Наноматериал оксид графена, который используется во всем, от электроники до датчиков биомолекул, может косвенно влиять на иммунную систему через микробиом кишечника, как показано в новом исследовании рыбок Данио, проведенном исследователями Каролинского института в Швеции. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

"Это показывает, что мы должны учитывать микробиом кишечника в нашем понимании того, как наноматериалы влияют на иммунную систему", - говорит автор статьи Бенгт Фадил, профессор Института медицины окружающей среды Каролинского института. "Наши результаты важны для выявления потенциальных побочных эффектов наноматериалов и смягчения или предотвращения таких эффектов в новых материалах".

Графен - чрезвычайно тонкий материал, в миллион раз тоньше человеческого волоса. Он состоит из одного слоя атомов углерода и прочнее стали, но при этом гибок, прозрачен и электропроводен. Это делает его чрезвычайно полезным во множестве применений, в том числе в "умном" текстиле, оснащенном носимой электроникой, и в качестве компонента композитных материалов для повышения прочности и электропроводности существующих материалов.

С расширением использования наноматериалов на основе графена возникает необходимость изучить, как эти новые материалы влияют на организм. Уже известно, что наноматериалы влияют на иммунную систему, и несколько исследований последних лет показали, что они также могут влиять на микробиом кишечника, бактерии, которые естественным образом встречаются в желудочно-кишечном тракте.

Взаимосвязь между наноматериалом, микробиомом кишечника и иммунитетом была предметом настоящего исследования, проведенного с использованием рыбок Данио. Исследованным наноматериалом был оксид графена, который можно описать как родственник графена, состоящий из атомов углерода наряду с атомами кислорода. В отличие от графена, оксид графена растворим в воде и представляет интерес для медицинских исследований, например, как средство доставки лекарств в организм.

В ходе исследования исследователи подвергли взрослых рыбок Данио воздействию оксида графена через воду и проанализировали, как это влияет на состав микробиома. Они использовали как обычную рыбу, так и рыбу, у которой в клетках кишечника отсутствует рецепторная молекула, называемая рецептором арилуглеводорода, обычно сокращенно AhR, рецептор для различных эндогенных и бактериальных метаболитов.

"Мы смогли показать, что состав микробиома кишечника изменился, когда мы подвергли рыбу воздействию оксида графена, даже в низкой дозе, и что AhR также повлиял на микробиом кишечника", - говорит первый автор исследования Гуотао Пэн, постдок-исследователь Института медицины окружающей среды при Каролинском институте..

Исследователи также создали личинок рыбок Данио, у которых полностью отсутствует естественный микробиом кишечника, что позволяет изучать влияние отдельных компонентов микробиома, в данном случае масляной кислоты (жирной кислоты), которая выделяется определенными типами кишечных бактерий. Известно, что масляная кислота способна связываться с AhR.

Сделав это, исследователи обнаружили, что комбинация оксида графена и масляной кислоты вызвала у рыб так называемый иммунитет 2-го типа. Оказалось, что эффект зависит от экспрессии AhR в клетках кишечника.

"Этот тип иммунитета обычно рассматривается как реакция на паразитарную инфекцию. Наша интерпретация заключается в том, что иммунный ответ кишечника может справиться с оксидом графена аналогично тому, как он справился бы с паразитом", - говорит Гуотао Пэн.

Используя усовершенствованный метод картирования иммунных клеток, исследователи также смогли показать, что компонент иммунной системы, называемый врожденными лимфоидными клетками, обнаружен у личинок рыбок Данио.

"Это показывает, что рыбки Данио - хорошая модель для изучения иммунной системы, включая примитивную или врожденную иммунную систему", - говорит Бенгт Фадил.