Suche
Mein Konto
Relacja
Miller MR, Raftis JB, Langrish JP i in. Wdychane nanocząsteczki gromadzą się w miejscach występowania chorób naczyniowych.ACS Nano. 2017;11(5):4542-4552.
Cel
Aby ustalić, czy wdychane nanocząsteczki bezpośrednio powodują choroby układu krążenia (CVD), przemieszczając się przez płuca, czy po prostu wywołują ogólnoustrojową reakcję zapalną.
Projekt
W artykule przedstawiono wyniki serii badań klinicznych i badań na zwierzętach, z których każde miało odpowiedzieć na konkretne pytanie dotyczące wpływu nanocząstek na choroby układu krążenia. W każdym badaniu uczestnicy byli narażeni na działanie nanocząstek złota poprzez wdychanie (ludzie) lub bezpośrednie wkroplenie przez tchawicę (myszy), a następnie pobierano próbki krwi, moczu lub tkanek.
Uczestnik
W pierwszym (N=14 mężczyzn) i drugim (N=19) badaniu uczestniczyli zdrowi ochotnicy; Uczestnikami trzeciego badania na ludziach byli pacjenci, którzy niedawno przeszli wypadek sercowo-naczyniowy i mieli zostać poddani endarterektomii tętnicy szyjnej (N=12). Pierwszy eksperyment na gryzoniach obejmował normalne myszy; drugie dotyczyło myszy z nokautem apolipoproteiny E (ApoE-/-), które karmiono dietą wysokotłuszczową w celu przyspieszenia rozwoju zmian miażdżycowych.
Interwencje
We wszystkich eksperymentach uczestnicy byli narażeni na działanie nanocząstek złota, ale wielkość cząstek i czas trwania ekspozycji były różne. Uczestnicy pierwszego badania na ludziach byli wystawieni na działanie cząstek o średniej wielkości 3,8 nm przez 2 godziny; W drugim badaniu na ludziach 10 osób poddano działaniu małych (~4 nm), a 9 dużych (34 nm) cząstek. W pierwszym eksperymencie na zwierzętach myszy poddano działaniu światła o długości fali od 2 do 200 nm; W drugim eksperymencie na zwierzętach myszy poddano działaniu cząstek o średnicy 5 nm przez 5 tygodni. W trzecim badaniu na ludziach 3 z 12 pacjentów poddano działaniu wdychanych nanocząstek złota (5 nm) przez 4 godziny przed zabiegiem.
Wiedza zdobyta w tym badaniu może pomóc nam zapobiec wzrostowi zachorowalności poprzez zachęcanie do wdrażania bezpiecznych praktyk produkcji i obchodzenia się w celu ograniczenia przypadkowego narażenia.
Zastosowano nanocząstki złota, ponieważ ich wielkość jest podobna do nanocząstek powstających podczas spalania, ale mają niską aktywność biologiczną; są też łatwiejsze do zmierzenia. Ponieważ poziom endogennego złota we krwi jest niski, badacze mogli założyć, że każdy wykryty materiał uzyskano eksperymentalnie.
Parametry docelowe
Stężenia nanocząstek złota we krwi, moczu i tkance blaszki szyjnej (doświadczenie na zwierzętach 2 i doświadczenie na ludziach 3). Zawartość złota oznaczono za pomocą wysokorozdzielczej spektroskopii masowej w plazmie indukcyjnie sprzężonej (HR-ICPMS) i mikroskopii Ramana.
Wyniki
Złoto wykryto we krwi zdrowych ochotników narażonych na wdychane nanocząsteczki w ciągu 15 minut i było ono nadal obecne 3 miesiące po ekspozycji. Stężenia były znacząco wyższe po inhalacji mniejszych (4–5 nm) cząstek w porównaniu z większymi (30+ nm). U myszy akumulacja była znacznie większa w mniejszych (<10 nm) cząstkach niż w większym zakresie (10–200 nm).
Zarówno w badaniach na ludziach, jak i na zwierzętach wykazano, że nanocząsteczki złota gromadziły się preferencyjnie w obszarach o większym stanie zapalnym, zwłaszcza w zmianach naczyniowych. Autorzy doszli do wniosku, że wdychane nanocząsteczki złota szybko przedostają się do krążenia ogólnoustrojowego i gromadzą się w miejscach zapalenia naczyń. Zapewnia to bezpośredni mechanizm wyjaśniający związek między nanocząsteczkami środowiskowymi a chorobami układu krążenia.
Implikacje kliniczne
W ostatnich latach różne badania wykazały istotne powiązania między narażeniem inhalacyjnym na nanocząsteczki ze spalin samochodowych a ryzykiem zachorowalności i śmiertelności. Mamy teraz przyzwoite wyjaśnienie, dlaczego i jak tak się dzieje. Ponadto szybki wzrost produkcji i stosowania nanomateriałów może znacznie zwiększyć narażenie ludzi. Wiedza zdobyta w tym badaniu może pomóc nam zapobiec wzrostowi zachorowalności poprzez zachęcanie do wdrażania bezpiecznych praktyk produkcji i obchodzenia się w celu ograniczenia przypadkowego narażenia. Do chwili obecnej nasze zrozumienie mechanizmu działania, który wyjaśniałby związek z chorobami układu krążenia, było szczątkowe. Artykuł ten pogłębia naszą wiedzę i z pewnością zaleca ostrożność.
Autorzy wykazali, że wdychane nanocząstki przedostają się z płuc do krążenia u człowieka i gromadzą się w miejscach zapalenia naczyń. Wydaje się, że translokacja cząstek zależy od rozmiaru, przy większej translokacji i akumulacji mniejszych nanocząstek.
Poprzednie badania wykazały, że ostre narażenie na spaliny diesla powoduje dysfunkcję naczyń, zakrzepicę i niedokrwienie mięśnia sercowego u zdrowych osób i pacjentów z chorobą wieńcową.1Przewlekłe narażenie na pyłowe zanieczyszczenia powietrza wiąże się z rozwojem i postępem miażdżycy zarówno u zwierząt, jak i u ludzi.2
Ale nie było jasne, jak to się dzieje. Wiadomo, że wdychane cząstki osadzają się głęboko w płucach i powodują stres oksydacyjny oraz stany zapalne.3Jedna z teorii głosi, że mediatory stanu zapalnego wyzwalane przez te cząsteczki dostają się do ogólnego krążenia i wpływają na ryzyko choroby. Inni uważają, że same nanocząstki przenikają przez nabłonek pęcherzyków płucnych i dostają się do krążenia, przyczyniając się bezpośrednio do choroby.4Artykuł ten zdecydowanie sugeruje, że ten drugi mechanizm jest bardziej prawdopodobny. To chyba nie jest taki łatwy wybór. W końcu prawdopodobnie zrozumiemy, że nanocząstki wywołują stan zapalny tkanek, co zwiększa translokację cząstek.5
Chociaż wyniki niniejszego badania dostarczają przekonującego wyjaśnienia, w jaki sposób ryzyko CVD może być powiązane z narażeniem na nanocząsteczki w środowisku, sugerują one tylko jedno możliwe wyjaśnienie ustaleń przedstawionych przez Bakiana i wsp. Seestadta:6lub wyniki badania obserwacyjnego przeprowadzonego przez Power i wsp., które odkryło związek między zanieczyszczeniem powietrza a stanami lękowymi.7Z tych 2 publikacji wynika, że nanocząstki nie tylko dostają się do ogólnego krążenia, ale także przekraczają barierę krew-mózg i powodują choroby psychiczne.
Badanie to nie dowodzi związku przyczynowego. Dane pokazują jedynie, że nanocząsteczki gromadzą się w miejscach objętych chorobami naczyniowymi; nie dowodzą, że nanocząstki powodują lub pogarszają CVD.
Wyniki tego artykułu i podobnych badań powinny zainteresować naszych pacjentów cierpiących na choroby sercowo-naczyniowe lub zagrożonych chorobą sercowo-naczyniową. Ograniczenie narażenia na oczywiste źródła wdychanych nanocząstek, zwłaszcza spalin diesla, może pomóc w ograniczeniu postępu choroby. Jednakże mniej oczywiste źródła narażenia na nanocząsteczki również stwarzają ryzyko. Liczba nanocząstek w naszym codziennym środowisku stale rośnie. Na przykład niewiele osób uznałoby tusze z tonerem stosowane w druku domowym i biurowym za ryzyko chorób układu krążenia, choć uwalniają one nanomateriały (stosowane w celu poprawy wydajności tonera) i powiązano je z problemami układu oddechowego.8Barwniki spożywcze zawierają także nanocząsteczki dwutlenku tytanu, które mogą przedostać się do organizmu i wywołać stres oksydacyjny.9
Artykuł ten poszerza naszą wiedzę na temat problemów powodowanych przez olej napędowy i inne produkty uboczne spalania paliw kopalnych. Rozmiar i liczba cząstek w powietrzu mogą ostatecznie mieć większe znaczenie niż masa bezwzględna, ponieważ mniejsze cząstki mogą stanowić większe zagrożenie. Artykuł ten ostrzega nas również o potencjalnym niebezpieczeństwie stwarzanym przez różne nanosubstancje uważane za łagodne nie ze względu na ich skład chemiczny, ale ze względu na ich rozmiar i zdolność do przemieszczania się, a następnie gromadzenia się w miejscach zapalenia.