Kuidas inhaleeritavad nanoosakesed aitavad kaasa veresoonte haigustele

Suhe

Miller MR, Raftis JB, Langrish JP jt. Sissehingatavad nanoosakesed kogunevad veresoontehaiguste kohtadesse.ACS Nano. 2017;11(5):4542-4552.

Eesmärk

Et teha kindlaks, kas sissehingatavad nanoosakesed põhjustavad kopsude kaudu liikudes otseselt südame-veresoonkonna haigusi (CVD) või käivitavad lihtsalt süsteemsed põletikulised reaktsioonid.

Mustand

Selles artiklis kirjeldatakse mitmete kliiniliste ja loomkatsete tulemusi, millest igaüks on mõeldud konkreetsele küsimusele selle kohta, kuidas nanoosakesed aitavad kaasa südame-veresoonkonna haigustele. Igas uuringus puutusid osalejad kokku kulla nanoosakestega kas sissehingamise (inimesed) või otse hingetoru kaudu (hiired) instillatsiooni teel, millele järgnesid vere-, uriini- või koeproovid.

Osaleja

Esimeses (N=14 meest) ja teises (N=19) uuringus osalesid terved vabatahtlikud inimesed; Kolmandas inimuuringus osalesid patsiendid, kes olid hiljuti kannatanud südame-veresoonkonna õnnetuse all ja kellele oli kavas teha unearteri endarterektoomia (N=12). Esimene näriliste katse hõlmas tavalisi hiiri; teine ​​hõlmas apolipoproteiin E knockout hiiri (ApoE-/-), kellele toideti kõrge rasvasisaldusega dieeti, et kiirendada aterosklerootiliste kahjustuste teket.

Sekkumised

Kõigis katsetes puutusid osalejad kokku kulla nanoosakestega, kuid osakeste suurus ja kokkupuute kestus varieerusid. Esimeses inimkatses osalejad puutusid kokku 2 tunni jooksul keskmiselt 3,8 nm osakestega; Teises inimuuringus eksponeeriti 10 väikesi (~ 4 nm) osakesi ja 9 suuri (34 nm) osakesi. Esimeses loomkatses eksponeeriti hiiri erineva suurusega 2 kuni 200 nm; Teises loomkatses eksponeeriti hiiri 5 nädala jooksul 5 nm osakestega. Kolmandas inimuuringus puutusid 3 patsienti 12-st kokku inhaleeritavate kulla nanoosakestega (5 nm) 4 tundi enne operatsiooni.

Sellest uuringust saadud teadmised võivad aidata meil ära hoida haigestumuse suurenemist, julgustades rakendama ohutuid tootmis- ja käitlemistavad, et vähendada juhuslikku kokkupuudet.

Kulda nanoosakesi kasutati, kuna need on oma suuruselt sarnased põlemisel saadud nanoosakestega, kuid neil on madal bioloogiline aktiivsus; neid on ka lihtsam mõõta. Kuna endogeense kulla tase veres on madal, võisid uurijad eeldada, et mis tahes tuvastatud materjal saadi katseliselt.

Sihtparameetrid

Kulla nanoosakeste kontsentratsioonid veres, uriinis ja unearteri naastude koes (loomkatse 2 ja inimkatse 3). Kullasisaldus määrati kõrge eraldusvõimega induktiivselt sidestatud plasma massispektroskoopia (HR-ICPMS) ja Ramani mikroskoopia abil.

Tulemused

Inhaleeritavate nanoosakestega kokku puutunud tervete vabatahtlike veres tuvastati kulda 15 minuti jooksul ja see oli alles 3 kuud pärast kokkupuudet. Pärast väiksemate (4–5 nm) osakeste sissehingamist olid kontsentratsioonid oluliselt kõrgemad kui suuremate (30+ nm) osakeste puhul. Hiirtel oli akumuleerumine väiksemates (<10 nm) osakestes oluliselt suurem kui suuremas (10–200 nm) vahemikus.

Nii inim- kui ka loomkatsetes kogunesid kulla nanoosakesed eelistatult suurema põletikuga piirkondades, eriti veresoonte kahjustustes. Autorid järeldavad, et sissehingatud kulla nanoosakesed sisenevad kiiresti süsteemsesse vereringesse ja kogunevad veresoonte põletiku kohtadesse. See annab otsese mehhanismi, mis selgitab seost keskkonna nanoosakeste ja südame-veresoonkonna haiguste vahel.

