Hvordan inhalerte nanopartikler bidrar til vaskulære sykdommer

referanse

Miller MR, Raftis JB, Langrish JP, et al. Inhalerte nanopartikler akkumuleres på steder med vaskulære sykdommer. acs-nano . 2017; 11 (5): 4542-4552.

Mål

For å bestemme om inhalerte nanopartikler direkte forårsaker hjerte- og karsykdommer (CVD) ved å bevege seg over lungene eller bare utløse systemiske inflammatoriske reaksjoner.

utkast

Denne artikkelen rapporterer om resultatene fra en rekke kliniske og dyreforsøk, som er rettet mot å svare på et spesifikt spørsmål om hvordan nanopartikler bidrar til hjerte- og karsykdommer. I hver studie ble deltakerne utsatt for nanopartikler i gull enten ved inhalasjon (mennesker) eller direkte instillasjon av luftrøret (mus), etterfulgt av blod, urin eller vevsprøver.

Deltaker

På den første (n = 14 menn) og andre (n = 19) tok studien sunn menneskelig frivillig del; Deltakere i den tredje menneskelige studien var pasienter som nylig hadde fått en kardiovaskulær ulykke og som det var planlagt en karotisarterie (n = 12). Det første eksperimentet med gnagere inkluderte normale mus; Den andre gjaldt apolipoprotein-e-knockout-mus (apoE-/-), som hadde blitt matet med et fettfattig kosthold for å akselerere utviklingen av aterosklerotiske lesjoner.

intervensjoner

I alle eksperimenter ble deltakerne utsatt for nanopartikler i gull, men partikkelstørrelse og eksponeringsvarighet varierte. Deltakerne av det første forsøket på mennesker ble utsatt for i gjennomsnitt 3,8 nm partikler i 2 timer; I den andre studien på mennesker ble 10 små (~ 4 nm) partikler og 9 store (34 nm) partikler utsatt. I det første dyreeksperimentet ble mus utsatt for forskjellige størrelser fra 2 til 200 nm; I det andre dyreeksperimentet ble mus utsatt for 5 nm partikler i løpet av 5 uker. I den tredje menneskelige studien ble 3 av de 12 pasientene suspendert i 4 timer før operasjonen.

Kunnskapen fra denne studien kan hjelpe oss med å avverge en økning i sykelighet ved å fremme implementering av sikker produksjon og håndtering av praksis for å redusere utilsiktet eksponering.

Gull nanopartikler ble brukt fordi de har en størrelse som ligner på den gjennom forbrenning, men har en lav biologisk aktivitet; De er også lettere å måle. Siden de endogene gullverdiene i blodet er lave, kunne etterforskerne anta at noe bevist materiale ble eksperimentelt oppnådd.

Målparameter

Konsentrasjoner av gullnanopartikler i blod, urin og halspuls plakkstoff (dyreeksperiment 2 og humant eksperiment 3). Gullinnholdet ble bestemt ved hjelp av høyoppløselig induktiv induktiv plasmaspektroskopi (HR-ICPMS) og Raman-mikroskopi.

Resultater

Gull ble påvist i blodet til friske personer, som ble utsatt for nanopartikler inhalert i løpet av 15 minutter, og var fremdeles tilgjengelig 3 måneder etter eksponeringen. Etter innånding av mindre (4-5 nM) partikler, var konsentrasjonene betydelig høyere sammenlignet med større (30+ nM) partikler. Når det gjelder mus, var akkumuleringen i de mindre (<10 nm) partiklene betydelig større enn i det større (10–200 nm) området.

Gull -nanopartikler helst i områder med sterkere betennelse i både menneskelige og dyreforsøk, spesielt i vaskulære lesjoner. Forfatterne konkluderer med at inhalerte nanopartikler i gull raskt passerer inn i den systemiske syklusen og akkumuleres på steder med vaskulær betennelse. Dette gir en direkte mekanisme som forklarer sammenhengen mellom miljømessige nanopartikler og kardiovaskulære sykdommer.

