Kunstlikud nanoosakesed muutuvad kaasaegses elus üha levinumaks. Kuid nende mõju meie tervisele ja mehhanismid, mille kaudu need mõjutavad inimkeha, on suuresti varjatud saladustega. Nn Langendorffi südant kasutades on Technische Universitaet Muencheni (TUM) ja Helmholtz Zentrum Muencheni teadlaste meeskond nüüd esimest korda näidanud, et valitud kunstlikel nanoosakestel on otsene mõju südame löögisagedusele ja südamerütmile.
Teadlased tutvustavad oma tulemusi ajakirjas ACS Nano.
Arvestades kasvavat nõudlust kunstlike nanoosakeste järele meditsiinis ja tööstuses, on oluline, et tootjad mõistaksid, kuidas need osakesed mõjutavad keha funktsioone ja millised mehhanismid on mängus – küsimused, mille kohta on olnud vähe teadmisi. Südamehaigetega tehtud uuringud on aastakümneid näidanud, et tahketel osakestel on negatiivne mõju südame-veresoonkonna süsteemile. Siiski jäi ebaselgeks, kas nanoosakesed kahjustavad otseselt või kaudselt, näiteks ainevahetusprotsesside või põletikuliste reaktsioonide kaudu. Keha reaktsioonid on lihts alt liiga keerulised.
Nn Langendorffi südant – vere asemel toitainelahusega loputatud isoleeritud närilise südant – suutsid Helmholtz Zentrum Müncheni ja TU Muencheni teadlased esimest korda näidata, et nanoosakestel on selge mõõdetav mõju südamele. Kokkupuutel rea sageli kasutatavate kunstlike nanoosakestega reageeris süda teatud tüüpi osakestele südamehaigustele tüüpiliste südame löögisageduse, südame rütmihäirete ja muudetud EKG väärtustega."Me kasutame südant detektorina, " selgitab TU Müncheni hüdrokeemia instituudi direktor professor Reinhard Nießner. "Nii saame testida, kas konkreetsed nanoosakesed mõjutavad südame tööd. Sellist võimalust seni polnud."
Teadlased saavad seda uut mudelisüdame kasutada ka selleks, et valgustada mehhanismi, mille kaudu nanoosakesed südame löögisagedust mõjutavad. Selleks täiustasid nad Langendorffi eksperimentaalset seadistust, et toitainelahus saaks pärast südame läbi lennamist ahelasse tagasi toita. See võimaldab teadlastel rikastada südamest vabanevaid aineid ja mõista südame reaktsiooni nanoosakestele.
Stampfli ja Nießneri sõnul on väga tõenäoline, et nanoosakeste põhjustatud südame löögisageduse suurenemise eest vastutab neurotransmitter noradrenaliin. Noradrenaliin vabaneb südame siseseina närvilõpmete kaudu. See suurendab südame löögisagedust ja mängib olulist rolli ka kesknärvisüsteemis – vihje, et nanoosakestel võib ka seal olla kahjulik mõju.
Stampfl ja tema meeskond kasutasid oma südamemudelit, et testida tahma ja titaandioksiidi nanoosakesi ning sädemete tekitatud süsinikku, mis on eeskujuks diislikütuse põlemisel tekkivatele õhusaasteainetele. Lisaks kasutatud ränidioksiid, erinevad Aerosil ränidioksiidid nt. paksendajatena kosmeetikas ja katsetati polüstüreeni. Tahm, sädemete tekitatud süsinik, titaandioksiid ja ränidioksiid põhjustasid südame löögisageduse tõusu kuni 15 protsenti muutunud EKG väärtustega, mis ei normaliseerunud isegi pärast nanoosakestega kokkupuute lõpetamist. Aerosil ränidioksiidid ja polüstüreen ei avaldanud mingit mõju südametalitlusele.
See uus südamemudel võib osutuda meditsiiniuuringutes eriti kasulikuks. Siin kasutatakse kunstlikke nanoosakesi üha enam transpordivahenditena. Nende olemuselt suured pinnad pakuvad toimeainetele ideaalset dokkimispinda. Seejärel transpordivad nanoosakesed toimeained nende sihtkohta inimkehas, nt.g. kasvaja. Enamik selliste "nanokonteinerite" esialgsetest prototüüpidest on süsiniku- või silikaadipõhised. Seni on nende ainete mõju inimorganismile suures osas teadmata. Uus südamemudel võib seega olla testorgan, mis aitab valida neid osakeste tüüpe, mis ei mõjuta südant negatiivselt.
Kunstlikke nanoosakesi kasutatakse ka paljudes tööstustoodetes – mõned neist juba aastakümneid. Nende väike suurus ja suured pinnad (võrreldes nende mahuga) annavad neile osakestele ainulaadsed omadused. Näiteks titaandioksiidi (TiO2) suur pindala põhjustab suure murdumisnäitaja, mis muudab aine hiilgav alt valgeks. Seetõttu kasutatakse seda sageli valgetes kattevärvides või UV-blokaatorina päikesekaitsekreemides. Nn tahm on samuti laialdaselt kasutatav nanoosake (peamiselt autorehvides ja plastides), mida toodetakse aastas üle 8 miljoni tonni. Nende nanoosakeste väiksus (nende läbimõõt on vaid 14 nanomeetrit) muudab need hästi sobivaks värvainetena, nt.g. printerites ja paljundusmasinates.
Nende täiustatud Langendorffi südamega on teadlased nüüd esimest korda välja töötanud mõõtmisseadme, mida saab kasutada nanoosakeste mõju analüüsimiseks terviklikule, puutumata elundile, ilma et seda mõjutaksid teiste organite reaktsioonid. Süda on eriti hea katseobjekt. "Sellel on oma impulsigeneraator, siinussõlm, mis võimaldab tal töötada väljaspool keha mitu tundi," selgitab Andreas Stampfl, uuringu esimene autor. "Lisaks saab südame löögisageduse ja EKG diagrammi abil südamefunktsiooni muutusi selgelt ära tunda."
"Nüüd on meil mudel kõrgema organi jaoks, mida saab kasutada kunstlike nanoosakeste mõju testimiseks, " selgitab Nießner edasi. "Järgmine asi, mida tahame teha, on välja selgitada, miks mõned nanoosakesed mõjutavad südame tööd, samas kui teised ei mõjuta südant üldse." Olulist rolli võivad mängida nii tootmisprotsess kui ka kuju. Seetõttu plaanivad teadlased täiendavaid uuringuid, et uurida erinevat tüüpi nanoosakeste pindu ja nende koostoimeid südameseina rakkudega.
