ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ THẢI TỪ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ĐẾN SỨC KHỎE CON NGƯỜI

Khí thải ô tô chứa những chất độc như CO, NOx, HC,… không những có hại cho môi trường mà còn có hại đến sức khỏe con người. Ngoài những chất khí độc này, thì đối với động cơ diesel còn có những hạt cacbon siêu mịn, có thể thẩm thấu sâu vào trong phổi nếu như chúng ta hít vào.

Khoa học đã chứng minh rằng khí thải từ động cơ đốt trong đều có tác động tiêu cực đối với sức khỏe con người, bao gồm cả việc tăng nguy cơ ung thư. Liên quan đến nỗ lực cải thiện chất lượng không khí, các động cơ đốt trong hiện đại đang được phát triển nhằm tạo ra lượng chất độc hại nhỏ hơn và nhiên liệu thay thế cho xăng hay dầu diesel cũng đang được sử dụng (ví dụ: dựa trên hỗn hợp xăng và cồn ethanol), hoặc thay hẳn bằng động cơ điện.

Mặc dù các công nghệ mới chắc chắn là một bước tiến về giảm lượng khí thải gây ô nhiễm nhưng câu hỏi về tác động của khí thải từ động cơ hiện đại đối với sức khỏe con người vẫn chưa được làm rõ một cách thỏa đáng. Ví dụ, việc động cơ phun nhiên liệu trực tiếp hiện đại tạo ra một số lượng lớn các hạt có kích thước nhỏ có khả năng gây hại cho sức khỏe con người cũng đóng một vai trò nào đó nhưng chưa có bằng chứng thực nghiệm.

Nhằm có được thông tin chính xác về tác động của các chất có hại đối với cơ thể con người, lý tưởng nhất là thực hiện nghiên cứu dịch tễ học, tức là nghiên cứu về quần thể người mà chúng ta biết là có tiếp xúc với chất có hại đó. Tuy nhiên, những nghiên cứu như vậy có một số hạn chế, đặc biệt là liên quan đến khó khăn trong việc thu thập đầy đủ số liệu và số lượng người được điều tra, cũng như trong việc tìm kiếm kinh phí phân tích và mua vật liệu sinh học.

Do đó, các nhà khoa học đang cố gắng phát triển hệ thống mô hình để giúp công việc thử nghiệm sẽ dễ dàng hơn so với trường hợp nghiên cứu trên quần thể người, trong khi dữ liệu thu được sẽ có thể được chuyển đến cơ thể con người. Các hệ thống mô hình này bao gồm nuôi cấy tế bào của nhiều loài khác nhau, trong môi trường nuôi cấy thích hợp với điều kiện vô trùng (phương pháp in vitro). Tuy nhiên, ở đây khoa học gặp phải hai loại hạn chế.

Trước hết, bản chất vốn có của việc nuôi cấy tế bào không tương ứng với hoàn cảnh của cơ thể con người. Nuôi cấy in vitro chủ yếu được tạo thành từ một loại tế bào (thường có nguồn gốc từ khối u) được nuôi cấy ở một lớp bên dưới bề mặt môi trường dinh dưỡng. Tình huống này hoàn toàn khác với các mô của con người, nơi một số loại tế bào tương tác với nhau và phát triển theo cách sắp xếp ba chiều (3D).

Thứ hai, các chất độc hại (bao gồm cả khí thải động cơ) tồn tại trong không khí dưới dạng gọi là hỗn hợp phức tạp, được tạo thành từ các hạt có kích thước khác nhau mà các chất hóa học liên kết với nhau, cũng như hỗn hợp các loại khí lại khác nhau về độc tính và khả năng phản ứng. Trong điều kiện nuôi cấy tế bào in vitro, rất khó đạt được hiệu quả của hỗn hợp phức tạp này, cho nên các phương pháp thay thế được sử dụng.

Ví dụ, chỉ các hạt được tách ra khỏi hỗn hợp hoặc các chất hữu cơ thu được từ các hạt bằng cách chiết xuất hóa học, sau đó được thử nghiệm trong ống nghiệm. Mặc dù các phương pháp được đề cập đơn giản hơn về mặt thực nghiệm nhưng chắc chắn chúng sẽ làm sai lệch thông tin mà các nhà nghiên cứu thu được về ảnh hưởng của khí thải lên cơ thể con người.

Trong những năm gần đây, người ta chú ý nhiều đến việc phát triển các hệ thống cho phép thử nghiệm ảnh hưởng của hỗn hợp phức tạp các chất có hại trong không khí trong các mô hình in vitro giống với các điều kiện trong cơ thể con người một cách thực tế nhất có thể.

