Nghiên cứu này tập trung vào việc làm sáng tỏ sự hiệp đồng trong các tác động sinh học của các hạt vật chất bao gồm nhiều chất khác nhau, đặc biệt là sự kết hợp giữa carbon black (Co) và oxit sắt(III) (Fe2O3). Mục tiêu chính là xác định xem liệu stress oxy hóa gây ra bởi việc tiếp xúc đồng thời với Co và Fe2O3 trên các tế bào nuôi cấy có lớn hơn đáng kể so với tác động cộng gộp của việc tiếp xúc riêng lẻ với từng loại hạt hay không. Đồng thời, nghiên cứu tìm kiếm nguyên nhân tiềm ẩn gây ra hiệu ứng hiệp đồng này, nếu có.
Các tế bào biểu mô phổi A549 của người được nuôi cấy và sau đó được tiếp xúc với: (1) hạt Co đơn lẻ, (2) hạt Fe2O3 đơn lẻ, và (3) đồng thời cả hai loại hạt. Sau 25 giờ tiếp xúc, các chỉ số như oxy hóa protein, peroxy hóa lipid và sự hấp thụ sắt trong tế bào được đo lường. Thêm vào đó, khả năng khử Fe3+ hòa tan bởi hạt Co được đo lường riêng biệt trong một thử nghiệm không tế bào, bằng cách ủ Co và Fe2O3 trong axit sulfuric 0.75 M ở 40 độ C và đo lượng Fe3+ khử được tại các thời điểm khác nhau lên đến 24 giờ.
Kết quả cho thấy, so với nhóm đối chứng, các tế bào chỉ tiếp xúc với hạt Co hoặc hạt Fe2O3 không cho thấy sự oxy hóa protein đáng kể. Tuy nhiên, các tế bào tiếp xúc đồng thời với cả Co và Fe2O3 cho thấy sự gia tăng gấp đôi trong quá trình oxy hóa protein. Hơn nữa, việc tiếp xúc đồng thời gây ra quá trình peroxy hóa lipid đáng kể, trong khi việc tiếp xúc với từng loại hạt riêng lẻ lại không gây ra hiện tượng này. Không có sự khác biệt đáng kể nào trong việc hấp thụ sắt của tế bào giữa việc tiếp xúc đơn lẻ và tiếp xúc đồng thời, khi nồng độ Fe2O3 được giữ cố định trong mỗi trường hợp.
Trong thử nghiệm không tế bào, khả năng khử ion Fe3+ đáng kể bởi hạt Co đã được phát hiện trong vòng 2 giờ và tiếp tục tăng lên đến 24 giờ. Sau 24 giờ, hạt Co thể hiện khả năng khử là 0.009 g/g, được định nghĩa là tỷ lệ khối lượng của Fe3+ khử được so với Co.
Kết luận rút ra là việc tiếp xúc đồng thời với hạt Co và Fe2O3 gây ra hiệu ứng oxy hóa hiệp đồng, lớn hơn đáng kể so với tác động cộng gộp của việc tiếp xúc với từng loại hạt riêng lẻ. Phản ứng oxy hóa khử nội bào giữa Co và Fe3+ có khả năng là nguyên nhân gây ra hiệu ứng hiệp đồng này. Do đó, các hạt và sợi carbon nguyên tố nên được xem xét như là các tác nhân khử tiềm năng thay vì các vật liệu trơ trong các nghiên cứu độc tính học. Các bào quan có tính axit như lysosome có thể đóng vai trò quan trọng trong việc hòa tan Fe2O3. Cần có thêm nghiên cứu để hiểu rõ hơn về các cơ chế liên quan.
