生物学的媒体中でのMnOナノシートの化学的およびコロイドダイナミクスは、ナノ安全性評価に関連している

Chemical and Colloidal Dynamics of MnO Nanosheets in Biological Media Relevant for Nanosafety Assessment.

• Evan P Gray
• Cynthia L Browning
• Charles A Vaslet
• Kyle D Gion
• Allen Green
• Muchun Liu
• Agnes B Kane
• Robert H Hurt

抄録

多くの層状結晶相は、粒子状ナノフォームや繊維状ナノフォームでは達成できない新しい特性を持つ極薄の二次元ナノシートに剥離したり、組み立てたりすることができます。これらの二次元材料の中には、二酸化マンガン（MnO）ナノシートがあり、電池、触媒、バイオメディカルプローブなどに応用されています。MnO の新しい特徴は、溶解と Mn の放出につながる化学的還元に敏感であることである。MnOの生分解は二次元材料のナノ安全性評価に不可欠であるが、環境曝露や職業曝露シナリオにおけるMnOの生分解のタイミングや場所については十分に理解されていない。本研究では、環境や人体の健康リスク評価のために、生物学的媒体中でのMnOナノシートの化学的・コロイド動態を調査した。MnOナノシートはほとんどの水相には不溶であるが、生物学的流体環境下では強弱の還元剤と反応する。インビトロでは、還元的溶解は細胞培養培地中で十分に遅く、無傷のナノシートの形で細胞によるMnOの内包化のために十分に遅くなる可能性があり、それは液胞に局在し、細胞内グルタチオンを枯渇させるために反応し、細胞内のMn放出によって媒介される可能性が高い細胞毒性を誘導する。この結果は、二次元物質の新たなハザードスクリーニングの枠組みの中でMnOナノシートを分類するために利用され、ナノ毒性試験やナノ安全性評価におけるMnOの変態の意味合いについて議論された。

Many layered crystal phases can be exfoliated or assembled into ultrathin 2D nanosheets with novel properties not achievable by particulate or fibrous nanoforms. Among these 2D materials are manganese dioxide (MnO ) nanosheets, which have applications in batteries, catalysts, and biomedical probes. A novel feature of MnO is its sensitivity to chemical reduction leading to dissolution and Mn release. Biodissolution is critical for nanosafety assessment of 2D materials, but the timing and location of MnO biodissolution in environmental or occupational exposure scenarios are poorly understood. This work investigates the chemical and colloidal dynamics of MnO nanosheets in biological media for environmental and human health risk assessment. MnO nanosheets are insoluble in most aqueous phases, but react with strong and weak reducing agents in biological fluid environments. In vitro, reductive dissolution can be slow enough in cell culture media for MnO internalization by cells in the form of intact nanosheets, which localize in vacuoles, react to deplete intracellular glutathione, and induce cytotoxicity that is likely mediated by intracellular Mn release. The results are used to classify MnO nanosheets within a new hazard screening framework for 2D materials, and the implications of MnO transformations for nanotoxicity testing and nanosafety assessment are discussed.

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