Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng một số hạt nano thường được sử dụng ảnh hưởng tiêu cực đến nhịp tim, nhịp điệu và giá trị ECG của tim thử nghiệm.
Sử dụng một trái tim thử nghiệm bị cô lập từ một loài gặm nhấm, lần đầu tiên các nhà khoa học có thể chỉ ra rằng một số hạt nano có tác động tiêu cực và có thể đo được đối với tim. Các hạt nano được sản xuất các hạt - với chiều rộng nhỏ hơn nhiều so với tóc người - hiện được sử dụng phổ biến trong nhiều sản phẩm hiện đại như kem chống nắng, và cũng được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu liên quan đến các sản phẩm trong tương lai, ví dụ như các loại thuốc trong tương lai.
Những nhà khoa học này đến từ Helmholtz Zentrum Muenchen và Technische Universitaet Muenchen (TUM). Họ đã sử dụng một trái tim Lagendorff làm trái tim thử nghiệm. Khi tiếp xúc với một loạt các hạt nano nhân tạo phổ biến, tim đã phản ứng với một số loại nhất định với nhịp tim tăng, rối loạn nhịp tim và các giá trị ECG được điều chỉnh điển hình của bệnh tim.
Titanium dioxide - được sử dụng trong kem chống nắng và sơn trắng - và silicon dioxide dẫn đến tăng nhịp tim lên tới 15% với các giá trị ECG thay đổi không bình thường hóa, ngay cả sau khi tiếp xúc với hạt nano đã kết thúc. Hình ảnh này cho thấy các hạt nano Ti02 được phủ carbon, được phát triển cho pin lithium ion. Tín dụng hình ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne
Reinhard Nießner, Giám đốc Viện Hóa học Thủy điện tại TUM, giải thích:
Chúng tôi sử dụng trái tim như một máy dò. Bằng cách này, chúng ta có thể kiểm tra xem các hạt nano cụ thể có ảnh hưởng đến chức năng tim hay không. Một lựa chọn như vậy không tồn tại cho đến nay.
Nießner, Andreas Stampfl và nhóm đã công bố nghiên cứu của họ vào ngày 1 tháng 6 năm 2011, về vấn đề ACS Nano.
Các hạt nano nhân tạo có sức lan tỏa trong cuộc sống hiện đại. Nhưng ảnh hưởng của chúng đối với sức khỏe của chúng ta và các cơ chế mà chúng ảnh hưởng đến cơ thể vẫn bị che giấu trong bí ẩn.
Ống nano carbon. Tín dụng hình ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne
Trong nhiều thập kỷ, các nghiên cứu trên bệnh nhân tim đã chỉ ra rằng vật chất hạt có ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống tim mạch. Tuy nhiên, vẫn chưa rõ liệu các hạt nano gây thiệt hại trực tiếp hay gián tiếp - ví dụ, thông qua các quá trình trao đổi chất hoặc phản ứng viêm.
Các nhà khoa học có thể sử dụng trái tim thử nghiệm để làm sáng tỏ cơ chế mà các hạt nano ảnh hưởng đến nhịp tim. Để làm điều này, họ đã tăng cường thiết lập thử nghiệm Langendorff sườn để cho phép dung dịch dinh dưỡng (thứ này thay thế máu cho thí nghiệm) để đưa trở lại vào vòng lặp khi nó bay qua tim. Điều này cho phép các nhà khoa học theo dõi các chất do tim giải phóng và hiểu được phản ứng của tim với các hạt nano.
Một trái tim Langendorff thiết lập. Tín dụng hình ảnh: Andreas Stampfl / ACS Nano
Theo Stampfl và Nießner, rất có khả năng chất dẫn truyền thần kinh noradrenaline chịu trách nhiệm cho việc tăng nhịp tim do các hạt nano mang lại. Noradrenaline được giải phóng bởi các đầu dây thần kinh ở thành trong của tim. Nó làm tăng nhịp tim và cũng đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống thần kinh trung ương - một gợi ý rằng các hạt nano cũng có thể có tác động gây hại ở đó.
