Studien vant pris av Norsk selskap for farmakologi og toksikologi (NSFT) for beste artikkel i toksikologi publisert av norske forskere i 2019.
Nanocellulose er et nytt biomateriale som kan produseres fra plantematerialer eller bakterier. I Norge produseres nanocellulose fra tre, hvilket er et fornybart råstoff med liten negativ innvirkning på miljøet. Nanocellulose har mange attraktive egenskaper som kan benyttes innen forskjellige industrier som blant annet innen papir og emballasje, kompositt, næringsmiddels- og medisinsk industri.
Enkelte studier har vist at nanocellulose kan gi betennelsesreaksjoner i lungene ved innånding. Innånding av støv fra nanocellulose eller nanocellulosekompositter under produksjon kan dermed være et helseproblem for arbeidere som er i kontakt med materialet.
– For å finne ut mer om hvorfor nanocellulose kan fremme betennelsesreaksjoner i lungene, har vi studert hva som skjer med makrofagene i lungene. Makrofagene er immunceller som fungerer som kroppens renholdsmannskap. Vi observerte at opptak av nanocellulose kan forstyrre makrofagbalansen og resultere i en langvarig og forhøyet betennelsesreaksjon i lungene, forteller Johanna Samulin-Erdem, forsker ved STAMI.
Samulin-Erdem fikk tildelt pris av NSTF for årets beste artikkel i toksikologi. Studien ble publisert i det høyt anerkjente tidsskriftet Biomaterials.
Derfor kan nanocellulose være skadelig for lungene
Ved innånding av et fremmedstoff vil immunforsvaret i lungene bli aktivert. Immunforsvaret beskytter kroppen mot bakterier, virus, sopp og fremmende stoffer. Partikler som innåndes fastner i lungevæsken, det man kaller «lungesurfaktanten», som dekker innsiden av lungene og løste partikler kan dermed transporteres ut fra lungene.
–Men spesielt ørsmå partikler slik som nanocellulose vil kunne nå dypt i lungene og inn i lungeblærene hvor gassutveksling skjer, sier Samulin-Erdem. Nanocellulose er partikler på nanoskala, som vil si materialer som har en dimensjon mindre enn 100 nm.
Immuncellene i lungene spiller en viktig rolle
I lungeblærene finnes det i tillegg til lungesurfaktant også immunceller, blant annet det som heter makrofager. Makrofagene fungerer som kroppens renholdsmannskap og fjerner fremmedstoffer i lungene ved å spise dem opp.
–Balansen i makrofagaktiveringen er veldig viktig for å regulere intensiteten og varigheten på immunresponsen og i tilfeller der denne balansen er forstyrret kan kroniske inflammatoriske lungesykdommer oppstå, forklarer Samulin-Erdem.
Hun forteller videre at når makrofagene kommer i kontakt med mikroorganismer, døde celler eller partikler, vil de bli aktiverte til det man kaller M1 makrofager. Disse aktiverte makrofagene skiller ut signalstoffer kalt cytokiner som setter i gang betennelsesreaksjoner. Aktivering av en annen type makrofager, kalt M2 makrofager, reduserer betennelse ved å skille ut såkalte anti-inflammatoriske cytokiner.
–I undersøkelsen så vi at opptak av nanocellulose kan forstyrre makrofagbalansen og dermed resultere i en langvarig og forhøyet betennelsesreaksjon i lungene. Forstyrrelsene kan også påvirke makrofagenes evne til å håndtere infeksjoner i lungene.
Bilde av nanocellulose-krystaller tatt med elektron mikroskopi
Undersøkelsen viste at lungemakrofager kan spise opp og fjerne partikler av nanocellulose via to mekanismer: «fagocytose» og «makropinocytose». Videre viste det seg at opptak av nanocellulose ikke påvirket cellenes overlevelse, men derimot økte utskillelse av signalstoffer, såkalte pro-inflammatoriske cytokiner. Når allerede aktiverte makrofager (M1 og M2) ble eksponerte for nanocellulose fikk cellene økte nivåer av pro-inflammatoriske signalmolekyler og minskede nivåer av betennelsesdempende signaler. I tillegg ble det forstyrrelser i makrofagenes evne til å fjerne bakterier.
Viktig kunnskap for videre studier på nanopartikler
Lungemakrofager har en viktig rolle i immunforsvaret i lungene og forandringer i deres aktivitet vil kunne påvirke sykdomsbildet hos eksponerte arbeidere. Funnene i denne studien gir viktig informasjon for å forstå hva som regulerer betennelsesreaksjoner i lungene som følge av partikkeleksponering.
Studien viser at makrofagaktivering kan være en underliggende mekanisme for utviklingen av kroniske inflammatoriske lungesykdommer som følge av arbeidsrelatert eksponering for partikler. Funnene viser også at eksponering for partikler gir forandringer i immunforsvaret i lungene hvilket kan øke arbeideres mottakelighet for andre infeksjoner. Denne kunnskapen kan bidra til å øke forståelsen av underliggende mekanismer bak helseeffekter av partikkeleksponering.