Cómo contribuyen las nanopartículas inhaladas a la enfermedad vascular

Relación

Miller MR, Raftis JB, Langrish JP, et al. Las nanopartículas inhaladas se acumulan en los sitios de enfermedad vascular.ACS Nano. 2017;11(5):4542-4552.

Objetivo

Determinar si las nanopartículas inhaladas causan directamente enfermedades cardiovasculares (ECV) al moverse a través de los pulmones o simplemente desencadenan respuestas inflamatorias sistémicas.

Borrador

Este artículo informa los resultados de una serie de estudios clínicos y en animales, cada uno de ellos diseñado para responder una pregunta específica sobre cómo las nanopartículas contribuyen a las enfermedades cardiovasculares. En cada estudio, los participantes fueron expuestos a nanopartículas de oro mediante inhalación (humanos) o instilación directa a través de la tráquea (ratones), seguido de muestras de sangre, orina o tejido.

Partícipe

El primer estudio (N=14 hombres) y el segundo (N=19) involucraron a voluntarios humanos sanos; Los participantes en el tercer estudio en humanos eran pacientes que habían sufrido recientemente un accidente cardiovascular y estaban programados para someterse a una endarterectomía carotídea (N = 12). El primer experimento con roedores incluyó ratones normales; el segundo involucró ratones knockout para apolipoproteína E (ApoE-/-) que fueron alimentados con una dieta rica en grasas para acelerar el desarrollo de lesiones ateroscleróticas.

Intervenciones

En todos los experimentos, los participantes estuvieron expuestos a nanopartículas de oro, pero el tamaño de las partículas y la duración de la exposición variaron. Los participantes del primer ensayo en humanos estuvieron expuestos a un promedio de partículas de 3,8 nm durante 2 horas; En el segundo estudio en humanos, 10 fueron expuestos a partículas pequeñas (~4 nm) y 9 a partículas grandes (34 nm). En el primer experimento con animales, se expuso a ratones a diferentes tamaños, desde 2 hasta 200 nm; En el segundo experimento con animales, se expuso a ratones a partículas de 5 nm durante 5 semanas. En el tercer estudio en humanos, 3 de los 12 pacientes fueron expuestos a nanopartículas de oro inhaladas (5 nm) durante 4 horas antes de la cirugía.

El conocimiento de este estudio puede ayudarnos a evitar aumentos en la morbilidad al alentar la implementación de prácticas seguras de fabricación y manipulación para reducir las exposiciones accidentales.

Se utilizaron nanopartículas de oro porque son similares en tamaño a las nanopartículas derivadas de la combustión pero tienen baja actividad biológica; también son más fáciles de medir. Debido a que los niveles de oro endógeno en la sangre son bajos, los investigadores podrían suponer que cualquier material detectado se obtuvo experimentalmente.

Parámetros objetivo

Concentraciones de nanopartículas de oro en sangre, orina y tejido de placa carotídea (experimento con animales 2 y experimento con humanos 3). Los contenidos de oro se determinaron mediante espectroscopía de masas de plasma acoplado inductivamente de alta resolución (HR-ICPMS) y microscopía Raman.

Resultados

Se detectó oro en la sangre de voluntarios sanos expuestos a nanopartículas inhaladas en 15 minutos y todavía estaba presente 3 meses después de la exposición. Las concentraciones fueron significativamente mayores después de la inhalación de partículas más pequeñas (4 a 5 nm) en comparación con partículas más grandes (más de 30 nm). En ratones, la acumulación fue significativamente mayor en las partículas más pequeñas (<10 nm) que en el rango más grande (10-200 nm).

Tanto en estudios en humanos como en animales, las nanopartículas de oro se acumularon preferentemente en áreas de mayor inflamación, particularmente en lesiones vasculares. Los autores concluyen que las nanopartículas de oro inhaladas ingresan rápidamente a la circulación sistémica y se acumulan en los sitios de inflamación vascular. Esto proporciona un mecanismo directo que explica la asociación entre las nanopartículas ambientales y las enfermedades cardiovasculares.

