Nanopartikler kan forårsage DNA-skade på hjerneceller på tværs af en cellulær barriere

Ny forskning fra videnskabsmænd viser, at når cellulære barrierer udsættes for metal nanopartikler, cellulære budbringere frigives, som kan forårsage skade på hjernecellernes DNA i udvikling. Opdagelsen kan have betydning for udviklingen af ​​potentielle lægemiddelmål i behandlingen af ​​neurodegenerative tilstande, herunder Alzheimers sygdom og Parkinsons sygdom. Forskningen blev udført af forskere ved Trinity College og University of Bristol, og udgives online i denne uge i Natur nanoteknologi .

Nanopartikler er meget små partikler på mellem 1-100 nanometer store. De bliver i stigende grad brugt til medicinafgivelse, kemoterapi, billeddannelse og diagnostik på grund af deres evne til at rejse i organismer ved at bruge cellulære veje. Under deres interaktioner med cellemembraner og internalisering i celler, centrale signalveje og processer ændres. Ud over at påvirke helbredet af direkte udsatte celler, internaliseringen af ​​nanopartikler kan også påvirke naboceller på en måde, der ligner den strålingsinducerede bystander-effekt.

Til denne særlige forskning, videnskabsmænd dyrkede et lag af BeWo-celler, en celletype, der er meget brugt til at modellere placentabarrieren, i et laboratorium på en porøs membran. Denne cellebarriere blev derefter udsat for kobolt chrom nanopartikler, og medierne under barrieren blev senere opsamlet og overført til kulturer af menneskelige hjerneceller, som pådrog sig DNA-skader. Bekræftende eksponeringer for maternelle mus under embryonal udvikling blev også udført, som også fandt eksponeringer resulterede i beskadigelse af DNA i hippocampus (en del af hjernen involveret i indlæring og hukommelse) af det nyfødte afkom.

Forskerne viste, at celler i barriererne, behandlede nanopartiklerne af en naturlig cellulær vej, kendt som autofagi, hvilket fører til, at disse celler genererer signalmolekyler. Disse signalmolekyler forårsagede DNA-skade på hjernecellernes astrocytter og neuroner; dette blev bekræftet som når enten autofagi eller IL-6 (hovedcelle-budbringer identificeret) blev blokeret, mængden af ​​DNA-skader blev reduceret. Disse resultater understøtter ideen om, at indirekte virkninger af nanopartikler på celler, som er tilfældet i denne undersøgelse, kan være lige så vigtige at overveje som deres direkte virkninger, når de vurderer deres sikkerhed.

Vigtigt, DNA-skaden på neuroner var afhængig af, at astrocytter var til stede. Astrocytter er den mest almindelige celletype i hjernen, som i årevis blev anset for at have deres store rolle som støttecelle, imidlertid, det er nu kendt, at de har flere roller i hjernen og kan have både positive og negative effekter på naboneuroner.

Maeve Caldwell, Professor i neurovidenskab ved Trinity College Dublin, hovedforfatter på undersøgelsen sagde:"Astrocytter er den mest almindelige celletype i hjernen, som i mange år blev anset for at spille en støttende rolle for neuroner. det faktum, at medier fra nanopartikel-eksponerede cellulære barrierer kun beskadigede neuroner, når astrocytter var til stede, giver yderligere bevis på, at astrocytters rolle i hjernen går langt ud over den, som yder støtte til neuroner. Når astrocytter er stressede (under vores eksperimentelle forhold) er de i stand til at beskadige tilstødende neuroner. Dette kan have implikationer for at udvikle vores forståelse af, hvordan astrocytadfærd kan påvirke neuronal sundhed i mange neurodegenerative tilstande, herunder Alzheimers og Parkinsons sygdom, og berettiger derfor deres fortsatte udvikling som potentielle lægemiddelmål."

Disse resultater viser, at nanopartikelskader på hjerneceller kan forårsage DNA-skade, der er afhængig af astrocytter. Dette har implikationer for yderligere undersøgelser rettet mod at udvikle astrocytter som potentielle lægemiddelmål for neurodegenerative tilstande.