Kā ieelpotās nanodaļiņas veicina asinsvadu slimības

Attiecības

Millers MR, Raftis JB, Langrish JP u.c. Inhalējamās nanodaļiņas uzkrājas asinsvadu slimību vietās.ACS Nano. 2017;11(5):4542-4552.

Mērķis

Lai noteiktu, vai ieelpotās nanodaļiņas tieši izraisa sirds un asinsvadu slimības (CVD), pārvietojoties pa plaušām vai vienkārši izraisa sistēmiskas iekaisuma reakcijas.

Melnraksts

Šajā rakstā ir sniegti vairāku klīnisku un ar dzīvniekiem veiktu pētījumu rezultāti, un katrs no tiem ir izstrādāts, lai atbildētu uz konkrētu jautājumu par to, kā nanodaļiņas veicina sirds un asinsvadu slimības. Katrā pētījumā dalībnieki tika pakļauti zelta nanodaļiņām vai nu ieelpojot (cilvēki), vai tieši instilējot caur traheju (pelēm), kam sekoja asins, urīna vai audu paraugi.

Dalībnieks

Pirmajā (N=14 vīrieši) un otrajā (N=19) pētījumā piedalījās veseli brīvprātīgie cilvēki; Trešā cilvēka pētījuma dalībnieki bija pacienti, kuri nesen bija cietuši sirds un asinsvadu negadījumu un kuriem bija plānota karotīdu endarterektomija (N=12). Pirmajā eksperimentā ar grauzējiem tika iekļautas normālas peles; otrajā tika iesaistītas apolipoproteīna E nokautas peles (ApoE-/-), kuras tika barotas ar diētu ar augstu tauku saturu, lai paātrinātu aterosklerotisko bojājumu attīstību.

Intervences

Visos eksperimentos dalībnieki tika pakļauti zelta nanodaļiņām, taču daļiņu izmērs un iedarbības ilgums bija atšķirīgs. Pirmā izmēģinājuma ar cilvēkiem dalībnieki tika pakļauti vidēji 3,8 nm daļiņām 2 stundas; Otrajā pētījumā ar cilvēkiem 10 tika pakļauti mazām (~ 4 nm) daļiņām un 9 lielām (34 nm) daļiņām. Pirmajā eksperimentā ar dzīvniekiem peles tika pakļautas dažādiem izmēriem no 2 līdz 200 nm; Otrajā eksperimentā ar dzīvniekiem peles 5 nedēļas tika pakļautas 5 nm daļiņām. Trešajā pētījumā ar cilvēkiem 3 no 12 pacientiem tika pakļauti inhalējamām zelta nanodaļiņām (5 nm) 4 stundas pirms operācijas.

Šajā pētījumā iegūtās zināšanas var palīdzēt mums novērst saslimstības pieaugumu, mudinot īstenot drošu ražošanas un apstrādes praksi, lai samazinātu nejaušu iedarbību.

Zelta nanodaļiņas tika izmantotas, jo tās pēc izmēra ir līdzīgas sadegšanas rezultātā iegūtajām nanodaļiņām, bet tām ir zema bioloģiskā aktivitāte; tos ir arī vieglāk izmērīt. Tā kā endogēnā zelta līmenis asinīs ir zems, pētnieki varēja pieņemt, ka jebkurš atklātais materiāls ir iegūts eksperimentāli.

Mērķa parametri

Zelta nanodaļiņu koncentrācija asinīs, urīnā un miega aplikuma audos (2. eksperiments ar dzīvniekiem un 3. eksperiments ar cilvēkiem). Zelta saturs tika noteikts, izmantojot augstas izšķirtspējas induktīvi savienotas plazmas masas spektroskopiju (HR-ICPMS) un Ramana mikroskopiju.

Rezultāti

Zelts tika atklāts veselu brīvprātīgo asinīs, kas tika pakļauti inhalējamām nanodaļiņām 15 minūšu laikā, un tas joprojām bija 3 mēnešus pēc iedarbības. Koncentrācijas bija ievērojami augstākas pēc mazāku (4–5 nm) daļiņu ieelpošanas, salīdzinot ar lielākām (30+ nm) daļiņām. Pelēm uzkrāšanās bija ievērojami lielāka mazākās (<10 nm) daļiņās nekā lielākā (10–200 nm) diapazonā.

Gan pētījumos ar cilvēkiem, gan dzīvniekiem zelta nanodaļiņas galvenokārt uzkrājās vietās ar lielāku iekaisumu, īpaši asinsvadu bojājumos. Autori secina, ka ieelpotās zelta nanodaļiņas ātri nonāk sistēmiskajā cirkulācijā un uzkrājas asinsvadu iekaisuma vietās. Tas nodrošina tiešu mehānismu, kas izskaidro saistību starp vides nanodaļiņām un sirds un asinsvadu slimībām.

