danych mikroskopowych na temat oddziaływania nanocząstek z komórkami przy jednoczesnym zastosowaniu tworzonych modeli zaowocowały obszernym zestawem danych wysokiej jakości.
Projekt sprzyjał zacieśnieniu współpracy między badaczami i ekspertami z tej dziedziny. Wybrano spośród uzyskanych danych najważniejsze wskaźniki, zastosowano je w modelach i wprowadzono do baz danych. Badacze zwalidowali też modele wykorzystując dane fizykochemiczne z mapowania epitopów w koronach i modeli wątroby in vitro, aby opisać oddziaływania z receptorami komórkowymi.
Zestaw praktycznych zastosowań wyników projektu pozwoli przewidywać tworzenia się kompleksów nanocząstek. Wyniki te zostały przekazane uczestnikom innych finansowanych przez UE projektów wraz z czynnikami niezbędnymi do odtworzenia doświadczalnych zestawów danych.
Wpływ na ludzi i środowiskowo wielu stosowanych lub przygotowywanych do wprowadzenia na rynek nanocząstek jest w dużej mierze nieznany. Narzędzia do modelowania powstałe podczas projektu NANOTRANSKINETICS są odpowiedzią na naglącą potrzebę oceny toksyczności nanomateriałów. Dają też podstawy do projektowania i regulacji prawnych dotyczących nanocząstek w przyszłości, aby zapewnić bezpieczeństwo ich użytkowania.
Źródło: www.crodis.europa.eu
Tagi: model, bezpieczenstwo, nanoczasteczka
wstecz Podziel się ze znajomymi