Hoe geïnhaleerde nanodeeltjes bijdragen aan vasculaire ziekten

Referentie

Miller MR, Raftis JB, Langrish JP, et al. Geïnhaleerde nanodeeltjes accumuleren in plaatsen van vaatziekten. ACS-Nano . 2017; 11 (5): 4542-4552.

objectief

Om te bepalen of geïnhaleerde nanodeeltjes direct hart- en vaatziekten (CVD) veroorzaken door over de longen te bewegen of eenvoudigweg systemische ontstekingsreacties te activeren.

ontwerp

Dit artikel rapporteert over de resultaten van een aantal klinische en dierlijke experimenten, die gericht zijn op het beantwoorden van een specifieke vraag hoe nanodeeltjes bijdragen aan hart- en vaatziekten. In elke studie werden de deelnemers blootgesteld aan gouden nanodeeltjes door inhalatie (mensen) of directe instillatie door de luchtpijp (muizen), gevolgd door bloed-, urine- of weefselmonsters.

Deelnemer

Over de eerste (n = 14 mannen) en tweede (n = 19) studie namen een gezond menselijk vrijwillige deel; Deelnemers aan de derde menselijke studie waren patiënten die onlangs een cardiovasculair ongeval hadden gehad en voor wie een halsslagader was gepland (n = 12). Het eerste experiment met knaagdieren omvatte normale muizen; De tweede betrokken apolipoproteïne-e-knock-out muizen (ApoE-/-), die was gevoed met een vetrijk dieet om de ontwikkeling van atherosclerotische laesies te versnellen.

interventies

In alle experimenten werden de deelnemers blootgesteld aan gouden nanodeeltjes, maar de deeltjesgrootte en blootstellingsduur varieerde. De deelnemers van de eerste poging tot mensen werden gedurende 2 uur blootgesteld aan een gemiddelde van 3,8 nm deeltjes; In de tweede studie over mensen werden 10 kleine (~ 4 nm) deeltjes en 9 grote (34 nm) deeltjes blootgesteld. In het eerste dierexperiment werden muizen blootgesteld aan verschillende grootte van 2 tot 200 nm; In het tweede dierexperiment werden muizen gedurende 5 weken blootgesteld aan 5 nm deeltjes. In de derde menselijke studie werden 3 van de 12 patiënten 4 uur vóór de operatie geschorst.

De kennis van deze studie kan ons helpen om een ​​toename van de morbiditeit te voorkomen door de implementatie van beveiligde productie- en hanteringspraktijken te bevorderen om de onbedoelde blootstelling te verminderen.

Gouden nanodeeltjes werden gebruikt omdat ze een vergelijkbare grootte hebben met die door verbranding, maar een lage biologische activiteit hebben; Ze zijn ook gemakkelijker te meten. Omdat de endogene goudwaarden in het bloed laag zijn, konden de onderzoekers aannemen dat elk bewezen materiaal experimenteel werd verkregen.

Doelparameter

concentraties van gouden nanodeeltjes in bloed, urine en carotis plaque -stof (Animal Experiment 2 en Human Experiment 3). Het goudgehalte werd bepaald door middel van inductieve inductieve inductieve plasma-massaspectroscopie met hoge resolutie (HR-ICPMS) en Raman-microscopie.

Resultaten

Goud werd gedetecteerd in het bloed van gezonde proefpersonen, die werden blootgesteld aan nanodeeltjes die binnen 15 minuten werden ingeademd en nog 3 maanden na de blootstelling beschikbaar waren. Na inhalatie van kleinere (4-5 nm) deeltjes waren de concentraties significant hoger in vergelijking met grotere (30+ nm) deeltjes. In het geval van muizen was de accumulatie in de kleinere (<10 nm) deeltjes aanzienlijk groter dan in het grotere (10-200 nm) bereik.

Gouden nanodeeltjes bij voorkeur in gebieden met een sterkere ontsteking in zowel menselijke als dierlijke experimenten, vooral in vasculaire laesies. De auteurs concluderen dat ingeademde gouden nanodeeltjes snel in de systemische cyclus gaan en zich ophopen in plaatsen van vasculaire ontsteking. Dit biedt een direct mechanisme dat het verband verklaart tussen milieuvriendelijke nanodeeltjes en hart- en vaatziekten.

klinische implicaties

In de afgelopen jaren hebben verschillende onderzoeken significante relaties gemeld tussen de inhalatieve blootstelling aan nanodeeltjes van voertuiggassen en morbiditeit en mortaliteitsrisico. We hebben nu een behoorlijke verklaring voor waarom en hoe dit gebeurt. Bovendien kan de snelle groei van de productie en het gebruik van nanomaterialen de blootstelling van mensen aanzienlijk verhogen. De kennis van deze studie kan ons helpen om een ​​toename van de morbiditeit te voorkomen door de implementatie van beveiligde productie- en hanteringspraktijken te bevorderen om de onbedoelde blootstelling te verminderen. Tot nu toe is ons begrip van een actiemechanisme dat de associatie van cardiovasculaire ziekten zou verklaren, rudimentair. Dit artikel bevordert ons begrip en waarschuwt zeker voor voorzichtigheid.

