「ナノ粒子への曝露に特異的な新たな反応メカニズム」、それが研究者たちによって明らかにされました。フィンランド・タンペレ大学のFHAIVE（統合的アプローチの開発と検証のためのフィンランド拠点）のジウシー・デル・ジュディチェ博士研究員とダリオ・グレコ教授を中心とする学際的なチームは、ヒトからより単純な生物まで、異なる生物種がこの種の曝露にどのように適応しているのかを説明するエピジェネティックな防御メカニズムを解明しました。この研究は、ナノ物質に対する分子応答に関する豊富なデータセットの分析に基づいています。
このプロジェクトは、フィンランド、アイルランド、ポーランド、英国、キプロス、南アフリカ、ギリシャ、エストニアの学際的チームと、アイルランドのユニバーシティ・カレッジ・ダブリン（UCD）物理学部のウラジミール・ロバスキン准教授と共同で実施されました。彼らの共同研究論文「Ancestral Molecular Response to Nanomaterial Particulates（ナノ物質微粒子に対する祖先の分子反応）」は、2023年5月8日にネイチャー・ナノテクノロジー誌に掲載されました。
FHAIVEのディレクターであるグレコ教授は、次のように述べています。「我々は、初めてナノ粒子に対する特異的な応答が存在し、それがナノ特性と密接に関連していることを実証しました。この研究は、異なる生物種がどのように粒子状物質に類似した反応を示すのかを明らかにするものです。また、化学物質の安全性評価におけるトキシコゲノミクスの制限を克服するための解決策を提案しています。」
システム生物学とナノインフォマティクスの出会い
ナノ構造生物システムの専門家であるウラジミール・ロバスキン准教授は、次のように述べています。「この重要な共同研究において、タンペレ大学率いるチームとUCD物理学部を含むチームは、植物や無脊椎動物からヒトに至るまで、あらゆる種類の生物が共通して示すナノ粒子への反応を発見し、それらの反応を引き起こす共通のナノ材料の特性も明らかにしました。」
そして、彼は次のように述べています。「毎年、消費者市場には数万種類もの新しいナノ材料が出回っています。環境と人間の健康を守るためには、すべての材料をスクリーニングし、有害な影響の可能性を調べる必要があります。例えば、肺へのダメージや有毒イオンの放出、活性酸素種の生成、ナノ粒子と細胞膜脂質の結合などが考えられます。これらすべては、比較的単純な物理的相互作用から始まり、生物学者や毒物学者には通常知られていないものですが、ナノ材料に曝露された際にどのようなリスクがあるのかを理解するためには重要です。」
過去10年間、OECD加盟国は、疾病や集団への悪影響を引き起こす生物学的事象の因果関係を確立するための有害事象経路分析に基づいた毒性評価戦略を採用してきました。有害事象経路が特定されると、起源となった分子的開始事象から生物学的事象の連鎖をさかのぼることができます。
しかし、最近の毒物学データの統計的分析の試みは、有害な結果を引き起こすナノ材料の特性を特定することに成功していません。その問題は、製造業者が提供するナノ材料の化学的性質や粒度分布などの基本的な材料特性が、生物学的な活性を予測するためにはあまりにも基礎的で不十分であるということです。
以前の研究では、UCD物理学部のチームが共著し、ナノ粒子と生物学的分子や組織との相互作用を理解するために計算材料科学を活用し、ナノ材料の高度な記述子の収集が提案されています。これらの高度な記述子は、溶解速度、表面原子の極性、分子相互作用エネルギー、形状、アスペクト比、疎水性の指標、アミノ酸や脂質の結合エネルギー、細胞や組織の機能への影響など、情報の不足を補完する役割を果たすことができます。
UCDソフトマターモデリング研究所のロバスキン准教授と彼のチームは、インシリコ材料の特性評価に取り組んでおり、危険性と関連する記述子を評価しています。
彼は次のように述べています。「この最新のNature Nanotechnology論文の分析により、初めて健康リスクに関連するさまざまな材料の共通点を分子レベルで把握することができました。この論文は、ナノインフォマティクスと呼ばれる新しい研究分野で、ケムインフォマティクスとバイオインフォマティクスのアイデアを拡張したものです。これは非常に期待される成果です。将来、コンピュータ上で作成された材料のデジタルツインを使用して、安全性と機能性を事前にスクリーニングし最適化することで、安全で持続可能な設計に新しい材料を活用できるようになるでしょう。」
[News release] [Nature Nanotechnology article]
