Kako vdihani nanodelci prispevajo k žilnim boleznim

Razmerje

Miller MR, Raftis JB, Langrish JP, et al. Vdihani nanodelci se kopičijo na mestih žilnih bolezni.ACS Nano. 2017; 11 (5): 4542-4552.

Cilj

Ugotoviti, ali vdihani nanodelci neposredno povzročajo srčno-žilne bolezni (KVB) s premikanjem po pljučih ali preprosto sprožijo sistemske vnetne odzive.

Osnutek

Ta članek poroča o rezultatih vrste kliničnih študij in študij na živalih, od katerih je vsaka zasnovana tako, da odgovori na določeno vprašanje o tem, kako nanodelci prispevajo k boleznim srca in ožilja. V vsaki študiji so bili udeleženci izpostavljeni nanodelcem zlata z vdihavanjem (ljudje) ali neposrednim vkapanjem skozi sapnik (miši), čemur so sledili vzorci krvi, urina ali tkiva.

Udeleženec

Prva (N=14 moških) in druga (N=19) študija sta vključevali zdrave prostovoljce; Udeleženci tretje študije pri ljudeh so bili bolniki, ki so pred kratkim doživeli srčno-žilno nesrečo in so bili načrtovani za karotidno endarterektomijo (N=12). Prvi poskus z glodalci je vključeval normalne miši; druga je vključevala miši z izločitvijo apolipoproteina E (ApoE-/-), ki so bile hranjene z visoko vsebnostjo maščob, da bi pospešile razvoj aterosklerotičnih lezij.

Intervencije

V vseh poskusih so bili udeleženci izpostavljeni nanodelcem zlata, vendar sta se velikost delcev in trajanje izpostavljenosti razlikovala. Udeleženci v prvem poskusu na ljudeh so bili v povprečju 2 uri izpostavljeni delcem velikosti 3,8 nm; V drugi študiji na ljudeh jih je bilo 10 izpostavljenih majhnim (~4 nm) delcem, 9 pa velikim (34 nm) delcem. V prvem poskusu na živalih so miši izpostavili različnim velikostim od 2 do 200 nm; V drugem poskusu na živalih so miši 5 tednov izpostavljali delcem velikosti 5 nm. V tretji študiji na ljudeh so bili 3 od 12 bolnikov 4 ure pred operacijo izpostavljeni vdihanim nanodelcem zlata (5 nm).

Znanje iz te študije nam lahko pomaga preprečiti povečanje obolevnosti s spodbujanjem izvajanja varnih praks proizvodnje in ravnanja za zmanjšanje nenamerne izpostavljenosti.

Zlati nanodelci so bili uporabljeni, ker so po velikosti podobni nanodelcem, pridobljenim z zgorevanjem, vendar imajo nizko biološko aktivnost; jih je tudi lažje izmeriti. Ker so ravni endogenega zlata v krvi nizke, lahko preiskovalci domnevajo, da je bil vsak odkrit material pridobljen eksperimentalno.

Ciljni parametri

Koncentracije nanodelcev zlata v krvi, urinu in tkivu karotidnih plakov (poskus na živalih 2 in poskus na ljudeh 3). Vsebnost zlata je bila določena z masno spektroskopijo visoke ločljivosti induktivno sklopljene plazme (HR-ICPMS) in ramansko mikroskopijo.

Rezultati

Zlato so odkrili v krvi zdravih prostovoljcev, ki so bili izpostavljeni vdihanim nanodelcem v 15 minutah in je bilo prisotno še 3 mesece po izpostavitvi. Koncentracije so bile bistveno višje po vdihavanju manjših (4–5 nm) delcev v primerjavi z večjimi (30+ nm) delcev. Pri miših je bilo kopičenje znatno večje v manjših (<10 nm) delcih kot v večjem (10–200 nm) območju.

V študijah na ljudeh in živalih so se zlati nanodelci prednostno kopičili na območjih večjega vnetja, zlasti v vaskularnih lezijah. Avtorji sklepajo, da vdihani nanodelci zlata hitro vstopijo v sistemski krvni obtok in se kopičijo na mestih vaskularnega vnetja. To zagotavlja neposreden mehanizem, ki pojasnjuje povezavo med okoljskimi nanodelci in srčno-žilnimi boleznimi.