Implicaciones clínicas

En los últimos años, varios estudios han informado de asociaciones significativas entre la exposición por inhalación a nanopartículas procedentes de los gases de escape de los vehículos y el riesgo de morbilidad y mortalidad. Ahora tenemos una explicación decente de por qué y cómo sucede esto. Además, el rápido crecimiento de la producción y el uso de nanomateriales tiene el potencial de aumentar considerablemente la exposición humana. El conocimiento de este estudio puede ayudarnos a evitar aumentos en la morbilidad al alentar la implementación de prácticas seguras de fabricación y manipulación para reducir las exposiciones accidentales. Hasta la fecha, nuestra comprensión de un mecanismo de acción que explicaría la asociación con la enfermedad cardiovascular ha sido rudimentaria. Este artículo mejora nuestra comprensión y ciertamente insta a la precaución.

Los autores demostraron que las nanopartículas inhaladas pasan de los pulmones a la circulación en los seres humanos y que se acumulan en los lugares de inflamación vascular. La translocación de partículas parece depender del tamaño, con una mayor translocación y acumulación de nanopartículas más pequeñas.

Investigaciones anteriores muestran que la exposición aguda a los gases de escape de diésel causa disfunción vascular, trombosis e isquemia miocárdica en individuos sanos y en pacientes con enfermedad de las arterias coronarias.¹La exposición crónica a la contaminación del aire por partículas está asociada con el desarrollo y la progresión de la aterosclerosis tanto en animales como en humanos.²

Pero no estaba claro cómo sucede esto. Se sabe que las partículas inhaladas se alojan profundamente en los pulmones y desencadenan estrés oxidativo e inflamación.³Una teoría es que los mediadores inflamatorios desencadenados por estas partículas ingresan a la circulación general e influyen en el riesgo de enfermedad. Otros creen que las propias nanopartículas penetran el epitelio alveolar y entran en la circulación, contribuyendo directamente a la enfermedad.⁴Este artículo sugiere firmemente que el último mecanismo es más probable. Probablemente no sea una elección tan fácil. Al final, probablemente entenderemos que las nanopartículas desencadenan una inflamación de los tejidos, lo que aumenta la translocación de partículas.⁵

Si bien los resultados de este estudio proporcionan una explicación convincente de cómo el riesgo de ECV puede estar relacionado con la exposición a nanopartículas en el medio ambiente, solo sugiere una posible explicación para los hallazgos informados por Bakian et al Seestadt,⁶o los resultados de un estudio observacional de Power et al., que encontró una conexión entre la contaminación del aire y la ansiedad.⁷Estas 2 publicaciones sugieren que las nanopartículas no sólo ingresan a la circulación general, sino que también atraviesan la barrera hematoencefálica y también desencadenan enfermedades mentales.

Este estudio no prueba una relación causal. Los datos sólo muestran que las nanopartículas se acumulan en los sitios de enfermedad vascular; no prueban que las nanopartículas causen o empeoren la ECV.

Los resultados de este artículo y estudios similares deberían ser motivo de preocupación para nuestros pacientes que padecen o corren riesgo de padecer ECV. Limitar la exposición a fuentes obvias de nanopartículas inhaladas, en particular los gases de escape de diésel, puede ayudar a limitar la progresión de la enfermedad. Sin embargo, fuentes menos obvias de exposición a nanopartículas también plantean riesgos. La cantidad de nanopartículas en nuestro entorno cotidiano sigue aumentando. Por ejemplo, pocos reconocerían que las tintas de tóner utilizadas en la impresión doméstica y de oficina suponen un riesgo de ECV, pero liberan nanomateriales (utilizados para mejorar el rendimiento del tóner) y se han relacionado con problemas respiratorios.⁸Los colorantes alimentarios también contienen nanopartículas de dióxido de titanio, que pueden ingresar al cuerpo y causar estrés oxidativo.⁹

Este artículo amplía nuestra comprensión de los problemas causados ​​por el diésel y otros subproductos de la combustión de combustibles fósiles. En última instancia, el tamaño y la cantidad de partículas en el aire pueden ser de mayor importancia que la masa absoluta, ya que las partículas más pequeñas pueden representar una amenaza mayor. Este artículo también nos alerta sobre el peligro potencial que representan una variedad de nanosustancias que se consideran benignas, no por sus componentes químicos, sino por su tamaño y capacidad para moverse y luego acumularse en los sitios de inflamación.