Interaction between cobalt nanoparticles and DPPC at pulmonary conditions

Abstract: Nanomaterial produceras och används alltmer i tekniska lösningar för att förbättra t.ex. materialegenskaper. Eftersom ett materials egenskaper förändras när det är i nanoskala så påverkas även dess toxikologiska egenskaper. För närvarande finns det ett flertal rapporter om oavsiktligt bildande av metalliska nanopartiklar, Me NPs, vid byggarbetsplatser, vilket riskerar att byggarbetarna exponeras för att andas in dessa partiklar.  På grund av nanomaterialens storleksberoende egenskaper så är inte dagens toxikologiska utvärderingsmetoder sällan anpassade för dessa typer av material. Att undersöka växelverkan mellan Me NPs och pulmonella biomolekyler och utveckla metoder för analys därför av hög prioritet.  I detta examensarbete har en metod för upplösning av det pulmonellt ytaktiva ämnet fosfolipid 1,2-dipalmitoylfosfatidylkolin, DPPC, baserat på sonikering i vattenbad testats och utvärderats. Den simulerade lungvätskan Gambles lösning har testats och utvärderats som en möjlig lösning för att studera växelverkan mellan DPPC och Co NPs. Växelverkan mellan dess komponenter och Co NPs har studerats med hjälp av PCCS, NTA samt ATR-FTIR. Då examensarbetet genomfördes under den pågående Covid-19 pandemin har anpassningar i det experimentella arbetet gjorts med hänsyn till det rådande läget. PCCS visade att vid upplösning av DPPC i lösningen så minskade sonikering omfattningen av sedimentationen och den resulterande storleken på liposomerna låg inom intervallet mellan 50 och 70 nm i ultrarent vatten och mellan 30 och 40 nm i Gamble’s lösning. Skillnaden i liposomstorlek tros bero av växelverkan mellan komponenterna i Gamble’s lösning och DPPC, vilket även observerades med FTIR och överensstämmande med litteraturen. Den relativa skillnaden i liposomstorlek i de olika lösningarna observerades också med NTA, men experimentella problem kan ha påverkat resultaten. Gamble’s lösning hade en inverkan på Co NPs i lösningen, bland annat genom att uppmätta partikelkoncentrationer bestämde med hjälp av PCCS och NTA var mindre än hälften av motsvarande koncentration initialt i ultrarent vatten (vid 0 h). En trolig förklaring är att den högre jonstyrkan hos Gamble’s lösning orsakar snabb sedimentation och/eller snabb upplösning av Co NPs. Tillsättning av DPPC till en lösning av Co NPs i Gamble’s lösning släckte ut effekten, vilket indikerar en växelverkan mellan Co NPs och komponenter i Gamble’s lösning. Jämförelse av normaliserade integraler från ATR-FTIR med DPPC i Gamble’s lösning utan Co NPs och när lösningen exponerades för en Co NP film visade en signifikant skillnad efter 90 min och vid sköljning. Baserat på projektets resultat så föreslås Gamble’s lösning att bytas ut på grund av dess växelverkan med de olika komponenterna samt att liposomstorleken studeras mer i detalj. Framtida studier uppmuntras omfatta en upprepning av ATR-FTIR- mätningarna samt en frisättningsstudie av Co NPs i olika lösningar.