Dự án “Cơ chế độc tính của khí thải động cơ xăng trong nuôi cấy mô 3D và trong dòng tế bào biểu mô phế quản mô hình” do Cơ quan Grant của Cộng hòa Séc (GA ČR) tài trợ cũng được dành riêng cho mục đích này, trong đó các nhà khoa học từ Viện Nghiên cứu Y học Thực nghiệm của Viện Hàn lâm Khoa học Cộng hòa Séc (ÚEM thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Cộng hòa Séc) và Khoa Cơ khí của Đại học Bách khoa Séc (ČVUT) tại thủ đô Praha.

Là một phần của dự án liên ngành này, các nhà khoa học lần đầu tiên đã phát triển được một thiết bị có thể di chuyển, gọi là hệ thống tiếp xúc di động, thích ứng với việc nuôi cấy tế bào và phát thải toàn bộ động cơ (tức là một hỗn hợp phức tạp của các chất ô nhiễm bị thải ra từ ống xả ô tô).

Khí thải thu được trong điều kiện phòng thí nghiệm từ động cơ đốt xăng tiêu chuẩn và nhiên liệu có phụ gia ethanol, sau đó chúng được làm mát, pha loãng và đưa vào hệ thống tiếp xúc di động. Cái gọi là mô hình 3D của mô phổi người đã được nuôi cấy trong đó. Đó là một nền tảng nuôi cấy hoàn nguyên thu được từ phổi của những người tình nguyện, được tạo thành từ một số loại tế bào phát triển thành nhiều lớp.

Điều quan trọng nữa là thực tế nền tảng nuôi cấy được nuôi dưỡng bằng môi trường từ phần dưới của bình nuôi cấy, với phần trên của môi trường nuôi cấy cho phép tiếp xúc trực tiếp với không khí xung quanh, trong trường hợp này là khí thải động cơ pha loãng. Trong nền tảng này, phần nuôi cấy ở bề mặt được gọi là giao diện không khí-lỏng (ALI), đại diện cho một trong những hệ thống gần giống nhất với các điều kiện nuôi cấy in vitro với tình trạng trong cơ thể con người.

Trong giai đoạn tiếp theo của dự án, các nhà khoa học đã tiến hành các thử nghiệm sinh học, mục đích là xác định những thay đổi trong DNA, lipid và protein do ảnh hưởng của khí thải động cơ gây ra. Ví dụ, chúng bao gồm việc xác định các đứt gãy trong DNA, peroxid hóa lipid, phân tích biểu hiện của các gen được chọn và sản xuất các phân tử liên quan đến phản ứng gây viêm.

Với những mục đích này, phản ứng của mô hình tế bào 3D và nuôi cấy tế bào tiêu chuẩn phát triển trong một lớp đơn được so sánh. Hơn nữa, ảnh hưởng của lượng khí thải hoàn toàn và phần riêng biệt của các chất hữu cơ liên kết với các hạt trong khí thải, được gọi là chất hữu cơ có thể chiết xuất được (EOM), đã được so sánh. Các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy những khác biệt lớn trong kết quả xét nghiệm sinh học, cả khi so sánh hai loại nuôi cấy tế bào và khi so sánh tác động của lượng phát thải hoàn toàn và EOM.

"Kết quả cho thấy đối với các bài kiểm tra khí thải động cơ, mô hình tế bào 3D rõ ràng phù hợp hơn so với nuôi cấy đơn lớp tiêu chuẩn được sử dụng. Điều quan trọng đối với chúng tôi là phát hiện ra rằng tác động sinh học của tổng lượng khí thải khác biệt đáng kể so với tác động của EOM, với khí thải động cơ từ nhiên liệu xăng tiêu chuẩn gây ra những tác động tiêu cực nhất trong nuôi cấy tế bào 3D, đặc biệt là những tác động liên quan đến quá trình peroxid hóa lipid và quá trình sản xuất. của các phân tử gây viêm,” nhà nghiên cứu chính của dự án, tiến sĩ Pavel Rössner, cho biết.

Do đó, dự án đã chỉ ra tầm quan trọng của việc sử dụng nhiên liệu xăng thay thế trong việc giảm tác động tiêu cực của khí thải đối với sức khỏe con người và nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn mô hình thử nghiệm phù hợp để kiểm tra các chất ô nhiễm trong không khí trong phòng thí nghiệm.