Kliinilised tagajärjed

Viimastel aastatel on mitmed uuringud teatanud olulistest seostest sõidukite heitgaaside nanoosakestega sissehingamisel kokkupuute ning haigestumuse ja suremuse riski vahel. Meil on nüüd korralik selgitus, miks ja kuidas see juhtub. Lisaks võib nanomaterjalide tootmise ja kasutamise kiire kasv märkimisväärselt suurendada inimeste kokkupuudet sellega. Sellest uuringust saadud teadmised võivad aidata meil ära hoida haigestumuse suurenemist, julgustades rakendama ohutuid tootmis- ja käitlemistavad, et vähendada juhuslikku kokkupuudet. Siiani on meie arusaam toimemehhanismist, mis selgitaks seost südame-veresoonkonna haigustega, olnud algeline. See artikkel edendab meie arusaamist ja nõuab kindlasti ettevaatust.

Autorid näitasid, et sissehingatud nanoosakesed lähevad inimestel kopsudest vereringesse ja osakesed kogunevad veresoonte põletiku kohtadesse. Osakeste translokatsioon näib olevat suurusest sõltuv, väiksemate nanoosakeste suurem translokatsioon ja akumuleerumine.

Varasemad uuringud näitavad, et äge kokkupuude diisli heitgaasiga põhjustab tervetel inimestel ja koronaararterite haigusega patsientidel veresoonte talitlushäireid, tromboosi ja müokardi isheemiat.¹Krooniline kokkupuude tahkete osakeste õhusaastega on seotud ateroskleroosi tekke ja progresseerumisega nii loomadel kui ka inimestel.²

Kuid polnud selge, kuidas see juhtub. On teada, et sissehingatud osakesed asuvad sügavale kopsudesse ja põhjustavad oksüdatiivset stressi ja põletikku.³Üks teooria on see, et nende osakeste poolt käivitatud põletikulised vahendajad sisenevad üldisesse vereringesse ja mõjutavad haigusriski. Teised usuvad, et nanoosakesed ise tungivad läbi alveolaarse epiteeli ja sisenevad vereringesse, aidates otseselt kaasa haiguste tekkele.⁴See artikkel viitab kindlalt sellele, et viimane mehhanism on tõenäolisem. Tõenäoliselt pole see nii lihtne valik. Lõpuks saame ilmselt aru, et nanoosakesed vallandavad kudede põletiku, mis suurendab osakeste translokatsiooni.⁵

Kuigi selle uuringu tulemused annavad veenva selgituse selle kohta, kuidas CVD risk võib olla seotud keskkonnas leiduvate nanoosakestega kokkupuutega, viitab see vaid ühele võimalikule seletuseks Bakian jt Seestadti järeldustele.⁶või Power jt vaatlusuuringu tulemused, mis leidsid seose õhusaaste ja ärevuse vahel.⁷Need 2 väljaannet viitavad sellele, et nanoosakesed mitte ainult ei sisene üldisesse vereringesse, vaid läbivad ka hematoentsefaalbarjääri ja käivitavad ka vaimuhaigusi.

See uuring ei tõesta põhjuslikku seost. Andmed näitavad ainult seda, et nanoosakesed kogunevad veresoontehaiguste kohtadesse; need ei tõesta, et nanoosakesed põhjustavad või süvendavad SVH-d.

Selle artikli ja sarnaste uuringute tulemused peaksid olema murettekitavad meie patsientidele, kes kannatavad südame-veresoonkonna haiguste all või kellel on selle oht. Kokkupuute piiramine sissehingatavate nanoosakeste ilmsete allikatega, eriti diislikütuse heitgaasidega, võib aidata piirata haiguse progresseerumist. Siiski kujutavad endast ohtu ka vähem ilmsed nanoosakestega kokkupuute allikad. Nanoosakeste arv meie igapäevases keskkonnas kasvab jätkuvalt. Näiteks vähesed mõistavad, et kodus ja kontoris printimisel kasutatavad toonerivärvid on südame-veresoonkonna haiguste riskid, kuid need eraldavad nanomaterjale (kasutatakse tooneri jõudluse parandamiseks) ja neid on seostatud hingamisteede probleemidega.⁸Toiduvärvid sisaldavad ka titaandioksiidi nanoosakesi, mis võivad organismi sattuda ja põhjustada oksüdatiivset stressi.⁹

See artikkel laiendab meie arusaama diislikütuse ja muude fossiilkütuste põletamise kõrvalsaaduste põhjustatud probleemidest. Õhus olevate osakeste suurus ja arv võib lõppkokkuvõttes olla suurema tähtsusega kui absoluutmass, kuna väiksemad osakesed võivad kujutada endast suuremat ohtu. See artikkel hoiatab meid ka võimaliku ohu eest, mida kujutavad endast mitmesugused healoomuliseks peetavad nanoained, mitte nende keemiliste komponentide, vaid nende suuruse ja võime tõttu liikuda ning seejärel põletikukohtadesse koguneda.