Nanopartikel seltener Erden im Fokus
Berufsbedingte Exposition gegenüber seltenen Erden kann zu chronischen Lungenproblemen führen. Ein Team der UCLA hat nun die Toxizität von nanoskaligen Oxiden 10 seltener Erden untersucht. In einem sauren Gemisch, repräsentativ für die Bedingungen in einem Zell-Lysosom, reagierten sich lösende Ionen seltener Erden mit Phosphaten. In Lysosomen von Makrophagen könnte dies zu einer Entfernung von Phosphaten aus der Lipid-Doppelschicht führen. Dies wiederum könnte Entzündungsreaktionen auslösen. Beschichtet man die Partikel mit Phosphaten, kann der Effekt verhindert werden. Ob die Partikel damit auch ihre Funktion verlieren, muss noch erforscht werden. Bedeutend ist vor allem die Erkenntnis, dass Oxide seltener Erden gegenüber anderen Metalloxiden veränderte toxikologische Eigenschaften aufweisen.
Growing international exploitation of rare earth oxides (REOs) for commercial and biological use has increased the possibility of human exposure and adverse health effects. Occupational exposure to rare earth materials in miners and polishers leads to a severe form of pneumoconiosis, while gadolinium-containing MRI contrast agents cause nephrogenic systemic fibrosis in patients with renal impairment. The mechanisms for inducing these adverse pro-fibrogenic effects are of considerable importance for the safety assessment of REO particles as well as presenting opportunities for safer design. In this study, using a well-prepared REO library, we obtained a mechanistic understanding of how REOs induce cellular and pulmonary damage by a compartmentalized intracellular biotransformation process in lysosomes that results in pro-fibrogenic growth factor production and lung fibrosis. We demonstrate that rare earth oxide ion shedding in acidifying macrophage lysosomes leads to biotic phosphate complexation that results in organelle damage due to stripping of phosphates from the surrounding lipid bilayer. This results in nanoparticle biotransformation into urchin shaped structures and setting in motion a series of events that trigger NLRP3 inflammasome activation, IL-1ß release, TGF-ß1 and PDGF-AA production. However, pretreatment of REO nanoparticles with phosphate in a neutral pH environment prevents biological transformation and pro-fibrogenic effects. This can be used as a safer design principle for producing rare earth nanoparticles for biological use.
Quellen:
Chemical & Engineering News. Artikel: Researchers Study How Rare-Earth Nanoparticles Trigger Inflammation
Li, Ruibin, et al. "Surface Interactions with Compartmentalized Cellular Phosphates Explains Rare Earth Oxide Nanoparticle Hazard and Provides Opportunities for Safer Design." ACS nano (2014).
Bildquelle: Peggy Greb, US department of agriculture
Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte: