• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Organisk kemi01. 01. 2014 | Katrine Meyn

Nanopartiklers interaktion med lungesurfaktant

Organisk kemi01. 01. 2014 By Katrine Meyn

I forbindelse med indånding af visse nanopartikler kan naturlige overfladeaktive stoffer, lungesurfaktant, i lungens væskefilm påvirkes. Hvis lungesurfaktanten neutraliseres hurtigere end ny dannes, kan det medføre nedsat lungefunktion, og i værste fald give anledning til en livsfarlig sammenklapning af lungerne.

Læs originalartiklen her

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1/2, 2014 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Se relaterede artikler nederst på siden.

Af Jorid B. Sørli1, Tashi Chhoden1,2, Per A. Clausen1, Jitka S. Hansen1, Asger W. Nørgaard1, Frants R. Lauritsen2 og Søren T. Larsen1
1 Dansk Center for Nanosikkerhed, Det Nationale Forskningscenter for Arbejdsmiljø, København. 2 Institut for Fysik, Kemi og Farmaci, Syddansk Universitet, Odens
e

I denne artikel ser vi nærmere på hvad lungesurfaktant er, hvornår interaktioner mellem nanomaterialer og surfaktant kan forekomme og hvordan sådanne interaktioner kan analyseres.

Hvad er lungesurfaktant?
Lungesurfaktant dækker den indre overflade af de yderste grene af luftvejene, alveolerne og de terminale bronkioler. Surfaktantens funktion er at nedsætte overfladespændingen af den væskefilm, som dækker lungen, og dermed sikre at lungerne ikke klapper sammen. Lungesurfaktant består primært af fosfolipider og surfaktantproteiner – en kombination som sætter surfaktanten i stand til at fungere i et dynamisk system. Under vejrtrækningen øges og reduceres lungens overflade, hvilket medfører at surfaktantfilmen skiftevis strækkes og komprimeres. Ved afslutning af en udånding opnår lungen en minimal overflade, dvs. tætheden af surfaktantmolekyler er maksimal. Den deraf følgende meget lave overfladespænding forhindrer, at alveolerne klapper sammen. Når lungen efter indånding er helt udspilet, er surfaktantfilmen strakt maksimalt og dens overfladespændingsreducerende effekt dermed markant nedsat. Det medfører, at der skal en større kraft til at udvide alveolerne, hvilket igen er med til at forhindre overudspiling af alveolerne.
Lungesurfaktant er en helt vital del af lungerne, og en nedsat funktion af surfaktantlaget kan medføre besværet vejrtrækning og i alvorlige tilfælde livstruende lungekollaps. Mangelfuld dannelse af lungesurfaktant var tidligere den primære årsag til død blandt for tidligt fødte børn, men nu behandles tilstanden effektivt ved at tilføre surfaktantekstrakt fra f.eks. grise- eller kalvelunger.

Bestanddele i lungesurfaktant
Lungesurfaktant er en kompleks blanding af forskellige fosfolipider, hydrofile og hydrofobe surfaktant-associerede proteiner og kolesterol. Den vigtigste overfladeaktive komponent er fosfolipidet dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC) samt de to hydrofobe surfaktantproteiner SP-B og SP-C, som er indlejret i fosfolipidfilmen. Proteinerne er afgørende for lungesurfaktantens dynamiske egenskaber.

