Tutkimus

Tutkijat havaitsivat, että eri lajit reagoivat molekyylitasolla nanohiukkasiin samalla tavalla

Julkaistu 10.5.2023

Tampereen yliopisto

Kuvituskuva: Giusy del Giudice / Tampereen yliopisto.

Elävät organismit altistuvat päivittäin erilaisissa tuotteissa ja ilmansaasteissa oleville nanohiukkasille. Tampereen yliopiston tutkijat analysoivat satoja nanohiukkasaltistuksia ja saivat selville, että eri lajeilla on samanlainen epigeneettinen molekyylivaste hiukkasille. Tutkijoiden löytämä mekanismi selittää, miten solut ja organismit sopeutuvat pitkäaikaiseen altistumiseen nanokokoisille materiaaleille.

Tampereen yliopiston FHAIVE-tutkimuskeskuksen (Finnish Hub for Development and Validation of Integrated Approaches) tutkijat ovat löytäneet uuden, useille lajeille yhteisen vastemekanismin nanohiukkasille altistumiselle. Väitöskirjatutkija Giusy del Giudice analysoi laajaa nanomateriaaleihin kohdistuvaa molekyylivastetta koskevaa tietoaineistoa ja löysi epigeneettisen, jo esi-isiltämme peräisin olevan puolustusmekanismin, joka selittää, miten eri lajit ihmisistä yksinkertaisempiin olentoihin sopeutuvat ajan myötä tämäntyyppiseen altistumiseen.

Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnan bioinformatiikan professori Dario Grecon koordinoiman tutkimuksen tulokset esitellään tieteellisessä artikkelissa An Ancestral Molecular Response to Nanomaterial Particulates, joka julkaistiin äskettäin arvostetussa Nature Nanotechnology -tiedelehdessä.

– Olemme ensimmäistä kertaa osoittaneet, että nanohiukkasille on olemassa erityinen vaste, joka liittyy niiden nano-ominaisuuksiin. Tutkimuksemme antaa lisätietoa siitä, miten eri lajit reagoivat hiukkasiin samalla tavalla. Ehdotamme ratkaisua yksi kemikaali – yksi vaste -ongelmaan, joka tällä hetkellä rajoittaa toksikogenomiikan käyttöä kemikaaliturvallisuuden arvioinnissa, kertoo Greco, joka toimii myös FHAIVE:n johtajana.

Nanohiukkaset vaikuttavat immuunipuolustukseen

Tutkimuksen vaikutukset ulottuvat toksikologian alaa laajemmalle. Koronaviruspandemian aikana immuunivasteen aktivoitumisen merkitys korostui virusinfektion kliinisen lopputuloksen ennustamisessa. Alueilla, joilla ilmansaasteita oli eniten, koronaviruksen vaikutukset väestöön olivat vakavampia.

– Tutkimuksemme tulokset paljastavat tärkeän yhteyden elävien eliöiden peruspuolustusmekanismien ja niiden immuunitoimintojen ymmärtämisen välillä, Greco sanoo.

– Tutkimuksen mukaan mikä tahansa lääkkeille tai viruksille altistuminen tai infektio jättää jäljen immuunijärjestelmään ja tämä jälki vaikuttaa elimistön tapaan reagoida vastaisuudessa. Meillä on nyt todisteita, että hiukkasetkin pohjustavat immuunijärjestelmäämme, tieteellisen artikkelin pääkirjoittaja Giusy del Giudice kertoo.

Jo pitkään on tiedetty, että ilmansaasteet vaikuttavat haitallisesti hengityselimiin, mutta vasta äskettäin Francis Crick -instituutin tutkijat osoittivat niiden aiheuttavan keuhkosyöpää tupakoimattomilla henkilöillä. Hiukkasten vaikutus immuunijärjestelmän toimintaan on osoitettu niin koronaviruksen kuin keuhkosyövän tapauksessa.

– Hiukkasten ja immuunijärjestelmän aktivoitumisen välinen yhteys on äärimmäisen tärkeä, ja se voi johtaa ratkaiseviin epidemiologisiin vaikutuksiin., del Giudice jatkaa.

Askel planetaarisen terveyden suuntaan

COVID-19-pandemia nosti esille myös planetaarisen terveyden käsitteen: sen mukaan kaikki maapallon elävät organismit ovat yhteydessä toisiinsa, ja vaikutukset yhteen lajiin tulevat ennen pitkää leviämään myös muihin. Tutkimuksen tulokset avaavat tältä osin myös uusia mahdollisuuksia laatia integroituja malleja, jotka ennustavat kemiallisen altistuksen vaikutuksia useisiin lajeihin kerralla.

– Tuloksemme viittaavat tähän suuntaan kuvaamalla monille lajeille yhteisiä puolustusmekanismeja kaikkien lajien universaalissa elämän puussa, del Giudice lisää.

Nanoteknologialla on tärkeä rooli monilla aloilla biolääketieteestä energiaan ja ilmastoon. Modernit nanomateriaalit ovat kemiallisia aineita tai materiaaleja, joiden hiukkaskoko on vain 1–100 nanometriä eli kolmannes ihmisen hiuksen paksuudesta.

Tällä hetkellä nanomateriaaleja löytyy tuhansista kuluttajatuotteista. Niiden terveys- ja ympäristövaikutusten testaaminen perinteisellä eläin- tai in vitro -kokeisiin perustuvalla, fenotyyppimuutoksia altistuksessa seuraavalla toksikologialla olisi hidasta ja työlästä.

– Emme voi testata kaikkia uusia nanomateriaaleja kaikilla mahdollisilla lajeilla. Tarvitsemme innovatiivisia tapoja arvioida mahdollisia vaarallisia tuotteita luotettavasti ja mahdollisimman nopeasti. Tutkimuksestamme saatu tieteellinen näyttö voi auttaa kehittämään uusia malleja, jotka eivät vaadi suuria määriä eläinkokeita, Greco sanoo.

Tutkimus oli osa NanoSolveIT-projektia, jossa luodaan laskennallisia malleja valmistettujen nanomateriaalien ympäristöterveyden ja -turvallisuuden testaamiseksi. FHAIVE johti tutkimusta, johon osallistui tutkijoita yliopistoista ympäri Eurooppaa sekä Yhdysvalloista, Australiasta, Etelä-Afrikasta, Japanista ja Etelä-Koreasta. FHAIVE:ssa kehitetään myös vaihtoehtoja eläinkokeille kansallisella tasolla.