Klinične posledice

V zadnjih letih so različne študije poročale o pomembnih povezavah med inhalacijsko izpostavljenostjo nanodelcev iz izpušnih plinov vozil ter tveganjem obolevnosti in umrljivosti. Zdaj imamo dostojno razlago, zakaj in kako se to zgodi. Poleg tega lahko hitra rast proizvodnje in uporabe nanomaterialov močno poveča izpostavljenost ljudi. Znanje iz te študije nam lahko pomaga preprečiti povečanje obolevnosti s spodbujanjem izvajanja varnih praks proizvodnje in ravnanja za zmanjšanje nenamerne izpostavljenosti. Do danes je bilo naše razumevanje mehanizma delovanja, ki bi pojasnil povezavo s srčno-žilnimi boleznimi, rudimentarno. Ta članek izboljšuje naše razumevanje in vsekakor poziva k previdnosti.

Avtorji so pokazali, da vdihani nanodelci prehajajo iz pljuč v krvni obtok pri ljudeh in da se delci kopičijo na mestih vaskularnega vnetja. Zdi se, da je translokacija delcev odvisna od velikosti, z večjo translokacijo in kopičenjem manjših nanodelcev.

Prejšnje raziskave kažejo, da akutna izpostavljenost dizelskim izpušnim plinom povzroča vaskularno disfunkcijo, trombozo in miokardialno ishemijo pri zdravih posameznikih in bolnikih s koronarno arterijsko boleznijo.¹Kronična izpostavljenost onesnaženemu zraku s trdnimi delci je povezana z razvojem in napredovanjem ateroskleroze pri živalih in ljudeh.²

Vendar ni bilo jasno, kako se to zgodi. Znano je, da se vdihani delci usedejo globoko v pljuča ter sprožijo oksidativni stres in vnetje.³Ena od teorij je, da vnetni mediatorji, ki jih sprožijo ti delci, vstopijo v splošni krvni obtok in vplivajo na tveganje za nastanek bolezni. Drugi menijo, da nanodelci sami prodrejo v alveolarni epitelij in vstopijo v krvni obtok ter neposredno prispevajo k bolezni.⁴Ta članek močno nakazuje, da je slednji mehanizem verjetnejši. Verjetno ni tako lahka izbira. Na koncu bomo verjetno razumeli, da nanodelci sprožijo vnetje tkiva, kar poveča translokacijo delcev.⁵

Medtem ko rezultati te pričujoče študije zagotavljajo prepričljivo razlago o tem, kako je lahko tveganje KVB povezano z izpostavljenostjo nanodelcem v okolju, nakazujejo le eno možno razlago za ugotovitve, ki so jih poročali Bakian et al Seestadt,⁶ali rezultati opazovalne študije Powera in drugih, ki je odkrila povezavo med onesnaženostjo zraka in tesnobo.⁷Ti dve publikaciji nakazujeta, da nanodelci ne le vstopijo v splošni krvni obtok, ampak tudi prečkajo krvno-možgansko pregrado in sprožijo tudi duševne bolezni.

Ta študija ne dokazuje vzročne zveze. Podatki kažejo le, da se nanodelci kopičijo na mestih žilnih bolezni; ne dokazujejo, da nanodelci povzročajo ali poslabšajo KVB.

Rezultati tega prispevka in podobnih študij bi morali skrbeti naše bolnike, ki trpijo za KVB ali so pri njih ogroženi. Omejevanje izpostavljenosti očitnim virom vdihanih nanodelcev, zlasti izpušnim plinom dizelskega goriva, lahko pomaga omejiti napredovanje bolezni. Tveganja pa predstavljajo tudi manj očitni viri izpostavljenosti nanodelcem. Število nanodelcev v našem vsakdanjem okolju še naprej narašča. Le redki bi na primer prepoznali črnila s tonerji, ki se uporabljajo pri tiskanju doma in v pisarni, kot tveganje za KVB, vendar sproščajo nanomateriale (ki se uporabljajo za izboljšanje učinkovitosti tonerja) in so povezani z dihalnimi težavami.⁸Barvila za živila vsebujejo tudi nanodelce titanovega dioksida, ki lahko vstopijo v telo in povzročijo oksidativni stres.⁹

Ta dokument razširja naše razumevanje težav, ki jih povzročajo dizelsko gorivo in drugi stranski produkti zgorevanja fosilnih goriv. Velikost in število delcev v zraku sta lahko na koncu pomembnejša od absolutne mase, saj lahko manjši delci predstavljajo večjo nevarnost. Ta prispevek nas tudi opozarja na potencialno nevarnost, ki jo predstavljajo različne nanosnovi, ki veljajo za benigne, ne zaradi svojih kemičnih sestavin, ampak zaradi svoje velikosti in sposobnosti premikanja ter nato kopičenja na mestih vnetja.