Hvor inhalerede nanopartikler bidrager til vaskulære sygdomme

Reference

Miller MR, Raftis JB, Langrish JP, et al. Inhalerede nanopartikler akkumuleres i steder med vaskulære sygdomme. acs-nano . 2017; 11 (5): 4542-4552.

objektiv

For at bestemme, om inhalerede nanopartikler direkte forårsager hjerte -kar -sygdom (CVD) ved at bevæge sig over lungerne eller blot udløse systemiske inflammatoriske reaktioner.

udkast

Dette papir rapporterer om resultaterne af en række kliniske og dyreforsøg, der sigter mod at besvare et specifikt spørgsmål om, hvordan nanopartikler bidrager til hjerte -kar -sygdomme. I hver undersøgelse blev deltagerne udsat for guldnanopartikler enten ved inhalation (mennesker) eller direkte instillation af luftrøret (mus) efterfulgt af blod, urin eller vævsprøver.

deltager

på den første (n = 14 mænd) og anden (n = 19) undersøgelse tog en sund menneskelig frivillig del; Deltagere i den tredje menneskelige undersøgelse var patienter, der for nylig havde lidt en hjerte -kar -ulykke, og for hvem en carotisarterie var planlagt (n = 12). Det første eksperiment med gnavere inkluderede normale mus; Den anden vedrørte apolipoprotein-e-knockout mus (Apoe-/-), som var blevet fodret med en fedtfattig diæt for at fremskynde udviklingen af ​​aterosklerotiske læsioner.

Interventioner

I alle eksperimenter blev deltagerne udsat for guldnanopartikler, men partikelstørrelse og eksponeringsvarighed varierede. Deltagerne i det første forsøg på mennesker blev udsat for et gennemsnit på 3,8 nm partikler i 2 timer; I den anden undersøgelse af mennesker blev 10 små (~ 4 nm) partikler og 9 store (34 nm) partikler udsat. I det første dyreeksperiment blev mus udsat for forskellige størrelser fra 2 til 200 nm; I det andet dyreeksperiment blev mus udsat for 5 nm partikler over 5 uger. I den tredje menneskelige undersøgelse blev 3 af de 12 patienter suspenderet i 4 timer før operationen.

Viden fra denne undersøgelse kan hjælpe os med at afværge en stigning i sygeligheden ved at fremme implementeringen af ​​sikker fremstilling og håndteringspraksis for at reducere utilsigtet eksponering.

Guld nanopartikler blev anvendt, fordi de har en størrelse, der ligner den gennem forbrænding, men har en lav biologisk aktivitet; De er også lettere at måle. Da de endogene guldværdier i blodet er lave, kunne efterforskerne antage, at ethvert dokumenteret materiale blev opnået eksperimentelt.

målparameter

Koncentrationer af guld nanopartikler i blod, urin og carotis plakkestof (dyreeksperiment 2 og humant eksperiment 3). Guldindholdet blev bestemt ved hjælp af højopløsningsinduktiv induktiv plasmamassespektroskopi (HR-ICPMS) og Raman-mikroskopi.

Resultater

Guld blev påvist i blodet fra raske forsøgspersoner, som blev udsat for nanopartikler inhaleret inden for 15 minutter, og var stadig tilgængelig 3 måneder efter eksponeringen. Efter inhalation af mindre (4-5 nm) partikler var koncentrationerne signifikant højere sammenlignet med større (30+ nm) partikler. I tilfælde af mus var akkumuleringen i de mindre (<10 nm) partikler signifikant større end i området større (10-200 nm).

Guld nanopartikler fortrinsvis i områder med stærkere betændelse i både humane og dyreforsøg, især i vaskulære læsioner. Forfatterne konkluderer, at inhalerede guldnanopartikler hurtigt passerer ind i den systemiske cyklus og akkumuleres på steder med vaskulær betændelse. Dette tilvejebringer en direkte mekanisme, der forklarer forbindelsen mellem miljørelaterede nanopartikler og hjerte -kar -sygdomme.

