Suche
Mein Konto
Relation
Miller MR, Raftis JB, Langrish JP, et al. Inhalerade nanopartiklar ackumuleras på platser för vaskulär sjukdom.ACS Nano. 2017;11(5):4542-4552.
Mål
För att avgöra om inhalerade nanopartiklar direkt orsakar hjärt-kärlsjukdom (CVD) genom att röra sig över lungorna eller helt enkelt utlösa systemiska inflammatoriska svar.
Förslag
Denna artikel rapporterar resultaten av en serie kliniska studier och djurstudier, var och en utformad för att svara på en specifik fråga om hur nanopartiklar bidrar till hjärt-kärlsjukdom. I varje studie exponerades deltagarna för guldnanopartiklar antingen genom inandning (människor) eller direkt instillation genom luftstrupen (möss), följt av blod-, urin- eller vävnadsprover.
Deltagare
Den första (N=14 män) och den andra (N=19) studierna involverade friska frivilliga; Deltagare i den tredje mänskliga studien var patienter som nyligen hade drabbats av en kardiovaskulär olycka och som var planerade att genomgå karotisendarterektomi (N=12). Det första gnagarexperimentet inkluderade normala möss; den andra involverade apolipoprotein E knockoutmöss (ApoE-/-) som matades med en fettrik kost för att påskynda utvecklingen av aterosklerotiska lesioner.
Interventioner
I alla experiment exponerades deltagarna för guldnanopartiklar, men partikelstorlek och exponeringstid varierade. Deltagarna i det första försöket på människa exponerades för i genomsnitt 3,8 nm partiklar under 2 timmar; I den andra studien på människa exponerades 10 för små (~4 nm) partiklar och 9 för stora (34 nm) partiklar. I det första djurexperimentet exponerades möss för olika storlekar från 2 till 200 nm; I det andra djurexperimentet exponerades möss för 5 nm partiklar under 5 veckor. I den tredje mänskliga studien exponerades 3 av de 12 patienterna för inhalerade guldnanopartiklar (5 nm) i 4 timmar före operationen.
Kunskapen från denna studie kan hjälpa oss att undvika ökad sjuklighet genom att uppmuntra implementering av säker tillverkning och hanteringsmetoder för att minska oavsiktlig exponering.
Guldnanopartiklar användes eftersom de liknar storleken på nanopartiklar som härrör från förbränning men har låg biologisk aktivitet; de är också lättare att mäta. Eftersom endogena guldnivåer i blodet är låga, kunde forskare anta att allt material som upptäckts erhölls experimentellt.
Målparametrar
Koncentrationer av guldnanopartiklar i blod, urin och plackvävnad (djurförsök 2 och mänskligt experiment 3). Guldhalten bestämdes med hjälp av högupplöst induktivt kopplad plasmamasspektroskopi (HR-ICPMS) och Raman-mikroskopi.
Resultat
Guld upptäcktes i blodet hos friska frivilliga som exponerats för inhalerade nanopartiklar inom 15 minuter och fanns fortfarande kvar 3 månader efter exponeringen. Koncentrationerna var signifikant högre efter inandning av mindre (4–5 nm) partiklar jämfört med större (30+ nm) partiklar. Hos möss var ackumuleringen signifikant större i de mindre (<10 nm) partiklarna än i det större (10–200 nm) intervallet.
I både mänskliga och djurstudier ackumulerades guldnanopartiklar företrädesvis i områden med större inflammation, särskilt i vaskulära lesioner. Författarna drar slutsatsen att inhalerade guldnanopartiklar snabbt kommer in i den systemiska cirkulationen och ackumuleras på platser för vaskulär inflammation. Detta ger en direkt mekanism som förklarar sambandet mellan miljönanopartiklar och hjärt-kärlsjukdom.
