Lange, lige nanorør udfordrer kroppens forsvarssystem

Kulstofnanorør udløser en længerevarende betændelsestilstand og et efterfølgende akutfaserespons, når de kommer ned i lungerne på mus, og det øger risikoen for hjertekarsygdom og lungekræft. Det har en række undersøgelser vist. Men der mangler viden om, hvorfor det er sådan.

Danske forskere har derfor anvendt elektromikroskopi til at undersøge, hvordan to meget forskellige typer af kulstofnanorør interagerer med celler i lungerne på mus hhv. 1, 3 og 28 dage efter, at musene har fået nanorørene ned i lungerne. Begge var flervæggede kulstofnanorør – men den ene type var lang, lige og tyk, den anden kortere, tyndere og krøllet. 

Samme interaktion med celler i lungerne

De to typer kulstofnanorør så ud til at interagere på samme måde med celler i lungerne over tid. Få dage efter, at kulstofnanorørene kom ned i lungerne på mus, blev de optaget i skraldemandsceller (makrofager) i lungerne. Her var nanorørene klumpet sammen i cellernes vesikler, der er cellens transportpartikel, som fordeler stoffer rundt i cellen eller ud af cellen. Men 28 dage efter udsættelsen så det ud til, at en del af nanorørene var undsluppet fra vesiklerne. 

Den ene type nanorør bedre til at undslippe

28 dage efter, at musene havde fået nanorørene ned i lungerne, fandt forskerne igen begge typer af nanorør udenfor cellerne, men der var markant flere af de lange, lige kulstofnanorør. 

-Vores resultater tyder altså på, at lange, lige kulstofnanorør har lettere ved at undslippe fra vesiklerne end korte, krøllede nanorør. Det kan være årsagen til, at nogle typer af kulstofnanorør har asbestlignende effekter, hvis de kommer ned i lungerne på fx mus, forklarer Ulla Vogel. Hun er professor i nanosikkerhed og leder af Dansk Center for Nanosikkerhed ved NFA.

Resultater kontrolleret

Resultaterne fra elektronmikroskopien passer fint sammen med forskernes målinger af celler i lungevæske fra mus, der fik kulstofnanorørene placeret i lungerne. Begge typer kulstofnanorør forårsagede en langvarig betændelsestilstand i musenes lunger, og det passer fint sammen med at vi kunne genfinde kulstofnanorørene i lungevævet selv efter 28 dage. 

FIB-SEM bedre egnet til stive nanorør end TEM

I forbindelse med analysen af resultaterne viste det sig, at den anvendte metode, som hedder transmissions elektronmikroskopi (TEM), ikke var velegnet til at analysere prøver, der indeholder lange, stive flervæggede kulstofnanorør. 

- De lange, lige kulstofnanorør er så hårde, at den diamantkniv, vi bruger til at skære tynde skiver af præparaterne til mikroskopieringen, ikke kan skære dem over. Det betyder, at der kommer en masse artefakter på de elektronmikroskopiske billeder. I stedet kan man bruge skanningselektronmikroskopi kombineret med en fokuseret ionstråle (FIB-SEM), som giver flotte 3-dimensionelle billeder af kulstofnanorørene i lungevæv. Det er dog endnu mere arbejdskrævende end TEM, siger Ulla Vogel. 

Læs de videnskabelige artikler

• Købler C, Poulsen SS, Saber AT, Jacobsen NR, Wallin H, Yauk CL, Halappanavar S, Vogel U, Qvortrup K og Mølhave K. Time-dependent subcellular distribution and effects of carbon nanotubes in lungs of mice. PLOS ONE 2015;10(1):e0116481. doi:10.1371/journal.pone.0116481
• Købler C, Saber AT, Jacobsen NR, Wallin H, Vogel U, Qvortrup K & Mølhave K. FIB-SEM imaging of carbon nanotubes in mouse lung tissue. Anal Bioanal Chem 2014;406:3863–3873. DOI 10.1007/s00216-013-7566-x

Fakta om undersøgelsen

• Undersøgelsen er gennemført af Danmarks Tekniske Universitet og Dansk Center for Nanosikkerhed på NFA
• Artiklerne er en del af Carsten Kølpers ph.d.-afhandling 'Imaging of Nanostructures in Cells'
• Arbejdsmiljøforskningsfonden støtter Dansk Center for Nanosikkerhed økonomisk.

Læs eventuelt også

• ’Kulstofnanorør, der er meget forskellige, har næsten samme effekter på mus’ - nyhed offentliggjort på NFA's hjemmeside 12. august 2015.

Yderligere oplysninger

Professor Ulla Vogel, ubv@arbejdsmiljoforskning.dk, Danske Center for Nanosikkerhed på NFA.