我们的肺每天都暴露在大量有害的空气颗粒中。纳米颗粒由于体积小，即使在一次吸入后，也可能到达人类肺部敏感的肺泡区，并引发炎症，长期接触可导致心脏病、脑损伤和肺癌等严重疾病。在制造过程中，有毒纳米颗粒可能在材料的生产、加工、降解或燃烧过程中释放到环境中。尽管纳米毒理学模型取得了进展，但目前无论是体外还是硅检测工具都不能可靠地预测不良结果或替代体内检测。为了促进将更安全的材料引入我们的生活，需要新的测试策略来预测工业纳米颗粒在制造过程之前和过程中的潜在毒性。
解锁细胞机制
在Helmholtz Munchen中心，托拜厄斯·斯托格博士的研究小组正专注于改进对纳米颗粒和肺细胞之间相互作用的机理的理解，特别是考虑到由此产生的炎症。在合作伙伴来自欧盟SmartNanoTox项目中,研究小组发现,对某些材料的长期的炎症反应一个接触纳米颗粒可以来自两个细胞的关键事件是迄今为止未知的:首先,隔离过程的沉积排泄固定纳米颗粒的复合材料与生物分子在细胞表面包裹。第二，所谓的纳米循环，即纳米颗粒在不同肺泡肺细胞之间的运动。
“有了这些新见解，我们开发了一种更深入全面的方法来研究肺部炎症反应是如何来自微粒-细胞的相互作用的。”能够确定这两个关键事件的起源并定量地描述它们是一个突破，因为它帮助我们建立了预测方法。”Stoger说。
更接近安全设计材料的发展
研究人员仅使用来自体外测量的一小组数据，并将其与硅建模相结合，就纳米颗粒的毒性收集了见解，并设法预测了与15种选定材料相关的肺部炎症谱(从急性到慢性)。斯托格补充说:“能够做出这样的预测意味着我们向设计出安全的材料又迈进了一步。这将对新材料的安全性、速度和成本效益产生深远影响。”
额外好处:无动物试验
目前，安全性测试主要依赖于动物研究。虽然动物实验对于机械和慢性毒理学研究仍然是必不可少的，但它们不太适合在新材料的设计安全生产中进行预测试验。本研究引入了一种替代的无动物测试策略，能够进行高通量测试，并可与硅建模相连接。