Nghiên cứu này tập trung vào việc tìm hiểu sâu hơn về tác động hợp lực trong các hiệu ứng sinh học của các hạt bao gồm nhiều chất. Mục tiêu chính là xác định xem liệu stress oxy hóa trong các tế bào nuôi cấy do tiếp xúc đồng thời với muội than (carbon black) và các hạt nano Fe2O3 có lớn hơn đáng kể so với các tác động cộng thêm của việc tiếp xúc với từng loại hạt riêng lẻ hay không; và xác định một nguyên nhân có thể xảy ra cho hiệu ứng hợp lực như vậy nếu tìm thấy.
Các tế bào biểu mô phổi người A549 nuôi cấy đã được tiếp xúc với (1) hạt nano muội than đơn thuần, (2) hạt nano Fe2O3 đơn thuần, và (3) cả hai loại hạt đồng thời. Quá trình oxy hóa protein, peroxy hóa lipid và sự hấp thu tế bào của Fe trong các tế bào này đã được đo sau 25 giờ tiếp xúc. Sự khử Fe3+ hòa tan bởi các hạt nano muội than được đo riêng biệt trong một xét nghiệm không tế bào, bằng cách ủ các hạt nano muội than và Fe2O3 trong axit sulfuric 0,75 M ở 40 độ C và đo lượng Fe3+ khử ở các thời điểm khác nhau lên đến 24 giờ.
Kết quả: Các tế bào tiếp xúc với các hạt muội than đơn thuần không cho thấy quá trình oxy hóa protein, cũng như các tế bào tiếp xúc với các hạt Fe2O3 đơn thuần, so với đối chứng. Tuy nhiên, các tế bào đồng thời tiếp xúc với cả hạt muội than và Fe2O3 cho thấy sự gia tăng gấp đôi quá trình oxy hóa protein so với đối chứng.
Ngoài ra, việc tiếp xúc đồng thời gây ra peroxy hóa lipid đáng kể, mặc dù việc tiếp xúc với từng loại hạt riêng lẻ thì không. Không có sự khác biệt đáng kể nào về sự hấp thu sắt của tế bào giữa việc tiếp xúc đơn lẻ và tiếp xúc đồng thời, khi nồng độ dùng Fe2O3 là như nhau trong mỗi trường hợp. Trong xét nghiệm không tế bào, sự khử đáng kể các ion Fe3+ bởi hạt nano muội than đã được tìm thấy trong vòng 2 giờ và nó tiến triển đến 24 giờ.
Sau 24 giờ, các hạt nano muội than cho thấy khả năng khử là 0,009 g/g, được định nghĩa là tỷ lệ khối lượng của Fe3+ khử so với muội than.
Kết luận: Việc tiếp xúc đồng thời với các hạt muội than và Fe2O3 gây ra hiệu ứng oxy hóa hợp lực lớn hơn đáng kể so với các tác động cộng thêm của việc tiếp xúc với từng loại hạt riêng lẻ. Phản ứng oxy hóa khử nội bào giữa muội than và Fe3+ có khả năng gây ra hiệu ứng oxy hóa hợp lực.
Do đó, các hạt và sợi carbon nguyên tố nên được xem xét như các tác nhân khử tiềm năng hơn là các vật liệu trơ trong các nghiên cứu độc tính học. Các bào quan tế bào bị axit hóa như lysosome có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc hòa tan Fe2O3. Cần nghiên cứu thêm để hiểu rõ hơn về các cơ chế này.