Kliniska implikationer
Under de senaste åren har olika studier rapporterat signifikanta samband mellan inhalationsexponering för nanopartiklar från fordonsavgaser och risken för sjuklighet och dödlighet. Vi har nu en bra förklaring till varför och hur detta händer. Dessutom har den snabba tillväxten i produktion och användning av nanomaterial potential att kraftigt öka mänsklig exponering. Kunskapen från denna studie kan hjälpa oss att undvika ökad sjuklighet genom att uppmuntra implementering av säker tillverkning och hanteringsmetoder för att minska oavsiktlig exponering. Hittills har vår förståelse av en verkningsmekanism som skulle förklara sambandet med hjärt-kärlsjukdom varit rudimentär. Det här dokumentet främjar vår förståelse och manar verkligen till försiktighet.
Författarna visade att inhalerade nanopartiklar passerar från lungorna till cirkulationen hos människor och att partiklarna ackumuleras på platser för vaskulär inflammation. Partikeltranslokation verkar vara storleksberoende, med större translokation och ackumulering av mindre nanopartiklar.
Tidigare forskning visar att akut exponering för dieselavgaser orsakar vaskulär dysfunktion, trombos och myokardischemi hos friska individer och hos patienter med kranskärlssjukdom.1Kronisk exponering för partikelformiga luftföroreningar är förknippad med utveckling och progression av ateroskleros hos både djur och människor.2
Men det var inte klart hur detta gick till. Inhalerade partiklar är kända för att sitta djupt i lungorna och utlösa oxidativ stress och inflammation.3En teori är att de inflammatoriska mediatorerna som utlöses av dessa partiklar kommer in i den allmänna cirkulationen och påverkar sjukdomsrisken. Andra tror att nanopartiklarna själva penetrerar det alveolära epitelet och kommer in i cirkulationen och bidrar direkt till sjukdomar.4Detta dokument antyder starkt att den senare mekanismen är mer sannolikt. Det är nog inte så lätt val. I slutändan kommer vi förmodligen att förstå att nanopartiklarna utlöser vävnadsinflammation, vilket ökar translokationen av partiklar.5
Även om resultaten av denna aktuella studie ger en övertygande förklaring till hur CVD-risk kan vara relaterad till exponering för nanopartiklar i miljön, föreslår det bara en möjlig förklaring till fynden som rapporterats av Bakian et al Seestadt,6eller resultaten av en observationsstudie av Power et al., som fann ett samband mellan luftföroreningar och ångest.7Dessa 2 publikationer tyder på att nanopartiklar inte bara kommer in i den allmänna cirkulationen, utan också passerar blod-hjärnbarriären och även utlöser psykiska sjukdomar.
Denna studie visar inte något orsakssamband. Uppgifterna visar bara att nanopartiklar ackumuleras på platser för vaskulär sjukdom; de bevisar inte att nanopartiklar orsakar eller förvärrar hjärt-kärlsjukdom.
Resultaten av detta dokument och liknande studier bör vara oroande för våra patienter som lider av eller löper risk för hjärt-kärlsjukdom. Att begränsa exponeringen för uppenbara källor till inhalerade nanopartiklar, särskilt dieselavgaser, kan hjälpa till att begränsa sjukdomsprogression. Men mindre uppenbara källor till exponering för nanopartiklar utgör också risker. Antalet nanopartiklar i vår vardagliga miljö fortsätter att öka. Till exempel är det få som känner igen tonerbläck som används i hem- och kontorsutskrifter som risker för CVD, men de frigör nanomaterial (som används för att förbättra tonerprestandan) och har kopplats till andningsproblem.8Livsmedelsfärgämnen innehåller också titandioxid nanopartiklar, som kan komma in i kroppen och orsaka oxidativ stress.9
Den här artikeln utökar vår förståelse av problemen som orsakas av diesel och andra biprodukter från förbränning av fossila bränslen. Storleken och antalet partiklar i luften kan i slutändan vara av större betydelse än den absoluta massan, eftersom mindre partiklar kan utgöra ett större hot. Den här uppsatsen varnar oss också för den potentiella faran som en mängd olika nanoämnen som anses vara godartade, inte på grund av deras kemiska komponenter, utan på grund av deras storlek och förmåga att röra sig och sedan ackumuleras på platser för inflammation.