Så kan nanomaterial påverka immunförsvaret i tarmen

Grafen är ett extremt tunt material, en miljon gånger tunnare än ett hårstrå, se faktaruta nedan. Materialet har en släkting, grafenoxid, som bland annat studeras med avseende på målstyrd läkemedelsleverans i kroppen.

Grafen och grafenoxid – supertunna material

Grafen är ett nanomaterial som består av ett enda lager av kolatomer.  Det är starkare än stål, men samtidigt böjbart, genomskinligt och har god ledningsförmåga, vilket leder till stora möjligheter inom en rad olika områden som ”smarta textilier” där flexibel elektronik är ett måste. Grafen förekommer också som en komponent i kompositmaterial, alltså material med två eller fler komponenter som tillsammans bildar ett material med nya egenskaper.

Grafenoxid, i sin tur, är ett material besläktat med grafen och består av ett enda lager av kol- och syreatomer. Till skillnad från grafen är grafenoxid vattenlösligt och av intresse bland annat när det gäller läkemedelsleverans i kroppen.

Källa: Karolinska institutet

Påverkar immunförsvaret

Men nanomaterial kan också påverka kroppen. Att de kan påverka immunförsvaret är exempelvis känt. På senare år har enstaka studier visat att de också kan ha inverkan på tarmfloran, det vill säga bakterier som finns naturligt i tarmen.

Hur detta hänger ihop – alltså sambandet mellan nanomaterial, tarmflora och immunförsvar – har KI-forskare undersökt i en ny studie.

Fiskar utsattes för grafenoxid

Det nanomaterial som har studerats är grafenoxid. Till skillnad från grafen är grafenoxid vattenlösligt.

Grafenoxid gavs, via vattnet, till vuxna zebrafiskar. Zebrafiskar anses nämligen vara en bra modell för att studera immunförsvaret. Forskarna analyserade sedan hur tillförseln av grafenoxid påverkade fiskarnas tarmfloras sammansättning.

Tarmfloran förändras tydligt

Det gjordes både hos normala fiskar och hos fiskar som saknar en mottagarmolekyl i tarmcellerna vid namn arylhydrokarbonreceptorn, Ah-receptorn. Ah-receptorn är en receptor för olika kroppsegna och bakteriella metaboliter.

– Vi kunde visa att tarmflorans sammansättning tydligt förändras när vi exponerar fiskarna för grafenoxid, även vid låg dos, och Ah-receptorn visade sig också påverka tarmfloran, säger Guotao Peng, postdoktor vid Institutet för miljömedicin vid Karolinska Institutet.

Immunsvar som vid parasitinfektioner

Forskarna tog också fram zebrafiskyngel som helt saknar en naturlig tarmflora. Det gör det möjligt att undersöka effekterna av enstaka komponenter från tarmfloran, i det här fallet fettsyran smörsyra, som utsöndras av vissa tarmbakterier. Det är känt sedan tidigare att smörsyra kan binda till Ah-receptorn.

Forskarna såg att grafenoxid tillsammans med smörsyra gav upphov till ett så kallat typ 2-immunsvar hos fiskarna. Effekten visade sig vara beroende av att fiskarna uttryckte Ah-receptorn i tarmcellerna.

– Den här typen av immunsvar brukar man se vid parasitinfektioner. Vår tolkning är att immunförsvaret i tarmen kan hantera grafenoxid på ett liknande sätt som det hanterar en parasit, säger Guotao Peng.

Viktigt för att förstå negativa effekter

– Det här visar att vi måste ta med tarmfloran i beräkningen om vi ska förstå hur nanomaterial påverkar immunförsvaret. Resultaten är viktiga för att förstå möjliga negativa effekter av nanomaterial och kunna mildra eller förebygga sådana effekter hos nya material, säger Bengt Fadeel, professor vid Institutet för miljömedicin vid Karolinska institutet.

Vetenskaplig artikel:

Graphene oxide elicits microbiome-dependent type 2 immune responses via the aryl hydrocarbon receptor (Guotao Peng, Hanna M. Sinkko, Harri Alenius, Neus Lozano, Kostas Kostarelos, Lars Bräutigam och Bengt Fadeel), Nature Nanotechnology.

Kontakt:

Bengt Fadeel, professor vid Institutet för miljömedicin, Karolinska institutet
bengt.fadeel@ki.se