• 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

Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemiTop23. 06. 2025

Franz Hofmeister opløste æggehvide i vandige saltopløsninger. En artikel fra 1888 beskriver, hvordan nogle ioner får proteiner til at udfælde, mens andre ioner har den modsatte effekt. Fødevarekemien bruger stadig Hofmeister, men langt mere nuanceret. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3,

Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi17. 06. 2025

Hvis kløvergræs skal kunne anvendes som ny ressource til udvinding af fødevareproteiner, kan membranteknologi være vejen frem. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mette Lübeck, Mads

Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi09. 06. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) I år fejrer man internt i IUPAC 20-året for offentliggørelsen af The Red Book (i det følgende blot "RB2005") med anbefalinger vedrørende

Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

AktueltArtikler fra Dansk KemiGrøn omstilling02. 06. 2025

Hvor rent er CO2 fra CO2-fangst? Og hvor dyrt er det at oprense CO2? Denne artikel giver indsigt i nogle af udfordringerne ved at implementere en global CO2 infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø26. 05. 2025

Kontinuerlige, kvalitetssikrede målinger af kemiske, fysiske og biologiske miljøparametre giver uundværlig information. Det gælder også for Grønland. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

AktueltAnalytisk kemiArtikler fra Dansk Kemi19. 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 KemiBioteknologi14. 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

Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

AktueltBranchenyt14. 05. 2025

Busch Group annoncerer, at deres brand centrotherm clean solutions bliver en del af Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions. Fra september 2025 vil gasreduktionssystemerne til Semicon-industrien, som tidligere blev tilbudt under dette mærke, blive integreret i Pfeiffer-porteføljen og fremover være

I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

Branchenyt14. 05. 2025

For blot fjerde gang i dette årtusinde uddeles Videnskabernes Selskabs Guldmedalje. Det sker i dag, hvor bakterieforsker Per Halkjær Nielsen, professor ved Institut for Kemi og Biovidenskab ved Aalborg Universitet, får den fine hæder for sit livsværk og sin holdånd. Han er manden, der kortlægger

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

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





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

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Dette er, hvad der sker, når batterier bryder i brand

  • MD Scientific

    Ny generation af LENS MALS-detektorer

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch Vacuum Solutions præsenterer den intelligente TYR PLUS kapselblæser

  • Dansk Laborant-Forening/HK

    Laboranter er nysgerrige på ny teknik

  • DENIOS ApS

    Sådan udnytter du den stille periode i sommerferien

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Sommer vedligeholdelsestips til din vakuumpumpe: 6 gode anbefalinger

  • DENIOS ApS

    Så er det sidste chance

  • DENIOS ApS

    Sikker tøndehåndtering starter her

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    LabDays Aarhus 2025 – SOLD OUT

  • Holm & Halby

    VidensDage’25 hos Holm og Halby: Faglig fordybelse og teknologisk indsigt i højsædet

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

    23.06.2025

  • Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

    17.06.2025

  • Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

    09.06.2025

  • Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

    02.06.2025

  • Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

    26.05.2025

  • Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

    19.05.2025

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

    14.05.2025

  • Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

    14.05.2025

  • I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

    14.05.2025

  • 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

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