Kliniske implikationer

I de senere år har forskellige undersøgelser rapporteret signifikante sammenhænge mellem den inhalative eksponering for nanopartikler fra køretøjsgasser og sygelighed og dødelighedsrisiko. Vi har nu en anstændig forklaring på, hvorfor og hvordan dette sker. Derudover har den hurtige vækst af produktionen og brugen af ​​nanomaterialer potentialet til at øge menneskers eksponering markant. Viden fra denne undersøgelse kan hjælpe os med at afværge en stigning i sygelighed ved at fremme implementeringen af ​​sikker fremstilling og håndteringspraksis for at reducere utilsigtet eksponering. Indtil videre har vores forståelse af en handlingsmekanisme, der ville forklare foreningen af ​​hjerte -kar -sygdomme, været rudimentær. Denne artikel fremmer vores forståelse og advarer bestemt om forsigtighed.

Forfatterne viste, at inhalerede nanopartikler hos mennesker passerer ind i cirkulationen hos mennesker, og partiklerne akkumuleres på steder med vaskulær betændelse. Partikeltranslokationen ser ud til at være afhængig af størrelse med større translokation og akkumulering af mindre nanopartikler.

Tidligere undersøgelser viser, at akut eksponering for dieseludstødningsgasser hos raske mennesker og hos patienter med koronar hjertesygdom forårsager vaskulær dysfunktion, trombose og myokardisk iskæmi. ^{1 Den kroniske eksponering for partikelformet luftforurening er forbundet i både dyr såvel som hos mennesker med udvikling og fremme af athherosklerose bragt. 2}

Men det var ikke klart, hvordan dette skete. Det er kendt, at inhalerede partikler deponeres dybt i lungerne og udløser oxidativ stress og betændelse. ^{3 siger, at de inflammatoriske mediatorer, der er udløst af disse partikler, kommer i den generelle cyklus og påvirker risikoen for sygdom. Andre mener, at nanopartiklerne selv trænger ind i det alveolære epitel og kommer ind i cirkulationen og bidrager direkte til sygdomme. 4 Dette papir antyder, at sidstnævnte er mere sandsynligt. Det er sandsynligvis ikke et så let valg. I sidste ende vil vi sandsynligvis forstå, at nanopartiklerne udløser vævsinfektioner, der øger translokationen af ​​partikler.}

Mens resultaterne af denne nuværende undersøgelse giver en overbevisende forklaring på, hvordan CVD -risikoen kan relateres til eksponeringen for nanopartikler i miljøet, indikerer det kun en mulig forklaring på Bakian et al. Seestadt, ^{6 eller resultaterne af en observationsundersøgelse af Power et al., Som fandt en forbindelse mellem luftforurening og frygt. Disse 2 publikationer indikerer, at nanopartikler ikke kun kommer ind i den generelle cyklus, men også passerer blod-hjerne-barrieren og også udløser psykiske sygdomme.}

Denne undersøgelse viser ikke en årsagssammenhæng. Dataene viser kun, at nanopartikler akkumuleres i steder med vaskulære sygdomme; De beviser ikke, at nanopartikler forårsager eller forværrer CVD.

Resultaterne af dette papir og lignende undersøgelser skal bekymre sig om vores patienter, der lider af CVD, eller for hvem der er en risiko for. Begrænsningen af ​​eksponering for nanopartiklerne inhaleret, især dieseludstødningsgasser, kan hjælpe med at begrænse sygdommens progression. Der er dog også mindre åbenlyse kilder til eksponering for nanopartikler. Antallet af nanopartikler i vores daglige miljø fortsætter med at stige. For eksempel ville kun et par tonerblæk, der bruges ved udskrivning derhjemme og på kontoret, blive anerkendt som farer for CVD, men de frigør nanomaterialer (som bruges til at forbedre tonerpræstationen) og var forbundet med luftvejsproblemer. ^{8 indeholder også madfarvestoffer, der kommer ind i kroppen og forårsager oxidativ stress. 9}

Dette papir udvider vores forståelse af de problemer, der er forårsaget af diesel og andre ved hjælp af forbrænding af fossile brændstoffer. Størrelsen og antallet af partikler i luften kan i sidste ende være af større betydning end den absolutte masse, da mindre partikler kan repræsentere en større trussel. Denne artikel trækker os også opmærksomme på den potentielle fare, der antager en række nanos -stoffer, der betragtes som godartede, ikke på grund af deres kemiske komponenter, men på grund af deres størrelse og evne til at bevæge sig og derefter akkumuleres på inflammatoriske pletter.