Lungesurfaktantens interaktion med partikler og kemiske stoffer
Når indåndede partikler deponeres i lungen, kan de interagere fysisk med fosfolipid og protein som danner en såkaldt corona rundt om partiklen (figur 1). Derved kan de pågældende komponenters surfaktantegenskaber reduceres. Samtidig vil en corona ændre partiklens overflade, hvilket igen kan føre til ændrede toksikologiske egenskaber. Både store og små partikler giver anledning til coronadannelse, men da partiklernes specifikke overfladeareal (overfladeareal/masseenhed) stiger, når partiklerne bliver mindre, vil nanopartikler have en relativ stor overflade, som kan coates med surfaktanter. Nanopartikler kan således ”neutralisere” en større mængde fosfolipid eller protein pr. vægtenhed sammenlignet med større partikler. Samtidig er nanopartikler så små, at en stor fraktion vil kunne transporteres med indåndingsluften helt ud i de yderste afsnit af lungerne – der hvor lungesurfaktanten befinder sig. Partiklernes fysisk-kemiske egenskaber, herunder hydrofilitet/lipofilitet og ladning, spiller sandsynligvis en rolle for, om og i givet fald, hvilke surfaktantkomponenter, der vil adsorberes til partikeloverfladen.

Måling af interaktion og dens konsekvenser
Da en interaktion mellem partikler og lungesurfaktant kan have helbredsmæssige konsekvenser, er vi interesserede i at finde ud af, hvilke stoffer og partikeltyper der kan interagere med surfaktantkomponenter, og undersøge hvilke fysiologiske konsekvenser en evt. interaktion kan have.

Kemisk analyse af materialer adsorberet til nanopartikler
For at finde ud af hvilke surfaktantkomponenter der adsorberes til partikeloverfladen, benytter vi MALDI-TOF MS (Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation Time-Of-Flight Mass Spectrometry), som er velegnet til analyse af store molekyler som polymerer og proteiner/peptider i komplekse matricer. Således kan teknikken anvendes til at måle, hvilke organiske molekyler der er adsorberet til overfladen af nanopartikler, uden at nanopartiklerne interfererer med målingen. I vores undersøgelser er det netop de adsorberende egenskaber af forskellige fremstillede nanopartikler, der er af interesse.
Én af udfordringerne er at udvikle en metode, som gør det muligt at måle, hvor meget og hvordan forskellige surfaktantkomponenter binder til forskellige typer nanopartikler.
I et indledende forsøg blev surfaktant (præparatet Alveofact®) sat til en suspension af TiO2-nanopartikler, som efterfølgende blev spundet ned. Bundfaldet blev derefter analyseret med MALDI-TOF. Via analyse af supernatanten ved vi, at koncentrationen af DPPC i supernatanten reduceres efter tilsætning af nanopartiklerne. MALDI-spektret af bundfaldet (figur 2, øverst) viser en tydelig top ved m/z 756, når TiO2 tilsættes. En top som ikke findes i kontrollen uden TiO2 -nanopartikler (figur 2, nederst). Signalet ved m/z 756 er karakteristisk for natrium-adduktet [M+Na]+ af DPPC, som er en af hovedkomponenterne i Alveofact®. Det ser således ud til, at vi kan udfælde nanopartikler med surfaktantkomponenter bundet til partiklen. Dog er reproducerbarheden i vores forsøg ikke tilfredsstillende, og der forestår således et større optimeringsarbejde af analysemetoden.

Måling af surfaktantfunktion
For at vurdere om en evt. interaktion mellem surfaktant og indåndede materialer kan have fysiologiske konsekvenser, kan man benytte sig af flere metoder til at måle surfaktantens funktionalitet under både statiske og dynamiske forhold. Et såkaldt constrained drop surfactometer (CDS) kan simulere de dynamiske forhold i alveolen. En lille dråbe lungesurfaktant deponeres i et lufttæt kammer, hvor atmosfæren kan kontrolleres, så den i videst mulig omfang afspejler miljøet i en alveole. Dråbens volumen varieres på en sådan måde, at man simulerer graden og frekvensen af overfladeændringen i alveolen. Samtidig er det muligt at tilslutte f.eks. en aerosolgenerator til CDS’en, således at man kan få (nano)partikler til at deponere på overfladen af ”alveolen”. Instrumentet måler overfladespændingen i real-time og giver derfor hurtigt et billede af, hvordan det indåndede stof påvirker surfaktantfunktionen i alveolerne. Vha. CDS-teknikken kan et stort antal nanomaterialer screenes og rangstilles ift. deres evne til at påvirke surfaktantfunktionen.
Håbet er, at studiet vil give ny viden om, hvilke fysisk-kemiske egenskaber der giver anledning til interaktion og deraf følgende påvirkning af surfaktantfunktion.