Stampfl và nhóm của ông đã sử dụng mô hình trái tim của họ để kiểm tra các hạt nano carbon đen và titan dioxide, cũng như carbon tạo ra tia lửa, phục vụ như một mô hình cho các chất ô nhiễm trong không khí bắt nguồn từ quá trình đốt cháy diesel. Ngoài ra, họ đã thử nghiệm silicon dioxide, các loại Aerosil silicas khác nhau (được sử dụng làm chất làm đặc trong mỹ phẩm) và polystyrene.
Carbon đen, carbon tạo ra tia lửa, titan dioxide và silicon dioxide dẫn đến sự gia tăng nhịp tim lên đến 15 phần trăm với các giá trị ECG thay đổi không bình thường hóa, ngay cả sau khi tiếp xúc với hạt nano đã kết thúc. Aerosil silicas và polystyrene không cho thấy bất kỳ ảnh hưởng nào đến chức năng tim.
Một kính hiển vi điện tử quét đã chụp hình ảnh các hạt nano bạch kim này trên các mặt của ống nano chuẩn độ strontium. Tín dụng hình ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne
Trong nghiên cứu y học, hạt nano nhân tạo ngày càng được triển khai như phương tiện vận chuyển. Bề mặt lớn của chúng (so với khối lượng của chúng) cung cấp nơi lắp ghép lý tưởng cho các tác nhân hoạt động. Các hạt nano vận chuyển các tác nhân hoạt động đến đích của chúng trong cơ thể con người (ví dụ, một khối u). Hầu hết các nguyên mẫu ban đầu của các thùng chứa nano nano như vậy là dựa trên carbon hoặc silicat. Cho đến nay, tác dụng của các chất này đối với cơ thể con người phần lớn chưa được biết đến. Do đó, mô hình tim mới có thể đóng vai trò là cơ quan thử nghiệm để giúp chọn các loại hạt không ảnh hưởng đến tim theo cách tiêu cực.
Các hạt nano nhân tạo cũng được sử dụng trong nhiều sản phẩm công nghiệp - một số trong số đó trong nhiều thập kỷ. Kích thước nhỏ và bề mặt lớn của chúng làm cho các hạt này trở nên độc đáo. Chẳng hạn, diện tích bề mặt lớn của titan dioxide (TiO2) dẫn đến chỉ số khúc xạ lớn làm cho chất này có màu trắng rực rỡ. Do đó, nó thường được sử dụng trong sơn phủ màu trắng hoặc làm chất ngăn chặn tia cực tím trong kem chống nắng. Cái gọi là muội than cũng là một hạt nano được sử dụng rộng rãi (chủ yếu trong lốp xe hơi và nhựa) với hơn 8 triệu tấn được sản xuất hàng năm. Kích thước nhỏ của các hạt nano này (chúng chỉ có chiều ngang 14 nanomet) khiến chúng rất phù hợp với thuốc nhuộm, như trong máy in và máy sao chép.
Nießner nói:
Điều tiếp theo chúng tôi muốn làm là tìm hiểu tại sao một số hạt nano ảnh hưởng đến chức năng của tim, trong khi những thứ khác không ảnh hưởng đến tim.
Cả quá trình sản xuất và hình dạng có thể đóng một vai trò quan trọng. Các nhà khoa học có kế hoạch nghiên cứu sâu hơn để kiểm tra bề mặt của các loại hạt nano khác nhau và sự tương tác của chúng với các tế bào của thành tim.
Điểm mấu chốt: Các nhà khoa học Reinhard Nießner, Andreas Stampfl và nhóm nghiên cứu từ Helmholtz Zentrum Muenchen và Technische Universitaet Muenchen (TUM) đã có thể hiển thị - lần đầu tiên - một số loại hạt nano có thể đo lường được và ảnh hưởng tiêu cực đến tim. Nghiên cứu của họ xuất hiện trên tạp chí ACS Nano ngày 1 tháng 6 năm 2011. Công trình này có thể chỉ ra cho các nhà nghiên cứu loại hạt nano nào không được sử dụng trong các sản phẩm.