Klīniskās sekas

Pēdējos gados dažādos pētījumos ir ziņots par būtiskām saistībām starp transportlīdzekļu izplūdes gāzu nanodaļiņu ieelpošanu un saslimstības un mirstības risku. Tagad mums ir pienācīgs skaidrojums, kāpēc un kā tas notiek. Turklāt nanomateriālu ražošanas un izmantošanas straujais pieaugums var ievērojami palielināt iedarbību uz cilvēkiem. Šajā pētījumā iegūtās zināšanas var palīdzēt mums novērst saslimstības pieaugumu, mudinot īstenot drošu ražošanas un apstrādes praksi, lai samazinātu nejaušu iedarbību. Līdz šim mūsu izpratne par darbības mehānismu, kas izskaidro saistību ar sirds un asinsvadu slimībām, ir bijusi elementāra. Šis raksts uzlabo mūsu izpratni un noteikti mudina būt piesardzīgiem.

Autori parādīja, ka ieelpotās nanodaļiņas no plaušām nonāk cilvēka asinsritē un ka daļiņas uzkrājas asinsvadu iekaisuma vietās. Šķiet, ka daļiņu translokācija ir atkarīga no izmēra, ar lielāku pārvietošanos un mazāku nanodaļiņu uzkrāšanos.

Iepriekšējie pētījumi liecina, ka akūta dīzeļdegvielas izplūdes gāzu iedarbība izraisa asinsvadu disfunkciju, trombozi un miokarda išēmiju veseliem cilvēkiem un pacientiem ar koronāro artēriju slimību.¹Hroniska cieto daļiņu gaisa piesārņojuma iedarbība ir saistīta ar aterosklerozes attīstību un progresēšanu gan dzīvniekiem, gan cilvēkiem.²

Bet nebija skaidrs, kā tas notiek. Ir zināms, ka ieelpotās daļiņas iekļūst dziļi plaušās un izraisa oksidatīvo stresu un iekaisumu.³Viena teorija ir tāda, ka iekaisuma mediatori, ko izraisa šīs daļiņas, nonāk vispārējā asinsritē un ietekmē slimības risku. Citi uzskata, ka pašas nanodaļiņas iekļūst alveolu epitēlijā un nonāk asinsritē, tieši veicinot slimības.⁴Šis dokuments stingri norāda, ka pēdējais mehānisms ir ticamāks. Iespējams, tā nav tik viegla izvēle. Galu galā mēs, iespējams, sapratīsim, ka nanodaļiņas izraisa audu iekaisumu, kas palielina daļiņu pārvietošanos.⁵

Lai gan šī pētījuma rezultāti sniedz pārliecinošu skaidrojumu par to, kā CVD risks var būt saistīts ar nanodaļiņu iedarbību vidē, tas tikai liecina par vienu iespējamo skaidrojumu Bakian et al Seestadt ziņotajiem atklājumiem.⁶vai Power et al. novērojuma pētījuma rezultāti, kas atklāja saistību starp gaisa piesārņojumu un trauksmi.⁷Šīs 2 publikācijas liecina, ka nanodaļiņas ne tikai nonāk vispārējā asinsritē, bet arī šķērso hematoencefālisko barjeru un arī izraisa garīgas slimības.

Šis pētījums nepierāda cēloņsakarību. Dati tikai parāda, ka nanodaļiņas uzkrājas asinsvadu slimību vietās; tie nepierāda, ka nanodaļiņas izraisa vai pasliktina CVD.

Šī raksta un līdzīgu pētījumu rezultātiem vajadzētu radīt bažas mūsu pacientiem, kuri cieš no CVD vai kuriem ir risks saslimt ar CVD. Ierobežojot iedarbību uz acīmredzamiem ieelpojamo nanodaļiņu avotiem, jo ​​īpaši dīzeļdegvielas izplūdes gāzēm, var palīdzēt ierobežot slimības progresēšanu. Tomēr riskus rada arī mazāk acīmredzami nanodaļiņu iedarbības avoti. Nanodaļiņu skaits mūsu ikdienas vidē turpina pieaugt. Piemēram, tikai daži atzītu, ka tonera tintes, ko izmanto drukāšanai mājās un birojā, rada CVD risku, taču tās izdala nanomateriālus (izmanto tonera veiktspējas uzlabošanai) un ir saistīti ar elpošanas problēmām.⁸Pārtikas krāsvielas satur arī titāna dioksīda nanodaļiņas, kas var iekļūt organismā un izraisīt oksidatīvo stresu.⁹

Šis raksts paplašina mūsu izpratni par problēmām, ko izraisa dīzeļdegviela un citi fosilā kurināmā sadegšanas blakusprodukti. Daļiņu izmēram un skaitam gaisā galu galā var būt lielāka nozīme nekā absolūtajai masai, jo mazākas daļiņas var radīt lielākus draudus. Šis raksts arī brīdina mūs par iespējamo apdraudējumu, ko rada dažādas nanovielas, kuras tiek uzskatītas par labdabīgām nevis to ķīmisko sastāvdaļu dēļ, bet gan to lieluma un spējas pārvietoties un pēc tam uzkrāties iekaisuma vietās.