Forfatterne skylder en stor tak til Arbejdsmiljøforskningsfonden for økonomisk støtte.
Faktaboks. Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation Time-Of-Flight MS
MALDI-TOF fungerer ved at beskyde matricemolekyler, som ofte er et benzosyrederivat, med en UV-laser i høj-vakuum. Herved ioniseres matricemolekylerne og ladning kan overføres til vores analyt, som så accelereres i et elektrisk felt og flyver igennem massespektrometrets analysator. Den tid, analyt-ionen er om at flyve igennem massespektrometret, er proportional med kvadratroden af ionens masse, heraf betegnelsen ”Time-Of-Flight” (TOF).

Illustrator: Carsten Valentin. Hentet fra Claus Estrup m.f.: Idræt C – teori i praksis – iBog®. Systime, 2013.

Figur 1. Proteincorona. Nanopartikel delvist dækket af protein, hvorved proteinets funktion kan ændres. Samtidig vil proteincoronaen ændre partikeloverfladen, således at f.eks. de toksiske egenskaber ændres.
Billedet er gengivet med tilladelse fra professor Nielhaus fra Karlsruhe Institute of Technology [http://www.kit.edu/visit/1838_450.php]
Figur 2. MALDI-spektre af lungesurfaktantpræparatet Alveofact®. Analysen viser en ekstra top ved m/z 756, ved tilstedeværelsen af TiO2-nanopartikler (øverste spektrum), som ikke er der i kontrollen uden TiO2 -nanopartikler (nederste spektrum). Denne top er natrium-adduktet af DPPC. Toppene ved m/z 650 og 672 er hhv. det protonerede molekyle og natrium-addukt af den interne standard PC(13:0/13:0); 1,2-didodecanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin.

Skrevet i: Organisk kemi

Seneste nyt fra redaktionen

Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

Analytisk kemiArtikler fra Dansk KemiTop09. 05. 2025

Advances in chemical ionization mass spectrometry can improve our understanding of atmospheric composition. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Varun Kumar, Institut for

Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

AktueltArtikler fra Dansk KemiBioteknologi02. 05. 2025

Oldgamle CO2-ædende mikroorganismer kan fange CO2 direkte fra skorstensrøg og omdanne kulstoffet til grønne molekyler. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mads Ujarak Sieborg1 og

Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø28. 04. 2025

Tilstedeværelsen af PFAS-forbindelser skyldes ikke kun lokale kilder, men de kan langtransporteres i luften til selv meget fjerntliggende arktiske egne. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

AktueltMedicinalkemi21. 04. 2025

I dag er det frem med nålen, hvis man er i behandling med diverse former for fedme-medicin. Det hæmmer imidlertid udbredelsen på specielt asiatiske og afrikanske markeder, hvor der er en udtalt nålefobi. Derfor arbejder det danskstiftede biotekselskab Pila Pharma med at få udvikle deres

Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

AktueltBioteknologiFødevarekemi07. 04. 2025

NitroVolt, en dansk biotech-virksomhed, vil vende produktionen af ammoniak på hovedet. I stedet for den velkendte løsning, der bygger på den energitunge Haber-Bosch-proces, vil produktionen nu foregå i en container, der fx kan stå direkte ude hos en landmand. Ammoniak til kunstgødning er en slags

En EU-historie om nomenklatur – og ginseng til hunde, katte og heste!

