Un toxicologue du Laboratoire national de Los Alamos et une équipe multidisciplinaire de chercheurs ont documenté les dommages cellulaires potentiels causés par les "fullerènes" - en forme de ballon de football, molécules en forme de cage composées de 60 atomes de carbone. L'équipe a également noté que ce type particulier de dommages pourrait laisser espérer un traitement de la maladie de Parkinson, La maladie d'Alzheimer, ou même le cancer.
La recherche est parue récemment dans Toxicologie et pharmacologie appliquée et représente la toute première observation de ce type pour les fullerènes sphériques, également connu sous le nom de buckyballs, qui tirent leurs noms de feu Buckminster Fuller car ils ressemblent au concept de dôme géodésique qu'il a popularisé.
Nanoparticules de carbone modifiées, qui comprennent des fullerènes, sont de plus en plus utilisés dans le monde. Chaque buckyball est une cage squelettique de carbone de la taille d'un virus. Ils montrent un potentiel pour créer plus fort, des structures plus légères ou agissant comme de minuscules mécanismes d'administration de médicaments de synthèse ou d'antibiotiques, entre autres utilisations. Environ quatre à cinq tonnes de nanoparticules de carbone sont fabriquées chaque année.
« Les nanomatériaux sont la révolution du 21ème siècle, " a déclaré le toxicologue de Los Alamos Rashi Iyer, principal responsable de la recherche et coauteur de l'article. « Nous allons devoir vivre avec eux et composer avec eux, et la question devient, « Comment allons-nous maximiser notre utilisation de ces matériaux et minimiser leur impact sur nous et sur l'environnement ? »"
Iyer et auteur principal Jun Gao, également toxicologue de Los Alamos, exposé des cellules de peau humaine cultivées à plusieurs types distincts de buckyballs. Les différences entre les buckyballs résident dans la disposition spatiale des courtes branches de molécules sortant de la structure principale de buckyball. Une variante de buckyball, dite configuration "tris", avait trois branches moléculaires de la structure principale sur un hémisphère; une autre variante, dite configuration "hexa", avait six branches de la structure principale dans un arrangement à peu près symétrique; le dernier type était un buckyball ordinaire.
Les chercheurs ont découvert que les cellules exposées à la configuration tris subissaient une sénescence prématurée, ce qui pourrait être décrit comme un état d'animation suspendue. En d'autres termes, les cellules ne sont pas mortes comme les cellules devraient normalement, ils ne se sont pas non plus divisés ou augmentés. Cet arrêt du cycle de vie cellulaire naturel après exposition aux buckyballs configurés en tris peut compromettre le développement normal des organes, conduisant à la maladie dans un organisme vivant. En bref, les tris buckyballs étaient toxiques pour les cellules de la peau humaine.
De plus, les cellules exposées à l'arrangement tris ont provoqué des réponses uniques au niveau moléculaire, ce qui suggère que les tris-fullerènes peuvent potentiellement interférer avec les réponses immunitaires normales induites par les virus. L'équipe poursuit actuellement des recherches pour déterminer si les cellules exposées à cette forme de fullerènes peuvent être plus sensibles aux infections virales.
Ironiquement, la découverte pourrait également conduire à une nouvelle stratégie de traitement pour lutter contre plusieurs maladies débilitantes. Dans des maladies comme la maladie de Parkinson ou la maladie d'Alzheimer, les cellules nerveuses meurent ou dégénèrent en un état non fonctionnel. Un mécanisme pour induire la sénescence dans des cellules nerveuses spécifiques pourrait retarder ou éliminer l'apparition des maladies. De la même manière, une maladie comme le cancer, qui se propage et se développe grâce à la réplication non régulée des cellules cancéreuses, pourrait être combattu par la sénescence induite. Cette stratégie pourrait empêcher les cellules de se diviser et donner aux médecins plus de temps pour tuer les cellules anormales.
En raison de la taille minuscule des nanomatériaux, le principal danger qui leur est associé a été l'inhalation potentielle, semblable à l'inquiétude suscitée par l'exposition à l'amiante.
"Déjà, d'un point de vue toxicologique, cette recherche est utile car elle montre que si vous avez le choix d'utiliser un tris- ou un hexa-arrangement pour une application impliquant des buckyballs, l'hexa-arrangement est probablement le meilleur choix, ", a déclaré Iyer. "Ces études peuvent fournir des orientations pour la conception et le développement de nouveaux nanomatériaux."
Ces résultats sont issus d'une étude (Shreve, Wang, et Iyer) financés pour comprendre les interactions entre les buckyballs et les membranes biologiques. Le Laboratoire national de Los Alamos a joué un rôle proactif en lançant un programme de bioévaluation des nanomatériaux dans le but d'assurer la sécurité de ses travailleurs en nanomatériaux tout en facilitant la découverte de hautes fonctions, nanomatériaux à faible impact biologique susceptibles de profiter aux missions de sécurité nationale. En plus de Gao et Iyer, le programme LANL comprend Jennifer Hollingsworth, Yi Jiang, Jian Song, Paul Welch, Hsing Lin Wang, Srinivas Iyer, et Gabriel Montano.
Les chercheurs du Laboratoire national de Los Alamos continueront de tenter de comprendre les effets potentiels de l'exposition aux nanomatériaux de la même manière que Los Alamos était un leader mondial dans la compréhension des effets des rayonnements au début de l'histoire du laboratoire. Les travailleurs de Los Alamos utilisant des nanomatériaux continueront de suivre des protocoles qui offrent le plus haut degré de protection contre une exposition potentielle.
Entre temps, La recherche de Los Alamos sur les nanomatériaux fournit une mise en garde pour l'utilisation des nanomatériaux, ainsi que les premières bases de la protection des travailleurs. À l'heure actuelle, il n'y a pas de réglementation fédérale pour l'utilisation des nanomatériaux. La divulgation de l'utilisation par des entreprises ou des particuliers est volontaire. À mesure que l'utilisation des nanomatériaux augmente, la compréhension de leurs dangers potentiels devrait également s'améliorer.
