Como as nanopartículas inaladas contribuem para doenças vasculares

Relação

Miller MR, Raftis JB, Langrish JP, et al. Nanopartículas inaladas acumulam-se em locais de doenças vasculares.ACS Nano. 2017;11(5):4542-4552.

Objetivo

Determinar se as nanopartículas inaladas causam diretamente doenças cardiovasculares (DCV), movendo-se através dos pulmões ou simplesmente desencadeando respostas inflamatórias sistêmicas.

Rascunho

Este artigo relata os resultados de uma série de estudos clínicos e em animais, cada um projetado para responder a uma pergunta específica sobre como as nanopartículas contribuem para as doenças cardiovasculares. Em cada estudo, os participantes foram expostos a nanopartículas de ouro por inalação (humanos) ou instilação direta através da traqueia (ratos), seguida de amostras de sangue, urina ou tecido.

Participante

O primeiro (N=14 homens) e o segundo (N=19) estudos envolveram voluntários humanos saudáveis; Os participantes do terceiro estudo em humanos eram pacientes que sofreram recentemente um acidente cardiovascular e estavam programados para serem submetidos à endarterectomia carotídea (N=12). O primeiro experimento com roedores incluiu ratos normais; o segundo envolveu camundongos knockout para apolipoproteína E (ApoE-/-) que foram alimentados com uma dieta rica em gordura para acelerar o desenvolvimento de lesões ateroscleróticas.

Intervenções

Em todos os experimentos, os participantes foram expostos a nanopartículas de ouro, mas o tamanho das partículas e a duração da exposição variaram. Os participantes do primeiro teste em humanos foram expostos a uma média de partículas de 3,8 nm durante 2 horas; No segundo estudo em humanos, 10 foram expostos a partículas pequenas (~4 nm) e 9 a partículas grandes (34 nm). No primeiro experimento com animais, os ratos foram expostos a diferentes tamanhos de 2 a 200 nm; No segundo experimento com animais, os ratos foram expostos a partículas de 5 nm durante 5 semanas. No terceiro estudo em humanos, 3 dos 12 pacientes foram expostos a nanopartículas de ouro (5 nm) inaladas durante 4 horas antes da cirurgia.

O conhecimento deste estudo pode nos ajudar a evitar aumentos na morbidade, incentivando a implementação de práticas seguras de fabricação e manuseio para reduzir exposições acidentais.

Nanopartículas de ouro foram utilizadas porque são semelhantes em tamanho às nanopartículas derivadas de combustão, mas possuem baixa atividade biológica; eles também são mais fáceis de medir. Como os níveis de ouro endógeno no sangue são baixos, os investigadores poderiam assumir que qualquer material detectado foi obtido experimentalmente.

Parâmetros de destino

Concentrações de nanopartículas de ouro no sangue, urina e tecido da placa carotídea (experimento animal 2 e experimento humano 3). O teor de ouro foi determinado usando espectroscopia de massa com plasma indutivamente acoplado de alta resolução (HR-ICPMS) e microscopia Raman.

Resultados

O ouro foi detectado no sangue de voluntários saudáveis ​​expostos a nanopartículas inaladas em 15 minutos e ainda estava presente 3 meses após a exposição. As concentrações foram significativamente maiores após a inalação de partículas menores (4–5 nm) em comparação com partículas maiores (30+ nm). Em camundongos, o acúmulo foi significativamente maior nas partículas menores (<10 nm) do que na faixa maior (10–200 nm).

Tanto em estudos em humanos como em animais, as nanopartículas de ouro acumularam-se preferencialmente em áreas de maior inflamação, particularmente em lesões vasculares. Os autores concluem que as nanopartículas de ouro inaladas entram rapidamente na circulação sistêmica e se acumulam em locais de inflamação vascular. Isto fornece um mecanismo direto que explica a associação entre nanopartículas ambientais e doenças cardiovasculares.

