In che modo le nanoparticelle inalate contribuiscono alle malattie vascolari

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Riferimento

Miller MR, Raftis JB, Langrish JP, et al. Le nanoparticelle inalate si accumulano in luoghi di malattie vascolari. Acs-nano . 2017; 11 (5): 4542-4552.

obiettivo

Per determinare se le nanoparticelle inalate causano direttamente la malattia cardiovascolare (CVD) spostandosi sui polmoni o semplicemente innescando reazioni infiammatorie sistemiche.

bozza

Questo documento riporta i risultati di una serie di esperimenti clinici e animali, che mirano a rispondere a una domanda specifica su come le nanoparticelle contribuiscono alle malattie cardiovascolari. In ogni studio, i partecipanti sono stati esposti a nanoparticelle d'oro per inalazione (umani) o instillazione diretta da parte della trachea (topi), seguita da campioni di sangue, urina o tessuto.

Partecipante

Il primo studio (n = 14 uomini) e il secondo (n = 19) ha preso parte volontaria umana sana; I partecipanti al terzo studio umano erano pazienti che avevano recentemente subito un incidente cardiovascolare e per i quali era stata pianificata un'arteria carotide (n = 12). Il primo esperimento con roditori includeva topi normali; Il secondo topi apolipoproteina-e-knockout interessati (apoe-/-), che era stato alimentato con una dieta ricca di grassi per accelerare lo sviluppo di lesioni aterosclerotiche.

interventi

In tutti gli esperimenti, i partecipanti sono stati esposti a nanoparticelle d'oro, ma la dimensione delle particelle e la durata dell'esposizione variavano. I partecipanti al primo tentativo di esseri umani sono stati esposti a una media di particelle di 3,8 nm per 2 ore; Nel secondo studio sull'uomo, sono state esposte 10 piccole particelle (~ 4 nm) e 9 particelle di grandi dimensioni (34 nm). Nel primo esperimento animale, i topi sono stati esposti a diverse dimensioni da 2 a 200 nm; Nel secondo esperimento animale, i topi sono stati esposti a particelle di 5 nm per 5 settimane. Nel terzo studio umano, 3 dei 12 pazienti sono stati sospesi per 4 ore prima dell'operazione.

Le conoscenze di questo studio possono aiutarci a evitare un aumento della morbilità promuovendo l'implementazione di pratiche di produzione e gestione sicure per ridurre l'esposizione accidentale.

Nanoparticelle d'oro sono state usate perché hanno una dimensione simile a quella attraverso la combustione, ma hanno una bassa attività biologica; Sono anche più facili da misurare. Poiché i valori endogeni dell'oro nel sangue sono bassi, gli investigatori sono stati in grado di supporre che qualsiasi materiale comprovato fosse ottenuto sperimentalmente.

parametro target

Concentrazioni di nanoparticelle d'oro nel tessuto di placca di sangue, urina e carotide (esperimento animale 2 e esperimento umano 3). Il contenuto d'oro è stato determinato mediante spettroscopia di massa plasmatica induttiva induttiva ad alta risoluzione (HR-ICPMS) e microscopia Raman.

Risultati

L'oro è stato rilevato nel sangue di soggetti sani, che sono stati esposti a nanoparticelle inalate entro 15 minuti ed era ancora disponibile 3 mesi dopo l'esposizione. Dopo l'inalazione di particelle più piccole (4-5 nM), le concentrazioni erano significativamente più elevate rispetto alle particelle più grandi (30 nM). Nel caso dei topi, l'accumulo nelle particelle più piccole (<10 nm) era significativamente più grande rispetto a un intervallo più ampio (10-200 nm).

