シリカ粒子が化学反応することが研究で判明

Jun 18, 2023

不活性であり、食品医薬品局によって消費しても安全であるとみなされているシリカは、重要な生体分子と反応し、その機能を低下させる可能性があることが示されています。

スタンフォード大学の研究により、一般的な食品添加物であり人気の化粧品成分であるミネラルシリカは、長い間考えられていたほど化学的に不活性な物質ではないことが明らかになりました。

化学の博士研究員であるヤンジエ・リーは、日用品に一般的に使用されているシリカの反応性に関する新しい研究の筆頭著者です。 (画像クレジット: Zhuoer Xie)

新しい研究で説明されているように、研究者らはチオールと呼ばれる化合物を含む生体分子を含む水溶液に市販のシリカ粒子を入れました。 これらのチオール含有生体分子は、たとえばほとんどの細胞に見られる重要な抗酸化物質であるグルタチオンの形で、自然界および人体に広く存在します。

シリカにさらされると、チオール生体分子は酸化還元化学反応を起こします。 電子が失われるこれらの反応は、分子の機能を劣化または変化させる可能性があり、健康上のリスクを引き起こす可能性があります。 たとえば、グルタチオンのレベルが低いと、体内の酸化ストレスが増加し、膜から DNA まであらゆる種類の細胞成分が損傷される可能性があります。

この研究結果は、特に日常製品におけるシリカの広範な使用を考慮すると、シリカの反応性についてさらなる研究の必要性を浮き彫りにしています。

「シリカ粒子は良性で不活性であると考えられていますが、私たちの研究結果は、シリカが実際には反応性であることを示しています」とスタンフォード大学人文科学部化学科の博士研究員であり、この研究の筆頭著者であるYangjie Li氏は述べた。これは8月17日に米国科学アカデミー紀要に掲載された。 「シリカ粒子への曝露が体内のグルタチオンやその他の重要な化合物を枯渇させる可能性があるかどうかについて、さらなる調査を奨励します。」

「私たちの研究結果は、シリカ粒子の継続的な使用に警鐘を鳴らしています」と、自然科学のマーガレット・ブレイク・ウィルバー教授でH&Sの化学教授でもある主著者のリチャード・ゼア氏は述べた。 「シリカが健康上のリスクであると言うのは時期尚早ですが、少なくともシリカは、特に食品に望ましくない化学物質を導入するという潜在的な問題を引き起こします。」

シリカ（ケイ素と酸素の化合物の別名）は、無色、無臭、無味の物質です。 シリカは葉物野菜などの食品中に自然に存在しますが、製造業者は固結防止剤として、たとえばスープやコーヒークリーマーなどに小さな砂状のシリカ粒子を添加することがよくあります。 現在、食品医薬品局は、食品に重量比 2% までのシリカ粒子を含有することを許可しています。

自然科学のマーガレット・ブレイク・ウィルバー教授であるリチャード・ゼアは、この論文の上級著者です。 (画像クレジット: Do Pham / スタンフォード大学)

スキンケア製品を含む化粧品の場合、シリカは増量剤または吸収剤として、またはスクラブの研磨剤として機能します。 医療分野では、シリカ粒子は薬剤の送達や医療画像処理の目的でも重要な用途に使用されています。 これらの用途のために、シリカ粒子は、医薬品やその他の物質を差し込むことができる小さな穴または細孔を持つように製造されます。

この応用範囲を考慮して、Li と Zare は、化学的に不活性な物質としてのシリカの正統性を調査しようとしました。 リーには、日常の材料の推定特性を調査する経歴があります。 リーさんは博士論文の研究で、医薬品やその他の重要な材料を安定して保管するために長い間信頼されてきたガラスが、特定の状況下でどのように触媒として機能し、化学反応を促進することができるかを研究しました。

「私たちは、いわゆる不活性物質が実際には不活性ではない可能性があることを以前に見てきました」とザレ氏は言う。 「その話はシリカ粒子でも繰り返されるかもしれません。」

この研究のために、スタンフォード大学の研究者らは、乾燥粉末として販売されている市販の純粋なシリカ粒子を購入しました。 ザレ大学の元大学院生で現在はウエストチェスター大学の物理化学教授であるカート・コラシンスキー氏と協力して、リー氏はチオールを含む3つの生体分子のうちの1つを含む水溶液にシリカを添加した。 研究された生体分子は、システイン（重要なアミノ酸）、前述の抗酸化物質グルタチオン、およびペニシラミン（銅が体内に過剰に蓄積すると起こる症状であるウィルソン病を治療するためのいわゆる重金属拮抗薬）でした。