Implicações clínicas

Nos últimos anos, vários estudos relataram associações significativas entre a exposição por inalação a nanopartículas provenientes de gases de escape de veículos e o risco de morbidade e mortalidade. Agora temos uma explicação decente sobre por que e como isso acontece. Além disso, o rápido crescimento na produção e utilização de nanomateriais tem o potencial de aumentar significativamente a exposição humana. O conhecimento deste estudo pode nos ajudar a evitar aumentos na morbidade, incentivando a implementação de práticas seguras de fabricação e manuseio para reduzir exposições acidentais. Até à data, a nossa compreensão de um mecanismo de ação que explicaria a associação com doenças cardiovasculares tem sido rudimentar. Este artigo avança nossa compreensão e certamente recomenda cautela.

Os autores mostraram que as nanopartículas inaladas passam dos pulmões para a circulação em humanos e que as partículas se acumulam em locais de inflamação vascular. A translocação de partículas parece depender do tamanho, com maior translocação e acúmulo de nanopartículas menores.

Pesquisas anteriores mostram que a exposição aguda ao escapamento do diesel causa disfunção vascular, trombose e isquemia miocárdica em indivíduos saudáveis ​​e em pacientes com doença arterial coronariana.¹A exposição crônica à poluição atmosférica particulada está associada ao desenvolvimento e progressão da aterosclerose em animais e humanos.²

Mas não ficou claro como isso acontece. Sabe-se que partículas inaladas se alojam profundamente nos pulmões e provocam estresse oxidativo e inflamação.³Uma teoria é que os mediadores inflamatórios desencadeados por estas partículas entram na circulação geral e influenciam o risco de doenças. Outros acreditam que as próprias nanopartículas penetram no epitélio alveolar e entram na circulação, contribuindo diretamente para doenças.⁴Este artigo sugere fortemente que o último mecanismo é mais provável. Provavelmente não é uma escolha tão fácil. Ao final, provavelmente entenderemos que as nanopartículas desencadeiam a inflamação dos tecidos, o que aumenta a translocação das partículas.⁵

Embora os resultados do presente estudo forneçam uma explicação convincente sobre como o risco de DCV pode estar relacionado à exposição a nanopartículas no ambiente, ele apenas sugere uma explicação possível para as descobertas relatadas por Bakian et al Seestadt,⁶ou os resultados de um estudo observacional de Power et al., que encontrou uma ligação entre poluição do ar e ansiedade.⁷Estas duas publicações sugerem que as nanopartículas não só entram na circulação geral, mas também atravessam a barreira hematoencefálica e também desencadeiam doenças mentais.

Este estudo não prova uma relação causal. Os dados mostram apenas que as nanopartículas se acumulam em locais de doenças vasculares; eles não provam que as nanopartículas causam ou pioram as DCV.

Os resultados deste artigo e de estudos semelhantes devem ser motivo de preocupação para nossos pacientes que sofrem ou estão em risco de DCV. Limitar a exposição a fontes óbvias de nanopartículas inaladas, especialmente gases de escape de diesel, pode ajudar a limitar a progressão da doença. No entanto, fontes menos óbvias de exposição a nanopartículas também apresentam riscos. O número de nanopartículas no nosso ambiente diário continua a aumentar. Por exemplo, poucos reconheceriam as tintas de toner utilizadas na impressão doméstica e no escritório como riscos para DCV, mas libertam nanomateriais (utilizados para melhorar o desempenho do toner) e têm sido associadas a problemas respiratórios.⁸Os corantes alimentares também contêm nanopartículas de dióxido de titânio, que podem entrar no corpo e causar estresse oxidativo.⁹

Este artigo amplia nossa compreensão dos problemas causados ​​pelo diesel e outros subprodutos da combustão de combustíveis fósseis. O tamanho e o número de partículas no ar podem, em última análise, ser de maior importância do que a massa absoluta, uma vez que partículas mais pequenas podem representar uma ameaça maior. Este artigo também nos alerta para o perigo potencial representado por uma variedade de nanosubstâncias que são consideradas benignas, não devido aos seus componentes químicos, mas devido ao seu tamanho e capacidade de se moverem e depois se acumularem em locais de inflamação.