Kliniske implikasjoner

De siste årene har forskjellige studier rapportert om signifikante sammenhenger mellom den inhalative eksponeringen for nanopartikler fra kjøretøygasser og sykelighet og dødelighetsrisiko. Vi har nå en anstendig forklaring på hvorfor og hvordan dette skjer. I tillegg har den raske veksten av produksjon og bruk av nanomaterialer potensialet til å øke eksponeringen av mennesker betydelig. Kunnskapen fra denne studien kan hjelpe oss med å avverge en økning i sykelighet ved å fremme implementering av sikker produksjon og håndtering av praksis for å redusere tilfeldig eksponering. Så langt har vår forståelse av en handlingsmekanisme som vil forklare assosiasjonen til kardiovaskulære sykdommer vært rudimentær. Denne artikkelen fremmer vår forståelse og advarer absolutt for forsiktighet.

Forfatterne viste at inhalerte nanopartikler hos mennesker passerer inn i sirkulasjonen hos mennesker og partiklene akkumuleres på steder med vaskulær betennelse. Partikkeltranslokasjonen ser ut til å være avhengig av størrelse, med større translokasjon og akkumulering av mindre nanopartikler.

Tidligere studier viser at akutt eksponering for diesel avgasser hos friske mennesker og hos pasienter med koronar hjertesykdom forårsaker vaskulær dysfunksjon, trombose og myokardiell iskemi. ^{1 Den kroniske eksponeringen for partikkelformet luftforurensning er forbundet med både dyr så vel som hos mennesker med utvikling og fremgang av athherosklerose brakt. 2}

Men det var ikke klart hvordan dette skjedde. Det er kjent at inhalerte partikler blir avsatt dypt i lungene og utløser oksidativt stress og betennelse. ^{3 sier at de inflammatoriske mediatorene som er utløst av disse partiklene kommer inn i den generelle syklusen og påvirker risikoen for sykdom. Andre mener at nanopartiklene selv trenger inn i alveolære epitel og kommer inn i sirkulasjonen og bidrar direkte til sykdommer. 4 Denne artikkelen antyder at sistnevnte er mer sannsynlig. Det er sannsynligvis ikke et så enkelt valg. Til slutt vil vi sannsynligvis forstå at nanopartiklene utløser vevsinfeksjoner som øker translokasjonen av partikler.}

Mens resultatene fra denne nåværende studien gir en overbevisende forklaring på hvordan CVD -risikoen kan være relatert til eksponeringen for nanopartikler i miljøet, indikerer det bare en mulig forklaring på den fra Bakian et al Seestadt, ^{6 eller resultatene av en observasjonsstudie av Power et al. Disse to publikasjonene indikerer at nanopartikler ikke bare kommer inn i den generelle syklusen, men også passerer blod-hjerne-barrieren og utløser også psykiske sykdommer.}

Denne studien demonstrerer ikke en årsakssammenheng. Dataene viser bare at nanopartikler akkumuleres på steder med vaskulære sykdommer; De beviser ikke at nanopartikler forårsaker eller forverrer CVD.

Resultatene fra denne artikkelen og lignende studier skal bekymre seg for våre pasienter som lider av CVD eller som det er en risiko for. Begrensningen av eksponering for nanopartiklene som er inhalert, spesielt diesel avgasser, kan bidra til å begrense progresjonen av sykdommen. Imidlertid er det også mindre åpenbare kilder til eksponering for nanopartikler. Antall nanopartikler i vårt daglige miljø fortsetter å øke. For eksempel er det bare noen få tonerblekk som brukes når du skriver ut hjemme og på kontoret, vil bli anerkjent som farer for CVD, men de frigjør nanomaterialer (som brukes til å forbedre tonerytelsen) og var assosiert med luftveisproblemer. ^{8 inneholder også matfargestoffer som kommer inn i kroppen og forårsaker oksidativt stress kan. 9}

Denne artikkelen utvider vår forståelse av problemene forårsaket av diesel og andre ved hjelp av forbrenning av fossilt brensel. Størrelsen og antall partikler i luften kan til slutt være av større betydning enn den absolutte massen, siden mindre partikler kan representere en større trussel. Denne artikkelen trekker oss også klar over den potensielle faren som antar en rekke nanosstoffer som anses som godartede, ikke på grunn av deres kjemiske komponenter, men på grunn av deres størrelse og evne til å bevege seg og deretter samle seg på inflammatoriske steder.