Modul în care nanoparticulele inhalate contribuie la boli vasculare

referință

Miller MR, Raftis JB, Langrish JP și colab. Nanoparticulele inhalate se acumulează în locuri de boli vasculare. acs-nano . 2017; 11 (5): 4542-4552.

Obiectiv

pentru a determina dacă nanoparticulele inhalate provoacă direct boli cardiovasculare (CVD), trecând peste plămâni sau declanșând pur și simplu reacții inflamatorii sistemice.

Draft

Această lucrare raportează rezultatele mai multor experimente clinice și animale, care vizează să răspundă la o întrebare specifică a modului în care nanoparticulele contribuie la boli cardiovasculare. În fiecare studiu, participanții au fost expuși la nanoparticule de aur, fie prin inhalare (oameni), fie prin instilare directă de către trahee (șoareci), urmată de probe de sânge, urină sau țesut.

Participant

pe primul (n = 14 bărbați) și al doilea (n = 19) au luat o parte voluntară umană sănătoasă; Participanții la cel de -al treilea studiu uman au fost pacienți care au suferit recent un accident cardiovascular și pentru care a fost planificată o arteră carotidă (n = 12). Primul experiment cu rozătoare a inclus șoareci normali; Al doilea șoareci apolipoprotein-e-knockout (apoE-/-), care au fost hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi pentru a accelera dezvoltarea leziunilor aterosclerotice.

intervenții

În toate experimentele, participanții au fost expuși la nanoparticule de aur, dar dimensiunea particulelor și durata expunerii au variat. Participanții la prima încercare de oameni au fost expuși la o medie de 3,8 nm particule timp de 2 ore; În cel de -al doilea studiu asupra oamenilor, au fost expuse 10 particule mici (~ 4 nm) și 9 particule mari (34 nm). În primul experiment animal, șoarecii au fost expuși la dimensiuni diferite de la 2 la 200 nm; În cel de -al doilea experiment animal, șoarecii au fost expuși la particule de 5 nm peste 5 săptămâni. În cel de -al treilea studiu uman, 3 dintre cei 12 pacienți au fost suspendați timp de 4 ore înainte de operație.

Cunoștințele din acest studiu ne pot ajuta să evităm o creștere a morbidității prin promovarea implementării practicilor de fabricație și manipulare sigure pentru a reduce expunerea accidentală.

nanoparticule de aur au fost utilizate deoarece au o dimensiune similară cu cea prin combustie, dar au o activitate biologică scăzută; De asemenea, sunt mai ușor de măsurat. Deoarece valorile endogene ale aurului din sânge sunt scăzute, anchetatorii au putut presupune că orice material dovedit a fost obținut experimental.

parametrul țintă

concentrații de nanoparticule de aur în țesătură de sânge, urină și placă carotidă (Experimentul Animal 2 și Experimentul uman 3). Conținutul de aur a fost determinat cu ajutorul spectroscopiei de masă plasmatică inductivă inductivă de înaltă rezoluție (HR-ICPM) și microscopiei Raman.

Rezultate

Aurul a fost detectat în sângele subiecților sănătoși, care au fost expuși la nanoparticule inhalate în 15 minute și au fost încă disponibile la 3 luni de la expunere. După inhalarea particulelor mai mici (4-5 nm), concentrațiile au fost semnificativ mai mari în comparație cu particulele mai mari (30+ nm). În cazul șoarecilor, acumularea în particulele mai mici (<10 nm) a fost semnificativ mai mare decât în ​​intervalul mai mare (10-200 nm).

nanoparticule de aur de preferință în zonele cu inflamație mai puternică atât în ​​experimentele umane, cât și în cele animale, în special în leziunile vasculare. Autorii concluzionează că nanoparticulele de aur inhalate trec rapid în ciclul sistemic și se acumulează în locuri de inflamație vasculară. Aceasta oferă un mecanism direct care explică conexiunea dintre nanoparticulele legate de mediu și bolile cardiovasculare.

