Hvordan nanopartikler fra miljøet kommer ind i hjernen

En gruppe videnskabsmænd fra Det Russiske Videnskabsakademi (ICG SB RAS) og TSU Biologisk Institut har etableret en vej, hvorigennem nanopartikler af vira og organiske og uorganiske stoffer fra miljøet kommer ind i hjernen. Derudover forskerne rapporterer om en enkel og billig måde at blokere deres adgang på. De data, som projektet opnår, kan spille en stor rolle inden for medicin og lægemidler, hvor nanopartikler i stigende grad bruges til diagnosticering og behandling af alvorlige sygdomme.

"Der er et stort antal nanopartikler af en lang række kemiske grundstoffer og deres forbindelser i miljøet, lige fra harmløs til giftig, for eksempel, tungmetaloxider, " siger Mikhail Moshkin, direktør for Center for Laboratory Animal Genetic Resources i ICG SB RAS. "Forskere har akkumuleret data, der indikerer den negative virkning af nanopartikler, for eksempel, mennesker, der bor tættere end 50 meter fra store motorveje, kan udvikle neurodegenerative sygdomme (Alzheimers, Parkinsons og andre) på grund af ophobning af partikler i nanostørrelse i hjernen."

Forskerne forsøgte at bestemme, hvordan nanopartikler kommer ind i hjernen. De kan ikke trænge gennem lungerne og blodkarrene, fordi blod-hjerne-barrieren blokerer dem fra hjernen. Eksperimenter udført på gnavere hjalp med at beregne banen for bevægelsen af ​​nanopartikler.

Forskerne introducerede en opløsning med nanopartikler i næsehulerne på forsøgsdyr og brugte magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) til at overvåge deres spredning gennem hjernens strukturer. Undersøgelser har vist, at partikler opstår i lugteløget inden for tre timer. Koncentrationen stiger og når et maksimum efter 12 timer i hippocampus, dentate gyrus og andre hjernestrukturer; den maksimale belastning observeres efter tre til fire dage. Bevægelsen svarer til banen for lugtesystemets nerveforbindelser.

Derudover forskerne fandt ud af, at partikler, der bevæger sig inde i nervefiberen, kan passere gennem synapser, der forbinder forskellige neuroner. Det viser sig, ikke alle nanopartikler overvinder synaptisk transmission, for eksempel, manganoxid passerer gennem synapser, men det gør siliciumdioxid (sand) ikke. Årsagen var bestemt proteomisk analyse udført af forskere ved Erasmus University Rotterdam; det viste, at manganoxid, i modsætning til sand, binder sig effektivt til AP-3-proteinet, som er involveret i synaptiske transmissionsprocesser.

"Eksperimentelle fiaskoer ligger ofte på vej til et interessant resultat, " siger Mikhail Moshkin. "Vores forskere ønskede at få en reel neurobiologisk effekt fra indtrængen af ​​nanopartikler i hjernen. I et eksperiment, mus blev nasalt injiceret med partikler af manganoxid i en måned. Men intet har ændret sig i musenes adfærd. Og, som en MR-undersøgelse viste, i hjernen på disse mus, der var ingen områder med ophobning af magnetisk kontrastmangan. Det blev endvidere fastslået, at en enkelt injektion af nanopartikler i næsehulen næsten fuldstændig blokerer deres indfangning og indtræden i hjernen under efterfølgende administration. Disse resultater gav anledning til en systematisk undersøgelse af faktorer, der påvirker transporten af ​​nanopartikler fra næsehulen til hjernen."

Der er to grupper af faktorer:Den første er stoffer, der påvirker tilstanden af ​​slimhindelaget, der dækker enderne af de olfaktoriske neuroner, og det andet er stoffer, der påvirker lugtereceptorernes membranpotentiale. Som resultat, det var muligt at finde kombinationer af kemiske forbindelser, der enten fuldstændig blokerer eller markant øger transporten af ​​nanopartikler fra næsehulen til hjernen.

En lige så vigtig opdagelse var, at indføringen af ​​nogle nanopartikler i gnavernes næser svarede til, at kropstemperaturen hurtigt faldt med flere grader. Langs vejen, forskerne konstaterede, at der opstod en udstrømning af cerebrospinalvæske.

"Det viste sig, at i næsen, der er en hel kaskade af begivenheder. De afslørede effekter er væsentlige for udviklingen af ​​nye metoder til termoregulering, og løsningen af ​​et alvorligt problem, behandling af cerebralt ødem, " siger Mikhail Moshkin. "Nanopartikler bliver nu introduceret i forskellige lægemidler for at øge deres effektivitet. De opnåede data hjælper med at forstå, hvordan koncentrationen af ​​disse partikler stiger, og hvordan de kan indføres i patientens krop."

Hvad angår yderligere forskning, biologer planlægger at studere indtrængen af ​​vira, især influenza. Denne information er vigtig ikke kun fra den grundlæggende videnskab, men den er også nødvendig for udviklingen af ​​forebyggende foranstaltninger, der bidrager til at reducere epidemier.

Forskerne har også til hensigt at udføre forskning, der involverer mennesker i højrisikofag, brandmænd og svejsere, at teste den nyligt opdagede metode til at blokere nanopartikler. Baseret på de opnåede resultater, det vil være muligt at udvikle mekanismer til at beskytte mennesker mod de uønskede virkninger af sådanne partikler.