Une étude internationale basée à l'Université de Pittsburgh fournit la première identification d'une enzyme humaine qui peut biodégrader les nanotubes de carbone - les matériaux super résistants trouvés dans les produits de l'électronique aux plastiques - et dans des tests de laboratoire ont compensé les effets potentiellement nocifs sur la santé d'être exposé au minuscule Composants, selon les résultats publiés en ligne dans Nature Nanotechnologie .
Les résultats pourraient ouvrir la porte à l'utilisation des nanotubes de carbone comme outil d'administration de médicaments sûr et pourraient également conduire au développement d'un traitement naturel pour les personnes exposées aux nanotubes, que ce soit dans l'environnement ou sur le lieu de travail, l'équipe a rapporté. Les chercheurs ont découvert que les nanotubes de carbone dégradés avec l'enzyme humaine myéloperoxydase (hMPO) ne produisaient pas l'inflammation pulmonaire que les nanotubes intacts ont provoqué. Par ailleurs, neutrophiles, les globules blancs qui contiennent et émettent de la hMPO pour tuer les micro-organismes envahisseurs, peut être dirigé pour attaquer spécifiquement les nanotubes de carbone.
"L'application médicale réussie des nanotubes de carbone repose sur leur dégradation efficace dans le corps, mais les nanotubes de carbone sont également notoirement durables, " a déclaré le chercheur principal Valerian Kagan, professeur et vice-président du département de santé environnementale et professionnelle de la Graduate School of Public Health de Pitt. "La capacité de l'hMPO à biodégrader les nanotubes de carbone révèle que cette dégradation fait partie d'une réponse inflammatoire naturelle. La prochaine étape consiste à développer des méthodes pour stimuler cette réponse inflammatoire et reproduire le processus de biodégradation à l'intérieur d'un organisme vivant."
Kagan et son groupe de recherche ont dirigé l'équipe de plus de 20 chercheurs de quatre universités ainsi que les groupes de laboratoire d'Alexander Star, professeur adjoint de chimie à la Pitt's School of Arts and Sciences, et Judith Klein-Seethharaman, professeur adjoint de biologie structurale à la Pitt's School of Medicine. D'autres chercheurs de Pitt comprenaient Yulia Tyurina, un professeur assistant Pitt de santé environnementale et professionnelle à la Graduate School of Public Health, et Donna Stolz, professeur agrégé de biologie cellulaire et de physiologie à la faculté de médecine de Pitt; d'autres chercheurs sont de l'Institut Karolinska de Suède, Trinity College en Irlande, l'Institut national de la sécurité et de la santé au travail, et l'Université de Virginie-Occidentale.
Les nanotubes de carbone sont des rouleaux de graphite 100 d'une épaisseur d'un atome, 000 fois plus petit qu'un cheveu humain mais plus résistant que l'acier. Ils sont utilisés pour renforcer les plastiques, céramique, ou béton; sont d'excellents conducteurs d'électricité et de chaleur; et sont des capteurs chimiques sensibles. Cependant, la surface d'un nanotube contient également des milliers d'atomes qui pourraient réagir avec le corps humain de manière inconnue. Des tests sur des souris ont montré que l'inhalation de nanotubes entraînait une inflammation pulmonaire sévère associée à un début précoce de fibrose. La durabilité des tubes soulève des inquiétudes supplémentaires concernant l'élimination et le nettoyage appropriés. En 2008, Star et Kagan ont rapporté dans Nano Letters que les nanotubes de carbone se détériorent lorsqu'ils sont exposés à l'enzyme végétale peroxydase de raifort, mais leurs recherches se sont concentrées sur le nettoyage après des déversements accidentels lors de la fabrication ou dans l'environnement.
Pour l'étude en cours, les chercheurs se sont concentrés sur la MPO humaine car elle agit via la libération d'acides forts et d'oxydants, similaires aux produits chimiques utilisés pour décomposer les nanotubes de carbone. Ils ont d'abord incubé à court, nanotubes à paroi simple dans une solution de hMPO et de peroxyde d'hydrogène - le peroxyde d'hydrogène déclenche et maintient l'activité de hMPO - pendant 24 heures, après quoi la structure et la masse du tube avaient complètement dégénéré. Les nanotubes ont dégénéré encore plus rapidement lorsque du chlorure de sodium a été ajouté à la solution pour produire de l'hypochlorite, un composé oxydant fort connu pour décomposer les nanotubes.
Après avoir établi l'efficacité du hMPO dans la dégradation des nanotubes de carbone, l'équipe a développé une technique pour inciter les neutrophiles à attaquer les nanotubes en les capturant et en les exposant à l'enzyme. Ils ont implanté un échantillon de nanotubes avec des anticorps appelés immunoglobulines G (IgG), ce qui en fait des cibles spécifiques des neutrophiles. Après 12 heures, 100 pour cent des nanotubes d'IgG étaient dégradés contre 30 pour cent de ceux sans IgG. Les chercheurs ont également testé la capacité des macrophages, un autre globule blanc, décomposer les nanotubes, mais au bout de deux jours, seulement 50 pour cent des tubes avaient dégénéré.
Dans des tests de laboratoire ultérieurs, le tissu pulmonaire exposé aux nanotubes dégradés pendant sept jours présentait un changement négligeable par rapport au tissu non exposé. D'autre part, les tissus exposés à des nanotubes non traités ont développé une inflammation sévère.
