Breakdown of full-size tire to nanoscale particles and their interaction with proteins

Abstract

Pollution from tire wear particles (TWPs) is a growing concern in environmental and health sciences due to their widespread release and potential toxicity. Even though TWPs are recognized as a major source of environmental pollution, knowledge about their interactions with biological systems and impact on health remains limited. Lab-generated particles allow studies of particle characteristics such as size, concentration, and chemical composition in a controlled environment. Therefore, the development of reliable methods for producing nanosized particles is essential. One important aspect is how TWPs interact with proteins in biological systems to form so-called protein coronas, which can influence particle behavior and toxicity. While protein corona formation is well-studied for other particle-types, research on protein coronas on TWPs are still limited.
This study aims to produce nanoscale TWPs to investigate how different preparation methods influence particle size and concentration, evaluate their aggregation behavior in saline solutions, and explore the potential formation of protein coronas through incubation with bovine serum. Nanosized TWPs were generated by filing a tire with a rasp, mixing with a hand blender, and filtering to remove larger particles. Mixing time, tire mass, and salt concentration was varied to investigate their effect on the particle size, concentration and characteristics. NTA, DLS, and FTIR were used for analysis.
Protein corona formation was studied by incubating the TWPs with bovine serum and analyzing the samples with SDS-PAGE. Particle concentration varied with both mixing time and initial tire mass. Indications of particle aggregation in saline solutions were observed. Some variation in particle size was observed as well, but further studies are needed to draw conclusions. Protein corona formation was not detected on SDS-PAGE.
Different methodological approaches clearly influenced TWP concentration, and salt exposure indicated particle aggregation. Protein corona formation was not detected, exposing the need for further studies using higher particle concentration and potentially other protein sources.

Popular Abstract (Swedish)

Plastpåsar i haven eller avgaser från stora fabriker, det är ofta vad som dyker upp i huvudet när man tänker på miljöföroreningar. Men faktum är att det finns en mindre omtalad bov, som dessutom utgör en enorm andel av dessa miljöföroreningar, nämligen däck. Varje gång en bil rullar över asfalten nöts däcken och släpper ifrån sig små partiklar. Dessa partiklar kan vara både synliga för ögat och så små att de knappt går att se i ett vanligt mikroskop. Trots att föroreningar från däck nyligen klassificerats som en miljörisk så vet vi väldigt lite om dessa komplexa partiklars påverkan på vår hälsa och miljön som vi lever i.
I den här studien så undersöks hur nedbrytningen av däck – från stora flisor till nanostorlek – kan utföras i laboratoriet, samt hur dessa partiklar reagerar med proteiner i blodserum.
Att studera väldigt små partiklar är viktigt då det har visat sig att små partiklar kan vara skadligare än de större. Det beror bland annat på att små partiklar har enklare att ta sig in i våra kroppar. I det här experimentet tillverkades nano-partiklar av däck genom att först raspa ner däcket till flisor. Sedan användes en helt vanlig stavmixer för att skapa ännu mindre beståndsdelar genom att mixa flisorna med vatten.
Genom att mixa olika länge och använda olika mängd däckflisor kunde resultaten av olika tillvägagångsätt utvärderas. Det visade sig att det blev en högre koncentration av småpartiklar desto längre man mixade, som längst 20 minuter, men att storleksfördelningen blev snävare om man mixade i en minut.
En viktig del för att kunna ta reda på hur en partikel påverkar vår hälsa är att veta vilka ämnen i vår kropp som den interagerar med, och hur dessa ämnen påverkar partikelns egenskaper. För att undersöka detta närmare blandades de labbtillverkade däckpartiklarna med blodserum från nötkreatur. Hypotesen var att proteinerna i serumet skulle fästa på partiklarnas yta och bilda en så kallad protein-korona.
Experimentets resultat blev dock inte som tänkt då ingen indikation om att någon protein-korona hade bildats visades i analysen. Därför drogs slutsatsen att ytterligare experiment med bland annat en bättre provupparbetning måste utföras. Den här studien har startat motorn inför jakten på förståelsen om däckpartiklarna och dess interaktioner med protein, men mycket återstår innan förståelsen om däckföroreningars påverkan kan rulla hela vägen in i mål.

• author: Kritikos Malmberg, Andréa
• supervisor: Tommy Cedervall
• organization: Department of Chemistry
• course: KEMK10 20251
• year: 2025
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Chemistry
• keywords: Aggregation, Biochemistry, Nanoparticles, Nano Tracking Analysis, Protein Corona, Tire Wear Particles
• language: English
• id: 9199912
• date added to LUP: 2025-06-26 13:49:30
• date last changed: 2025-06-26 13:49:30