DNA-skade på tværs af en cellulær barriere afhænger af barrierens tykkelse

(PhysOrg.com) -- Brugen af ​​nanopartikler i medicin er konstant stigende, og det er vigtigt at forstå, hvilken effekt disse partikler kan have på menneskeligt væv og sundhed generelt.

Forskere har vist, at signalmolekyler, der skader DNA'et i celler, der vokser under en barriere, kun overføres, når barrieren er mere end et lag tyk, og DNA -beskadigelse og cytokinfrigivelse signaleres over barrieren.

Undersøgelsen blev udført af et team ved University of Bristol og kolleger, og udgives i Natur nanoteknologi .

Holdet skabte en cellulær barriere ved at dyrke BeWo-celler, en type cellelinje, der er meget brugt til at modellere placentabarrieren, på en porøs membranunderstøtning. De skabte et monolag og en tolagsbarriere ved at dyrke cellerne i fire og syv dage, henholdsvis.

Membranen blev indsat i en brønd på en cellekulturplade, så den blev suspenderet et par millimeter over bunden, hvor de dyrkede en anden type celle. Toppen af ​​barrieren blev udsat for nanopartikler, og DNA-skader blev målt i de underliggende celler.

I modsætning til hvad holdet forventede, signalmolekyler, der beskadiger DNA'et fra celler, der er dyrket under barrieren, blev kun overført på tværs af dobbeltlags- og flerlagsbarrierer, men ikke monolagsbarrierer.

Forskerholdet dyrkede også corneale epitelceller på en membran, som et enkeltlag i tre dage, for at bestemme, om den observerede signalering for trofoblastcellebarrierer var cellespecifik. I lighed med BeWo-resultaterne, DNA-skader blev observeret i fibroblaster, bindevævscellerne, under de nanopartikel-eksponerede dobbeltlagsbarrierer, men ikke under monolagede barrierer.

Forskerholdet har tidligere vist, at metalnanopartikler beskadigede DNA'et i celler på den anden side af en cellulær barriere. Nanopartiklerne forårsagede ikke skade ved at passere gennem barrieren, men genererede signalmolekyler i barrierecellerne, som derefter blev overført til at forårsage skade i celler på den anden side af barrieren.

Dr Patrick Case, Konsulent lektor i ortopædisk kirurgi og patologi ved School of Clinical Sciences og seniorforfatter på undersøgelsen, sagde:"Hvis vigtigheden af ​​barrieretykkelse i signalering er et generelt træk for alle typer barrierer, Vores resultater kan tilbyde et princip til at begrænse de negative virkninger af nanopartikeleksponering og tilbyde nye terapeutiske tilgange."

Dr Aman Sood, Forskningsassistent på School of Clinical Sciences og hovedforfatter på papiret, sagde:"Vi ønskede at teste, om disse indirekte effekter af nanopartikler kan variere for forskellige typer barrierer. Brug in vitro, ex vivo og in vivo modeller, vores forskning har vist, at de indirekte virkninger af nanopartikler afhænger af tykkelsen af ​​den cellulære barriere.

"Tolagede eller flerlagede barrierer tillader DNA-skadelig signalering at forårsage indirekte toksicitet, hvorimod monolagsbarrierer ikke gør det. Vores resultater har betydelige konsekvenser for nanotoksikologi. ”

Mobilbarrierer giver vigtig beskyttelse mod partikeleksponering og findes i flere morfologiske former i kroppen. For eksempel, hornhindens epitelbarriere, som sammen med tårefilmen forhindrer patogener, allergener og irritanter, der kommer ind i øjet, er flerlags.

Imidlertid, blod-hjerne-barrieren, som begrænser diffusionen af ​​mikroskopiske genstande såsom bakterier ind i cerebrospinalvæsken, består af en enkeltlagsbarriere af endotelceller understøttet af astrocytiske endefødder. Placentabarrieren regulerer udvekslingen af ​​stoffer mellem fosterets og moderens blod og ændrer udseendet under graviditeten.

Resultaterne tyder på, at nanopartikler kan forårsage indirekte DNA-skade in vitro på tværs af trofoblast- og hornhindebarrierer, og forårsager frigivelse af cytokin og kemokin på tværs af hornhindebarrierer.

Forskerholdet har vist, at indirekte toksicitet er mulig i mus og fra humant placentavæv. Resultaterne tyder på, at signaler for DNA-skade kan krydse cellebarrierer gennem en vej, der involverer gap junctions. Imidlertid, det fælles tema er, at disse typer af signalering kun blev noteret, når barriererne var to- eller flerlags. Hvis dette er et generelt træk for alle barrierer, giver det et princip, der skal anvendes på nanotoksicitet, som ikke kun begrænser de negative virkninger af nanopartikeleksponering, men som også kan tilbyde nogle nye terapeutiske muligheder.

Dette projekt er blevet støttet af Wellcome Trust og af en bevilling fra Medical Research Council.