Hur inhalerade nanopartiklar bidrar till vaskulära sjukdomar

referens

Miller MR, Raftis JB, Langrish JP, et al. Inhalerade nanopartiklar ackumuleras på platser för vaskulära sjukdomar. ACS-Nano . 2017; 11 (5): 4542-4552.

Mål

för att bestämma om inhalerade nanopartiklar direkt orsakar hjärt -kärlsjukdom (CVD) genom att flytta över lungorna eller helt enkelt utlösa systemiska inflammatoriska reaktioner.

utkast

Detta dokument rapporterar om resultaten från ett antal kliniska och djurförsök, som syftar till att besvara en specifik fråga om hur nanopartiklar bidrar till hjärt -kärlsjukdomar. I varje studie utsattes deltagarna för guld -nanopartiklar antingen genom inandning (människor) eller direkt instillation av luftstrupen (möss), följt av blod, urin eller vävnadsprover.

deltagare

den första (n = 14 män) och den andra (n = 19) studien tog en frisk mänsklig frivillig del; Deltagare i den tredje mänskliga studien var patienter som nyligen hade drabbats av en hjärt -kärlolycka och för vilken en karotisartär planerades (n = 12). Det första experimentet med gnagare inkluderade normala möss; Den andra berörda apolipoprotein-e-knockout-möss (APOE-/-), som hade matats med en fettrik diet för att påskynda utvecklingen av aterosklerotiska lesioner.

interventioner

I alla experiment utsattes deltagarna för guld -nanopartiklar, men partikelstorlek och exponeringsvaraktighet varierade. Deltagarna i det första försöket till människor utsattes för i genomsnitt 3,8 nm partiklar under 2 timmar; I den andra studien om människor exponerades 10 små (~ 4 nm) partiklar och 9 stora (34 nm) partiklar. I det första djurförsöket exponerades möss för olika storlekar från 2 till 200 nm; I det andra djurförsöket exponerades möss för 5 nm partiklar under 5 veckor. I den tredje mänskliga studien avbröts 3 av de 12 patienterna i 4 timmar före operationen.

Kunskapen från denna studie kan hjälpa oss att avvärja en ökning av sjuklighet genom att främja genomförandet av säker tillverknings- och hanteringsmetoder för att minska oavsiktlig exponering.

guld -nanopartiklar användes eftersom de har en storlek som liknar den genom förbränning, men har en låg biologisk aktivitet; De är också lättare att mäta. Eftersom de endogena guldvärdena i blodet är låga kunde utredarna anta att alla beprövade material experimentellt erhölls.

Målparameter

koncentrationer av guld -nanopartiklar i blod, urin och karotisplacktyg (djurförsök 2 och mänskligt experiment 3). Guldinnehållet bestämdes med hjälp av högupplöst induktiv induktiv induktiv plasmasspektroskopi (HR-ICPMS) och Raman-mikroskopi.

resultat

guld detekterades i blodet från friska försökspersoner, som exponerades för nanopartiklar som inhalerades inom 15 minuter och var fortfarande tillgängligt 3 månader efter exponeringen. Efter inandning av mindre partiklar (4–5 nm) var koncentrationerna signifikant högre jämfört med större (30+ nm) partiklar. När det gäller möss var ackumuleringen i de mindre (<10 nm) partiklarna signifikant större än i det större (10–200 nm) intervallet.

guld -nanopartiklar företrädesvis i områden med starkare inflammation i både mänskliga och djurförsök, särskilt i vaskulära lesioner. Författarna drar slutsatsen att inhalerade guld -nanopartiklar snabbt passerar in i den systemiska cykeln och ackumuleras på platser för vaskulär inflammation. Detta ger en direkt mekanism som förklarar sambandet mellan miljörelaterade nanopartiklar och hjärt -kärlsjukdomar.

kliniska implikationer

Under de senaste åren har olika studier rapporterat signifikanta samband mellan den inhalativa exponeringen för nanopartiklar från fordonsgaser och sjuklighet och dödlighetsrisk. Vi har nu en anständig förklaring till varför och hur detta händer. Dessutom har den snabba tillväxten av produktion och användning av nanomaterial potentialen att avsevärt öka exponeringen för människor. Kunskapen från denna studie kan hjälpa oss att förhindra en ökning av sjuklighet genom att främja implementeringen av säker tillverknings- och hanteringsmetoder för att minska oavsiktlig exponering. Hittills har vår förståelse för en handlingsmekanism som skulle förklara föreningen av hjärt -kärlsjukdomar varit rudimentär. Denna artikel främjar vår förståelse och varnar säkert för försiktighet.

Författarna visade att inhalerade nanopartiklar hos människor passerar in i cirkulationen hos människor och partiklarna ackumuleras på platser för vaskulär inflammation. Partikeltranslokationen verkar vara beroende av storlek, med större translokation och ackumulering av mindre nanopartiklar.

Tidigare studier visar att akut exponering för dieselavgaser hos friska människor och hos patienter med koronar hjärtsjukdom orsakar vaskulär dysfunktion, trombos och myokardiell ischemi. ^{1 Den kroniska exponeringen för partikelformad luftföroreningar är ansluten i både djur såväl som hos människor med utvecklingen och utvecklingen av atheroskleros. 2}

men det var inte klart hur detta hände. Det är känt att inhalerade partiklar avsätts djupt i lungorna och utlöser oxidativ stress och inflammation. ^{3 säger att de inflammatoriska mediatorerna som utlöses av dessa partiklar kommer in i den allmänna cykeln och påverkar risken för sjukdom. Andra tror att nanopartiklarna själva penetrerar det alveolära epitelet och kommer in i cirkulationen och bidrar direkt till sjukdomar. 4 Detta dokument antyder att det senare är mer troligt. Det är förmodligen inte ett så enkelt val. I slutändan kommer vi förmodligen att förstå att nanopartiklarna utlöser vävnadsinfektioner som ökar omvandlingen av partiklar.}

Medan resultaten från denna nuvarande studie ger en övertygande förklaring till hur CVD -risken kan relateras till exponeringen för nanopartiklar i miljön, indikerar det bara en möjlig förklaring till den för Bakian et al Seestadt, ^{6 eller resultaten av en observationsstudie av Power et al., Som fann en koppling mellan luftföroreningar och rädsla. Dessa två publikationer indikerar att nanopartiklar inte bara kommer in i den allmänna cykeln, utan också passerar blod-hjärnbarriären och också utlöser psykiska sjukdomar.}

Denna studie visar inte en kausal koppling. Uppgifterna visar endast att nanopartiklar ackumuleras på platser för vaskulära sjukdomar; De bevisar inte att nanopartiklar orsakar eller förvärrar CVD.

Resultaten av denna artikel och liknande studier bör oroa oss för våra patienter som lider av CVD eller för vilka det finns en risk. Begränsningen av exponering för de nanopartiklar som inhaleras, i synnerhet dieselavgaser, kan hjälpa till att begränsa sjukdomens utveckling. Det finns emellertid också mindre uppenbara källor till exponering för nanopartiklar. Antalet nanopartiklar i vår vardagliga miljö fortsätter att öka. Till exempel skulle endast ett fåtal tonerbläck som används vid utskrift hemma och på kontoret erkännas som faror för CVD, men de fria nanomaterial (som används för att förbättra tonerprestanda) och var förknippade med andningsproblem. ^{8 innehåller också matfärgämnen som kommer in i kroppen och orsakar oxidativ stress kan. 9}

Detta dokument utvidgar vår förståelse för problemen orsakade av diesel och andra genom -produkter av förbränningen av fossila bränslen. Storleken och antalet partiklar i luften kan i slutändan vara av större betydelse än den absoluta massan, eftersom mindre partiklar kan representera ett större hot. Denna artikel drar oss också medvetna om den potentiella faran som förutsätter en mängd Nanos -ämnen som betraktas som godartade, inte på grund av deras kemiska komponenter, utan på grund av deras storlek och förmåga att röra sig och sedan ackumulera vid inflammatoriska platser.