Implicații clinice

În ultimii ani, diverse studii au raportat relații semnificative între expunerea inhalativă la nanoparticule din gazele vehiculului și morbiditatea și riscul de mortalitate. Avem acum o explicație decentă de ce și cum se întâmplă acest lucru. În plus, creșterea rapidă a producției și utilizării nanomaterialelor are potențialul de a crește semnificativ expunerea oamenilor. Cunoștințele din acest studiu ne pot ajuta să evităm o creștere a morbidității prin promovarea implementării practicilor de fabricație și manipulare sigure pentru a reduce expunerea accidentală. Până în prezent, înțelegerea noastră a unui mecanism de acțiune care ar explica asocierea bolilor cardiovasculare a fost rudimentară. Această lucrare promovează înțelegerea noastră și, cu siguranță, avertizează pentru prudență.

Autorii au arătat că nanoparticulele inhalate la om trec în circulația la om și particulele se acumulează în locuri de inflamație vasculară. Translocarea particulelor pare a fi dependentă de dimensiune, cu o translocare mai mare și acumularea de nanoparticule mai mici.

Studiile anterioare arată că expunerea acută la gazele de evacuare diesel la persoanele sănătoase și la pacienții cu boli coronariene provoacă disfuncții vasculare, tromboză și ischemie miocardică. 1 Expunerea cronică la poluarea aerului în formă de particule este conectată atât la animale, cât și la om, cu dezvoltarea și avansarea atherosclerozei. ²

Dar nu a fost clar cum s -a întâmplat acest lucru. Se știe că particulele inhalate sunt depuse adânc în plămâni și declanșează stresul oxidativ și inflamația. ^{3 afirmă că mediatorii inflamatori declanșați de aceste particule intră în ciclul general și influențează riscul de boală. Alții cred că nanoparticulele în sine pătrund în epiteliul alveolar și intră în circulație și contribuie direct la boli. 4 În timp ce rezultatele prezentului studiu oferă o explicație convingătoare pentru modul în care riscul de CVD poate fi legat de expunerea la nanoparticule în mediu, indică doar o posibilă explicație pentru cea a lui Bakian și colab.}

Acest studiu nu demonstrează o conexiune cauzală. Datele arată doar că nanoparticulele se acumulează în locuri de boli vasculare; Ei nu dovedesc că nanoparticulele provoacă sau agravează BCV.

Rezultatele acestei lucrări și studii similare ar trebui să se îngrijoreze de pacienții noștri care suferă de BCV sau pentru care există un risc. Limitarea expunerii la nanoparticule inhalate, în special gaze de evacuare diesel, poate contribui la limitarea progresiei bolii. Cu toate acestea, există, de asemenea, surse mai puțin evidente de expunere la nanoparticule. Numărul de nanoparticule din mediul nostru de zi cu zi continuă să crească. De exemplu, doar câteva cerneală de toner care sunt utilizate la imprimare la domiciliu și la birou ar fi recunoscute ca pericole pentru BCV, dar acestea eliberează nanomateriale (care sunt utilizate pentru a îmbunătăți performanța tonerului) și au fost asociate cu probleme respiratorii. ^{8 conțin, de asemenea, coloranți alimentari care intră în corp și provoacă stres oxidativ. 9}

Această lucrare extinde înțelegerea noastră a problemelor cauzate de motorină și altele de către -produse ale combustiei combustibililor fosili. Mărimea și numărul de particule în aer pot fi în cele din urmă de o importanță mai mare decât masa absolută, deoarece particulele mai mici pot reprezenta o amenințare mai mare. Această lucrare ne atrage, de asemenea, conștient de pericolul potențial care presupune o varietate de substanțe nanos care sunt considerate benigne, nu din cauza componentelor lor chimice, ci din cauza dimensiunii și capacității lor de a se deplasa și apoi a se acumula la pete inflamatorii.