Para peneliti menemukan bahwa beberapa nanopartikel yang biasa digunakan secara negatif mempengaruhi nilai denyut jantung, ritme dan EKG dari jantung uji.
Dengan menggunakan jantung uji terisolasi dari hewan pengerat, para ilmuwan dapat menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa beberapa partikel nano memiliki efek terukur dan negatif pada jantung. Partikel nano adalah partikel yang diproduksi - dengan lebar jauh lebih kecil daripada rambut manusia - sekarang umum digunakan dalam banyak produk modern seperti tabir surya, dan juga banyak digunakan dalam penelitian yang berkaitan dengan produk masa depan, misalnya, obat-obatan masa depan.
Para ilmuwan ini berasal dari Helmholtz Zentrum Muenchen dan Technische Universitaet Muenchen (TUM). Mereka menggunakan jantung Lagendorff sebagai jantung uji. Ketika terkena serangkaian nanopartikel buatan umum, jantung bereaksi terhadap jenis tertentu dengan peningkatan denyut jantung, aritmia jantung dan nilai-nilai EKG yang dimodifikasi yang khas dari penyakit jantung.
Titanium dioksida - digunakan dalam tabir surya dan cat putih - dan silikon dioksida menyebabkan peningkatan denyut jantung hingga 15 persen dengan perubahan nilai EKG yang tidak normal, bahkan setelah paparan nanopartikel telah berakhir. Gambar ini menunjukkan nanopartikel Ti02 berlapis karbon, dikembangkan untuk baterai lithium ion. Kredit Gambar: Laboratorium Nasional Argonne
Reinhard Nießner, Direktur Institut Hidrokimia di TUM, menjelaskan:
Kami menggunakan jantung sebagai pendeteksi. Dengan cara ini kita dapat menguji apakah partikel nano spesifik memiliki efek pada fungsi jantung. Pilihan seperti itu tidak ada sampai sekarang.
Nießner, Andreas Stampfl dan tim menerbitkan penelitian mereka dalam edisi 1 Juni 2011 dari ACS Nano.
Nanopartikel buatan meresap dalam kehidupan modern. Tetapi pengaruhnya terhadap kesehatan kita dan mekanisme yang mempengaruhi tubuh kita tetap diselimuti misteri.
Karbon nanotube. Kredit Gambar: Laboratorium Nasional Argonne
Selama beberapa dekade, penelitian pada pasien jantung menunjukkan bahwa partikel memiliki efek negatif pada sistem kardiovaskular. Namun masih belum jelas apakah nanopartikel melakukan kerusakan secara langsung atau tidak langsung - misalnya, melalui proses metabolisme atau reaksi inflamasi.
Para ilmuwan dapat menggunakan jantung uji untuk menjelaskan mekanisme di mana partikel nano mempengaruhi denyut jantung. Untuk melakukan ini, mereka meningkatkan pengaturan eksperimental Langendorff untuk memungkinkan larutan nutrisi (ini menggantikan darah untuk percobaan) untuk memberi makan kembali ke dalam loop setelah telah mengalir melalui jantung. Ini memungkinkan para ilmuwan untuk memantau zat yang dilepaskan oleh jantung dan memahami reaksi jantung terhadap partikel nano.
Pengaturan hati Langendorff. Kredit Gambar: Andreas Stampfl / ACS Nano
Menurut Stampfl dan Nießner, sangat mungkin bahwa neurotransmitter noradrenalin bertanggung jawab atas peningkatan denyut jantung yang disebabkan oleh partikel nano. Noradrenaline dilepaskan oleh ujung saraf di dinding bagian dalam jantung. Ini meningkatkan denyut jantung dan juga memainkan peran penting dalam sistem saraf pusat - sebuah tip-nanopartikel yang mungkin juga memiliki efek merusak di sana.
Stampfl dan timnya menggunakan model jantung mereka untuk menguji nanopartikel karbon hitam dan titanium dioksida, serta karbon yang dihasilkan oleh percikan api, yang berfungsi sebagai model polutan udara yang berasal dari pembakaran diesel. Selain itu, mereka menguji silikon dioksida, Aerosil silicas yang berbeda (digunakan sebagai agen penebalan dalam kosmetik), dan polystyrene.
Karbon hitam, karbon yang dihasilkan oleh percikan api, titanium dioksida dan silikon dioksida menyebabkan peningkatan detak jantung hingga 15 persen dengan perubahan nilai EKG yang tidak normal, bahkan setelah paparan nanopartikel telah berakhir. Aerosil silicas dan polystyrene tidak menunjukkan efek apa pun pada fungsi jantung.
Sebuah mikroskop elektron pemindaian mengambil gambar nanopartikel platinum ini pada wajah nanocubes strontium titinate. Kredit Gambar: Laboratorium Nasional Argonne
Dalam penelitian medis, nanopartikel buatan semakin banyak digunakan sebagai kendaraan transportasi. Permukaannya yang besar (dibandingkan volumenya) memberikan tempat docking yang ideal untuk agen aktif. Nanopartikel mengangkut agen aktif ke tujuan mereka di tubuh manusia (misalnya, tumor). Sebagian besar prototipe awal dari "wadah nano" tersebut berbasis karbon atau silikat. Sejauh ini, efek zat ini pada tubuh manusia sebagian besar tidak diketahui. Oleh karena itu, model jantung yang baru dapat berfungsi sebagai organ uji untuk membantu memilih jenis partikel yang tidak mempengaruhi jantung secara negatif.
Partikel nano buatan juga digunakan dalam banyak produk industri - beberapa di antaranya selama beberapa dekade. Ukurannya yang kecil dan permukaannya yang besar membuat partikel-partikel ini unik. Luas permukaan besar titanium dioksida (TiO2), misalnya, mengarah ke indeks bias besar yang membuat zat tampak putih cemerlang. Karena itu sering digunakan dalam cat pelapis putih atau sebagai pemblokir UV di tabir surya. Karbon hitam juga disebut nanopartikel yang banyak digunakan (terutama di ban mobil dan plastik) dengan lebih dari 8 juta ton diproduksi setiap tahun. Ukuran kecil nanopartikel ini (ukurannya hanya 14 nanometer) membuatnya sangat cocok untuk pewarna, seperti pada es dan mesin fotokopi.
Nießner berkata:
Hal berikutnya yang ingin kita lakukan adalah mencari tahu mengapa beberapa partikel nano mempengaruhi fungsi jantung, sementara yang lain tidak mempengaruhi jantung sama sekali.
Baik proses dan bentuk manufaktur dapat memainkan peran penting. Para ilmuwan merencanakan penelitian lebih lanjut untuk memeriksa permukaan berbagai jenis nanopartikel dan interaksinya dengan sel-sel dinding jantung.
Intinya: Ilmuwan Reinhard Nießner, Andreas Stampfl dan tim dari Helmholtz Zentrum Muenchen dan Technische Universitaet Muenchen (TUM) mampu menunjukkan - untuk pertama kalinya - bahwa beberapa jenis nanopartikel memiliki efek terukur dan negatif pada jantung. Studi mereka muncul dalam edisi 1 Juni 2011 dari ACS Nano. Karya ini mungkin menunjukkan kepada para peneliti jenis nanopartikel yang tidak cocok untuk digunakan dalam produk.