Nanoparticelle d'oro preferibilmente in aree con un'infiammazione più forte negli esperimenti umani e animali, specialmente nelle lesioni vascolari. Gli autori concludono che le nanoparticelle d'oro inalate passano rapidamente nel ciclo sistemico e si accumulano in luoghi di infiammazione vascolare. Ciò fornisce un meccanismo diretto che spiega la connessione tra nanoparticelle e malattie cardiovascolari legate all'ambiente.

implicazioni cliniche

Negli ultimi anni, vari studi hanno riportato relazioni significative tra l'esposizione inalativa alle nanoparticelle dai gas dei veicoli e il rischio di morbilità e mortalità. Ora abbiamo una spiegazione decente per il perché e come ciò accade. Inoltre, la rapida crescita della produzione e dell'uso di nanomateriali ha il potenziale per aumentare significativamente l'esposizione degli esseri umani. Le conoscenze di questo studio possono aiutarci a evitare un aumento della morbilità promuovendo l'implementazione di pratiche di produzione e gestione sicure al fine di ridurre l'esposizione accidentale. Finora, la nostra comprensione di un meccanismo d'azione che spiegherebbe l'associazione delle malattie cardiovascolari è stata rudimentale. Questo documento promuove la nostra comprensione e certamente avverte per cautela.

Gli autori hanno mostrato che le nanoparticelle inalate nell'uomo passano nella circolazione nell'uomo e le particelle si accumulano in luoghi di infiammazione vascolare. La traslocazione delle particelle sembra dipendere dalle dimensioni, con maggiore traslocazione e accumulo di nanoparticelle più piccole.

Studi precedenti dimostrano che l'esposizione acuta ai gas di scarico diesel nelle persone sane e nei pazienti con malattia coronarica provoca disfunzione vascolare, trombosi e ischemia miocardica. 1 L'esposizione cronica all'inquinamento dell'aria a forma di particelle è collegata sia negli animali che negli umani con lo sviluppo e l'avanzamento dell'atherosclerosi portati. 2

Ma non era chiaro come sia successo. È noto che le particelle inalate vengono depositate in profondità nei polmoni e innescano stress ossidativo e infiammazione. 3 afferma che i mediatori infiammatori innescati da queste particelle entrano nel ciclo generale e influenzano il rischio di malattia. Altri credono che le stesse nanoparticelle penetrino nell'epitelio alveolare e entrano nella circolazione e contribuiscano direttamente alle malattie. 4 Questo documento suggerisce che quest'ultimo è più probabile. Probabilmente non è una scelta così facile. Alla fine capiremo probabilmente che le nanoparticelle innescano le infezioni tissutali che aumentano la traslocazione delle particelle.

Mentre i risultati di questo studio forniscono una spiegazione convincente su come il rischio CVD può essere correlato all'esposizione alle nanoparticelle nell'ambiente, indica solo una possibile spiegazione per quella di Bakian et al Seestadt, 6 o i risultati di uno studio di osservazione di Power et al., Che ha trovato una connessione tra l'inquinamento atmosferico e la paura. Queste 2 pubblicazioni indicano che le nanoparticelle non solo entrano nel ciclo generale, ma passano anche la barriera emato-encefalica e scatenano anche le malattie mentali.

Questo studio non dimostra una connessione causale. I dati mostrano solo che le nanoparticelle si accumulano in luoghi di malattie vascolari; Non dimostrano che le nanoparticelle causino o aggravono il CVD.

I risultati di questo documento e di studi simili dovrebbero preoccuparsi dei nostri pazienti che soffrono di CVD o per i quali esiste un rischio. La limitazione dell'esposizione alle nanoparticelle inalate, in particolare gas di scarico diesel, può aiutare a limitare la progressione della malattia. Tuttavia, ci sono anche fonti meno ovvie di esposizione alle nanoparticelle. Il numero di nanoparticelle nel nostro ambiente quotidiano continua ad aumentare. Ad esempio, solo pochi inchiostro da toner che vengono utilizzati durante la stampa a casa e in ufficio sarebbero riconosciuti come pericoli per il CVD, ma liberano nanomateriali (che vengono utilizzati per migliorare le prestazioni del toner) e sono associati a problemi respiratori. 8 contengono anche coloranti alimentari che entrano nel corpo e causano lo stress ossidativo. 9

Questo documento espande la nostra comprensione dei problemi causati da diesel e altri per -prodotti della combustione dei combustibili fossili. La dimensione e il numero di particelle nell'aria possono in definitiva essere di maggiore importanza rispetto alla massa assoluta, poiché le particelle più piccole possono rappresentare una minaccia maggiore. Questo documento ci attira anche il potenziale pericolo che assume una varietà di sostanze di nanos che sono considerate benigne, non a causa delle loro componenti chimiche, ma a causa delle loro dimensioni e capacità di muoversi e quindi accumularsi in punti infiammatori.