De auteurs toonden aan dat geïnhaleerde nanodeeltjes bij mensen de bloedsomloop bij mensen passeren en de deeltjes zich ophopen in plaatsen van vasculaire ontsteking. De deeltjestranslocatie lijkt afhankelijk te zijn van de grootte, met een grotere translocatie en accumulatie van kleinere nanodeeltjes.

Eerdere studies tonen aan dat acute blootstelling aan uitlaatgassen van diesel bij gezonde mensen en bij patiënten met coronaire hartaandoeningen vasculaire disfunctie, trombose en myocardiale ischemie veroorzaakt. 1 De chronische blootstelling aan deeltjesvormige luchtvervuiling is verbonden bij zowel dieren als bij mensen met de ontwikkeling en vooruitgang van athherosclerose gebracht. ²

Maar het was niet duidelijk hoe dit gebeurde. Het is bekend dat geïnhaleerde deeltjes diep in de longen worden afgezet en oxidatieve stress en ontsteking veroorzaken. 3 stelt dat de inflammatoire mediatoren die door deze deeltjes worden geactiveerd in de algemene cyclus komen en het risico op ziekte beïnvloeden. Anderen geloven dat de nanodeeltjes zelf het alveolaire epitheel binnendringen en in de bloedsomloop komen en rechtstreeks bijdragen aan ziekten. ^{4 Dit artikel suggereert dat dit laatste waarschijnlijker is. Het is waarschijnlijk niet zo'n gemakkelijke keuze. Uiteindelijk zullen we waarschijnlijk begrijpen dat de nanodeeltjes weefselinfecties activeren die de translocatie van deeltjes verhogen.}

Hoewel de resultaten van deze huidige studie een overtuigende verklaring bieden voor hoe het CVD -risico kan worden gerelateerd aan de blootstelling aan nanodeeltjes in de omgeving, duidt het alleen aan een mogelijke verklaring aan voor die van Bakian et al. Seestadt, ^{6 of de resultaten van een observatiestudie door Power et al., Die een verbinding tussen luchtvervuiling en angst vond. Deze 2 publicaties geven aan dat nanodeeltjes niet alleen in de algemene cyclus komen, maar ook de bloed-hersenbarrière doorgeven en ook psychische aandoeningen veroorzaken.}

Deze studie vertoont geen causaal verband. De gegevens laten alleen zien dat nanodeeltjes zich ophopen in plaatsen van vaatziekten; Ze bewijzen niet dat nanodeeltjes CVD veroorzaken of verergeren.

De resultaten van dit artikel en soortgelijke studies moeten zich zorgen maken over onze patiënten die last hebben van CVD of voor wie er een risico bestaat. De beperking van blootstelling aan de ingeademde nanodeeltjes, in bepaalde dieseluitlaatgassen, kan de progressie van de ziekte helpen beperken. Er zijn echter ook minder voor de hand liggende bronnen van blootstelling aan nanodeeltjes. Het aantal nanodeeltjes in onze dagelijkse omgeving blijft toenemen. Bijvoorbeeld, slechts een paar toner -inkt die worden gebruikt bij het afdrukken thuis en op kantoor zouden worden erkend als gevaren voor CVD, maar ze bevrijden van nanomaterialen (die worden gebruikt om de tonerprestaties te verbeteren) en werden geassocieerd met ademhalingsproblemen. 8 bevatten ook voedselverf die in het lichaam komen en oxidatieve stress veroorzaken. ⁹

Dit artikel vergroot ons begrip van de problemen veroorzaakt door diesel en andere door -producten van de verbranding van fossiele brandstoffen. De grootte en het aantal deeltjes in de lucht kunnen uiteindelijk van groter belang zijn dan de absolute massa, omdat kleinere deeltjes een grotere bedreiging kunnen vormen. Dit artikel trekt ons ook op de hoogte van het potentiële gevaar dat een verscheidenheid aan nanos -stoffen aanneemt die als goedaardig worden beschouwd, niet vanwege hun chemische componenten, maar vanwege hun grootte en vermogen om te bewegen en zich vervolgens te accumuleren op inflammatoire plekken.