Tarmfloran har betydelse för hur nanomaterial påverkar immunförsvaret

Nanomaterialet grafenoxid, som används inom elektronik och i sensorer av biologiska ämnen, kan påverka immunförsvaret indirekt via bakterier i tarmen. Det visar forskare från Karolinska Institutet i en studie på zebrafiskar som publicerats i Nature Nanotechnology.

– 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 och studiens sisteförfattare.

Grafen är ett extremt tunt material, en miljon gånger tunnare än ett hårstrå. Det består av kolatomer som sitter ihop i ett enda lager, en atom tjockt. Det är starkare än stål, men samtidigt böjbart, genomskinligt och har god ledningsförmåga, vilket leder till stora möjligheter inom en rad olika områden såsom ”smarta” textilier där just flexibel elektronik är ett måste. Grafen förekommer också som en komponent i kompositmaterial, dvs material med två eller fler komponenter som tillsammans bildar ett material med nya egenskaper.

Med ökad användning av grafenbaserade nanomaterial följer behovet av att undersöka hur dessa nya material påverkar kroppen. Att nanomaterial kan ha en inverkan på immunförsvaret är känt och på senare år har enstaka studier visar att de också kan påverka tarmfloran, det vill säga bakterier som finns naturligt i tarmen.

Hur detta hänger ihop – alltså sambandet mellan nanomaterial, tarmflora och immunförsvar – har KI-forskarna undersökt i den aktuella studien med zebrafiskar som modelldjur. Det nanomaterial som studeras är grafenoxid, vilket kan beskrivas som en släkting till grafen som förutom kol även innehåller syreatomer. Till skillnad från grafen är grafenoxid vattenlösligt och av intresse bland annat när det gäller läkemedelsleverans i kroppen.

I studien har forskarna exponerat vuxna zebrafiskar för grafenoxid via vattnet och analyserat hur det påverkar tarmflorans sammansättning. Detta gjordes både hos normala fiskar och hos fiskar som saknar en mottagarmolekyl i tarmcellerna som kallas arylhydrokarbonreceptorn (Ah-receptorn). Ah-receptorn är en receptor för olika kroppsegna och bakteriella metaboliter.

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

Forskarna har också tagit 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 då 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.

Genom att använda en avancerad metod för kartläggning av immuncellerna kunde forskarna även visa att en typ av immunceller som kallas medfödda lymfoida celler existerar hos zebrafiskyngel.

– Det här visar att zebrafiskar är en bra modell för att studera immunsystemet – även det primitiva eller medfödda immunförsvaret, säger Bengt Fadeel.

Forskningen har finansierats av EU-kommissionen genom projektet Graphene Flagship, vilket koordineras av Chalmers.

Publikation: ”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, 12 december, 2022, doi: 10.1038/s41565-022-01260-8

För mer information, kontakta:
Bengt Fadeel, professor
Institutet för miljömedicin, Karolinska Institutet
E-post: bengt.fadeel@ki.se
Telefon: 0707-12 93 63

Kontakta presstjänsten: ki.se/pressrum

Karolinska Institutet är ett av världens ledande medicinska universitet med visionen att driva utvecklingen av kunskap om livet och verka för en bättre hälsa för alla. I Sverige står Karolinska Institutet för den enskilt största andelen medicinsk akademisk forskning och har det största utbudet av medicinska utbildningar. Varje år utser Nobelförsamlingen vid Karolinska Institutet mottagare av Nobelpriset i fysiologi eller medicin.

Taggar: