FORSKNING & UTVECKLING

Modellering

Datormodellering och nanosäkerhet

Datormodellering av nanopartiklars effekter på olika biologiska organismer kan vara ett sätt att förutse möjliga hälso- och miljörisker av nya nanomaterial redan i ett produktutvecklingsstadium.

Moderna simuleringsmetoder gör det möjligt att hitta mönster och samband i stora mängder data från exempelvis materialkarakteriserings-, cell- och djurstudier på nanomaterial.

Med de nya metoderna går det att simulera enskilda molekylers och atomers rörelser samt att se hur de påverkar varandra. Därmed kan man ta fram bilder av hur en nanopartikel, när den hamnar i en levande organism, växelverkar med omgivande biologiska molekyler som lipidmembran, proteiner eller DNA. För att simuleringarna ska ge en relevant och detaljerad bild av molekylernas rörelser måste de följa fysikaliska lagar och stämma överens med tillgänglig experimentell data.

Även om man inte kan simulera en hel organism på den molekylära nivån kan man exempelvis följa hur en nanopartikel påverkar utgången av så kallade ”nyckelhändelser”. Med nyckelhändelser avses biokemiska reaktioner, till exempel syntes av signalsubstanser eller proteiner, som i sin tur ändrar kedjan av andra reaktioner i organismen.

Vidare kan andra datorsimuleringsmetoder som bioinformatik och ”data mining” användas för att koppla ihop molekylära förändringar med negativa hälsoeffekter. Bioinformatik och ”data mining” är verktyg som används för att analysera och visualisera mönster, samband och trender i datamängder som är stora. Utöver detta, sker även en utveckling av modeller för att studera nanomaterial i intakta organismer och i den yttre miljön. Målet är att beskriva hur nanomaterial deponeras, tas upp, sprids, interagerar och bryts ned.

I dag pågår en omfattande metodutveckling av hur man använder datormodelleringsresultat till att göra tillförlitliga bedömningar av möjliga risker kopplade till nanomaterial. Resultaten från datorsimuleringarna kan härstamma från olika nivåer, från molekyler till hela organismer. Det finns flera begränsningar och kunskapsluckor inom fältet i dag men metoderna förbättras kontinuerligt. På sikt kan de möjliggöra ett skifte av fokus från in vivo till in silico tester och en övergång till ”safe by design”- utveckling av nya nanomaterial.

Källa: Alexander Lyubartsev (2017)/Expertpanelen SweNanoSafe

Rekommenderad litteratur

TEH Allen et al. Defining Molecular Initiating Event in the Adverse Outcome Pathway Framework for Risk Assessment. Chemical Research in Toxicology. 2014;27:2100-2112.

MA Banares et al. CompNanoTox2015: Novel perspectives from a European conference on computational nanotoxicology on predictive nanotoxicology. Nanotoxicology. 2017;11(7):839-845.

P Asinary et al. Promoting the use of physics-chemistry based materials modelling in assessing nanotoxicity for health and medicine. The roadmap on toxicity, EMMC 2016.

Länkar

Nanosafety cluster

SmartNanoTox

European Material Modeling Council