Kaip įkvepiamos nanodalelės prisideda prie kraujagyslių ligų

Santykis

Milleris MR, Raftis JB, Langrish JP ir kt. Įkvėptos nanodalelės kaupiasi kraujagyslių ligų vietose.ACS nano. 2017;11(5):4542-4552.

Tikslas

Nustatyti, ar įkvėptos nanodalelės tiesiogiai sukelia širdies ir kraujagyslių ligas (ŠKL), judėdamos per plaučius, ar tiesiog sukelia sistemines uždegimines reakcijas.

Juodraštis

Šiame dokumente pateikiami klinikinių ir su gyvūnais atliktų tyrimų rezultatai, kurių kiekvienas skirtas atsakyti į konkretų klausimą, kaip nanodalelės prisideda prie širdies ir kraujagyslių ligų. Kiekviename tyrime dalyviai buvo veikiami aukso nanodalelėmis įkvėpus (žmonėms) arba tiesiogiai lašinant per trachėją (pelėms), o po to buvo imami kraujo, šlapimo ar audinių mėginiai.

Dalyvis

Pirmajame (N=14 vyrų) ir antrame (N=19) tyrime dalyvavo sveiki savanoriai; Trečiojo tyrimo su žmonėmis dalyviai buvo pacientai, neseniai patyrę širdies ir kraujagyslių sistemos nelaimingą atsitikimą ir kuriems buvo numatyta miego arterijos endarterektomija (N=12). Pirmajame eksperimente su graužikais dalyvavo normalios pelės; antrasis buvo susijęs su apolipoprotein E pašalintomis pelėmis (ApoE-/-), kurios buvo šeriamos riebiu maistu, siekiant paspartinti aterosklerozinių pažeidimų vystymąsi.

Intervencijos

Visuose eksperimentuose dalyviai buvo veikiami aukso nanodalelėmis, tačiau dalelių dydis ir poveikio trukmė skyrėsi. Pirmojo bandymo su žmonėmis dalyviai buvo veikiami vidutiniškai 3,8 nm dalelėmis 2 valandas; Antrajame tyrime su žmonėmis 10 buvo veikiami mažomis (~ 4 nm) dalelėmis ir 9 didelėmis (34 nm) dalelėmis. Pirmajame eksperimente su gyvūnais pelės buvo veikiamos skirtingų dydžių nuo 2 iki 200 nm; Antrajame eksperimente su gyvūnais pelės 5 savaites buvo veikiamos 5 nm dalelėmis. Trečiajame tyrime su žmonėmis 3 iš 12 pacientų buvo veikiami įkvėptų aukso nanodalelių (5 nm) 4 valandas prieš operaciją.

Šio tyrimo žinios gali padėti mums išvengti sergamumo padidėjimo skatinant saugios gamybos ir tvarkymo praktikos įgyvendinimą, siekiant sumažinti atsitiktinį poveikį.

Aukso nanodalelės buvo naudojamos, nes savo dydžiu panašios į degimo būdu gautas nanodaleles, tačiau turi mažą biologinį aktyvumą; juos taip pat lengviau išmatuoti. Kadangi endogeninio aukso kiekis kraujyje yra mažas, tyrėjai galėjo manyti, kad bet kokia aptikta medžiaga buvo gauta eksperimentiniu būdu.

Tiksliniai parametrai

Aukso nanodalelių koncentracijos kraujyje, šlapime ir miego arterijos apnašų audiniuose (2 eksperimentas su gyvūnais ir 3 eksperimentas su žmonėmis). Aukso kiekis buvo nustatytas naudojant didelės skiriamosios gebos induktyviai susietos plazmos masės spektroskopiją (HR-ICPMS) ir Ramano mikroskopiją.

Rezultatai

Auksas buvo aptiktas sveikų savanorių, paveiktų įkvėptų nanodalelių, kraujyje per 15 minučių ir vis dar buvo praėjus 3 mėnesiams po poveikio. Įkvėpus mažesnes (4–5 nm) daleles, koncentracija buvo žymiai didesnė, palyginti su didesnėmis (30+ nm) dalelėmis. Pelėse kaupimasis buvo žymiai didesnis mažesnėse (<10 nm) dalelėse nei didesniame (10–200 nm) diapazone.

Atliekant tyrimus su žmonėmis ir gyvūnais, aukso nanodalelės dažniausiai kaupėsi didesnio uždegimo vietose, ypač kraujagyslių pažeidimuose. Autoriai daro išvadą, kad įkvėptos aukso nanodalelės greitai patenka į sisteminę kraujotaką ir kaupiasi kraujagyslių uždegimo vietose. Tai suteikia tiesioginį mechanizmą, paaiškinantį ryšį tarp aplinkos nanodalelių ir širdies ir kraujagyslių ligų.