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi01. 04. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6, 2024 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Læs originalartiklen her Nomenklaturudvalget får indimellem henvendelser om dansk kemisk nomenklatur fra de oversættere i EU, hvis opgave det er at oversætte EU-lovgivning på

Tysk elektrolyseanlæg er som det første i verden blevet integreret direkte i kemisk produktion

AktueltEnergi31. 03. 2025

Efter en byggeperiode på omkring to år, er BASF nye 54 megawatt elektrolyseanlæg blevet indviet. Udover at være Tyskland største, med en kapacitet til at producere op til 8.000 ton grøn brint årligt, skriver det også historie på et andet område. Brinten skal primært anvendes som råmateriale i

Dansk innovation blander sig i toppen over lande med de fleste patentansøgninger

AktueltBranchenyt31. 03. 2025

Danske virksomheder er fortsat nogle af de mest aktive i Europa til at innovere. Det viser nye tal fra Den Europæiske Patentmyndighed, EPO, som udsteder patenter, der kan dække i op til 45 lande. Vestas, Novozymes og Danmarks Tekniske Universitet har leveret de største bidrag til, at Danmark kan

Ny grundbog tager studerende på videregående uddannelser ind i den basale kemi

Branchenyt26. 03. 2025

Hvad er kemi? Hvad er de teoretiske perspektiver ved kemi? Og hvordan påvirker kemi vores hverdagsliv? Det er udgangspunktet for en ny grundbog til de studerende på de videregående uddannelser, som giver en introduktion til almen, uorganisk og organisk kemi. Bogen gennemgår, hvordan stoffer,

Nedrivningsarbejdere i kontakt med PCB slipper med skrækken – kun lave niveauer i blodet

Arbejdsmiljø/IndeklimaKlima og miljø25. 03. 2025

Ingen alarm, men hold fokus på sikkerhed og hygiejne. Den besked blev givet til 62 medarbejdere, som forskere fra Det Nationale Forskningscenter for Arbejdsmiljø (NFA) har fulgt over to år. Forskerne har undersøgt niveauerne af miljøgiften PCB i blodet hos nedrivere, der blandt andet har arbejdet

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Ved du, hvornår det er tid til at vedligeholde, udskifte eller flytte dit opsamlingskar?

  • DENIOS ApS

    3 sikkerhedsfunktioner, du skal kigge efter på dit opsamlingskar

  • Holm & Halby

    VidensDage 2025: To dage i videnskabens og fremtidens tegn

  • Holm & Halby

    Holm & Halby deltager i Europe Biobank Week 2025

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    LabDays – Almost sold out

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch på IFFA 2025: Vacuum Diagnostics til intelligente vakuumløsninger til kødforarbejdning

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    NYHED: IKA er tilbage med IKA Specials tilbudsavis

  • DENIOS ApS

    Glemmer du service? Her er konsekvenserne

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Vakuumsystemer: En guide til turn-key projekter

  • DENIOS ApS

    Tid til serviceeftersyn?

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

    09.05.2025

  • Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

    02.05.2025

  • Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

    28.04.2025

  • Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

    21.04.2025

  • Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

    07.04.2025

  • En EU-historie om nomenklatur – og ginseng til hunde, katte og heste!

    01.04.2025

  • Tysk elektrolyseanlæg er som det første i verden blevet integreret direkte i kemisk produktion

    31.03.2025

  • Dansk innovation blander sig i toppen over lande med de fleste patentansøgninger

    31.03.2025

  • Ny grundbog tager studerende på videregående uddannelser ind i den basale kemi

    26.03.2025

  • Nedrivningsarbejdere i kontakt med PCB slipper med skrækken – kun lave niveauer i blodet

    25.03.2025

  • Styrkelse af nyfundet gen kan gøre kartoflen resistent over for svampeangreb

    24.03.2025

  • Fra forskning i nanosikkerhed til mere sikker håndtering af nanomaterialer i det danske arbejdsmiljø

    21.03.2025

  • Dansk forbud mod PFAS er lige på trapperne – indsigelsesfrist mod 2024-aftale er overskredet

    20.03.2025

  • Flere elbiler og mindre ammoniak kan nu måles i en form af en bedre luftkvalitet

    19.03.2025

  • Forskere står bag hybridost med 25 procent ærteprotein – men med samme smag og tekstur

    18.03.2025

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik