Beskedne niveauer af nanopartikler kan skade hjerneceller

Selv moderate koncentrationer af en nanopartikel, der bruges til at blege visse fødevarer, mælk og tandpasta kan potentielt kompromittere hjernens mest talrige celler, ifølge en ny undersøgelse fra University of Nebraska-Lincoln.

Forskerne undersøgte, hvordan tre typer titaniumdioxid nanopartikler, verdens næstmest rigelige nanomateriale, påvirket astrocytcellernes funktion. Astrocytter hjælper med at regulere udvekslingen af ​​signalbærende neurotransmittere i hjernen, mens de også leverer energi til de neuroner, der behandler disse signaler, blandt mange andre funktioner.

Holdet udsatte rotte-afledte astrocytceller for nanopartikelkoncentrationer langt under de ekstreme niveauer, der har vist sig at dræbe hjerneceller, men sjældent støder på af mennesker. Ved undersøgelsens højeste koncentration på 100 ppm, eller PPM, to af nanopartikeltyperne dræbte stadig næsten to tredjedele af astrocytterne inden for et døgn. Denne dødelighed faldt til mellem halvdelen og en tredjedel af cellerne ved 50 PPM, falder til omkring en fjerdedel ved 25 PPM.

Alligevel fandt forskerne bevis for, at selv overlevende celler er alvorligt svækket af eksponering for titaniumdioxid nanopartikler. Astrocytter optager og behandler normalt en neurotransmitter kaldet glutamat, der spiller vidtrækkende roller i kognition, hukommelse og læring, sammen med dannelsen, migration og vedligeholdelse af andre celler.

Når de får lov til at akkumulere eksterne celler, imidlertid, glutamat bliver et potent toksin, der dræber neuroner og kan øge risikoen for neurodegenerative sygdomme som Alzheimers og Parkinsons. Undersøgelsen rapporterede, at en af ​​nanopartikeltyperne reducerede astrocytternes optagelse af glutamat med 31 procent ved koncentrationer på kun 25 PPM. En anden type reducerede denne optagelse med 45 procent ved 50 PPM.

Holdet opdagede endvidere, at nanopartiklerne forstyrrede den indviklede balance af proteindynamik, der forekommer i astrocytternes mitokondrier, de cellulære organeller, der hjælper med at regulere energiproduktionen og bidrager til signalering mellem celler. Titaniumdioxideksponering førte også til andre tegn på mitokondriel nød, bryder en betydelig del af mitokondrielle netværk fra hinanden ved 100 PPM.

"Disse begivenheder er ofte forløbere for celledød, " sagde Oleh Khalimonchuk, en UNL-assistentprofessor i biokemi, der var medforfatter til undersøgelsen. "Som regel, folk ser på de ultimative konsekvenser, men hvad der sker før betyder lige så meget. De små skader stiger over tid. Ultimativt, de vil forårsage et stort problem."

Khalimonchuk og forfatterkollegaen Srivatsan Kidambi, assisterende professor i kemi og biomolekylær teknik, advarede om, at der er behov for mere forskning for at afgøre, om titaniumdioxid-nanopartikler kan undgå fordøjelse og krydse blod-hjerne-barrieren, der blokerer passagen af ​​mange stoffer.

Imidlertid, forskerne citerede tidligere undersøgelser, der har opdaget disse nanopartikler i hjernevævet hos dyr med lignende blod-hjerne-barrierer. Koncentrationerne af nanopartikler fundet i disse prøver tjente som referencepunkt for de undersøgte niveauer i den nye undersøgelse.

"Der er vidnesbyrd om, at nogle af disse partikler faktisk kan krydse (blod-hjerne) barrieren, " sagde Khalimonchuk. "Få molekyler ser ud til at være i stand til at gøre det, men det viser sig, at der er visse steder i hjernen, hvor du kan få denne eksponering."

Kidambi sagde, at holdet håber, at undersøgelsen vil hjælpe med at lette yderligere forskning i tilstedeværelsen af ​​nanopartikler i forbruger- og industriprodukter.

"Vi håber, at denne undersøgelse vil få nogle diskussioner i gang, fordi disse nanopartikler ikke er blevet reguleret, " sagde Kidambi, som også har en høflighedsaftale med University of Nebraska Medical Center. "Hvis du tænker på noget hvidt - mælk, tyggegummi, tandpasta, pulveriseret sukker - alle disse har nanopartikler i sig.

"Vi har fundet ud af, at nogle nanopartikler er sikre, og nogle er ikke, så vi siger ikke, at alle er dårlige. Vores ræsonnement er, at … vi skal have en klassificering af 'sikker' versus 'ikke sikker, ' sammen med koncentrationstærskler (for hver type). Det handler om at finde ud af, hvordan de forskellige former påvirker cellernes biologi."