Klinikinės pasekmės

Pastaraisiais metais įvairūs tyrimai parodė reikšmingą ryšį tarp transporto priemonių išmetamųjų dujų nanodalelių įkvėpimo ir sergamumo bei mirtingumo rizikos. Dabar turime tinkamą paaiškinimą, kodėl ir kaip tai vyksta. Be to, spartus nanomedžiagų gamybos ir naudojimo augimas gali labai padidinti poveikį žmonėms. Šio tyrimo žinios gali padėti mums išvengti sergamumo padidėjimo skatinant saugios gamybos ir tvarkymo praktikos įgyvendinimą, siekiant sumažinti atsitiktinį poveikį. Iki šiol mūsų supratimas apie veikimo mechanizmą, kuris paaiškintų ryšį su širdies ir kraujagyslių ligomis, buvo pradinis. Šis dokumentas pagerina mūsų supratimą ir tikrai ragina būti atsargiems.

Autoriai parodė, kad įkvėptos nanodalelės iš plaučių patenka į žmonių kraujotaką ir kad dalelės kaupiasi kraujagyslių uždegimo vietose. Atrodo, kad dalelių perkėlimas priklauso nuo dydžio, didesnis perkėlimas ir mažesnių nanodalelių kaupimasis.

Ankstesni tyrimai rodo, kad ūmus dyzelino išmetamųjų dujų poveikis sveikiems asmenims ir pacientams, sergantiems vainikinių arterijų liga, sukelia kraujagyslių disfunkciją, trombozę ir miokardo išemiją.¹Lėtinis oro taršos kietosiomis dalelėmis poveikis yra susijęs su aterosklerozės vystymusi ir progresavimu tiek gyvūnams, tiek žmonėms.²

Tačiau nebuvo aišku, kaip tai vyksta. Yra žinoma, kad įkvėptos dalelės patenka giliai į plaučius ir sukelia oksidacinį stresą bei uždegimą.³Viena teorija teigia, kad šių dalelių suaktyvinti uždegiminiai mediatoriai patenka į bendrą kraujotaką ir daro įtaką ligų rizikai. Kiti mano, kad pačios nanodalelės prasiskverbia pro alveolių epitelį ir patenka į kraujotaką, tiesiogiai prisidėdamos prie ligų.⁴Šis dokumentas primygtinai rodo, kad pastarasis mechanizmas yra labiau tikėtinas. Tikriausiai tai nėra toks lengvas pasirinkimas. Galų gale tikriausiai suprasime, kad nanodalelės sukelia audinių uždegimą, kuris padidina dalelių perkėlimą.⁵

Nors šio tyrimo rezultatai pateikia įtikinamą paaiškinimą, kaip ŠKL rizika gali būti susijusi su nanodalelių poveikiu aplinkoje, tai tik vienas galimas Bakian ir Seestadt pateiktų išvadų paaiškinimas.⁶arba Power ir kt. atlikto stebėjimo tyrimo, kuriame buvo nustatytas ryšys tarp oro taršos ir nerimo, rezultatai.⁷Šiose 2 publikacijose teigiama, kad nanodalelės ne tik patenka į bendrą kraujotaką, bet ir prasiskverbia per kraujo-smegenų barjerą, taip pat sukelia psichines ligas.

Šis tyrimas neįrodo priežastinio ryšio. Duomenys tik rodo, kad nanodalelės kaupiasi kraujagyslių ligų vietose; jie neįrodo, kad nanodalelės sukelia ar pablogina ŠKL.

Šio dokumento ir panašių tyrimų rezultatai turėtų kelti susirūpinimą mūsų pacientams, kenčiantiems nuo ŠKL arba kuriems gresia rizika. Apribojus akivaizdžių įkvepiamų nanodalelių šaltinių, ypač dyzelino išmetamųjų dujų, poveikį, gali padėti apriboti ligos progresavimą. Tačiau mažiau akivaizdūs nanodalelių poveikio šaltiniai taip pat kelia pavojų. Nanodalelių skaičius mūsų kasdieninėje aplinkoje ir toliau didėja. Pavyzdžiui, nedaugelis pripažintų, kad dažų dažai, naudojami spausdinant namuose ir biure, kelia pavojų susirgti ŠKL, tačiau jie išskiria nanomedžiagas (naudojamas dažų našumui pagerinti) ir yra susijusios su kvėpavimo problemomis.⁸Maistiniuose dažuose taip pat yra titano dioksido nanodalelių, kurios gali patekti į organizmą ir sukelti oksidacinį stresą.⁹

Šis dokumentas praplečia mūsų supratimą apie problemas, kurias sukelia dyzelinas ir kiti iškastinio kuro deginimo šalutiniai produktai. Dalelių dydis ir skaičius ore galiausiai gali būti svarbesni nei absoliuti masė, nes mažesnės dalelės gali kelti didesnę grėsmę. Šis dokumentas taip pat įspėja apie galimą pavojų, kurį kelia įvairios nanomedžiagos, kurios laikomos gerybinėmis ne dėl jų cheminių komponentų, o dėl jų dydžio ir gebėjimo judėti ir kauptis uždegimo vietose.