Även måttliga koncentrationer av en nanopartikel som används för att bleka vissa livsmedel, mjölk och tandkräm kan potentiellt äventyra hjärnans mest talrika celler, enligt en ny studie från University of Nebraska-Lincoln.

Forskarna undersökte hur tre typer av titandioxid nanopartiklar, världens näst vanligaste nanomaterial, påverkade astrocytcellernas funktion. Astrocyter hjälper till att reglera utbytet av signalbärande signalsubstanser i hjärnan samtidigt som de tillför energi till nervcellerna som bearbetar dessa signaler, bland många andra funktioner.

Teamet exponerade råtthärledda astrocytceller för nanopartikelkoncentrationer långt under de extrema nivåer som har visat sig döda hjärnceller men som sällan stöter på av människor. Vid studiens högsta koncentration på 100 delar per miljon, eller PPM, två av nanopartikeltyperna dödade fortfarande nästan två tredjedelar av astrocyterna inom en dag. Den dödligheten sjönk till mellan hälften och en tredjedel av cellerna vid 50 PPM, stabiliseras till ungefär en fjärdedel vid 25 PPM.

Ändå hittade forskarna bevis för att även överlevande celler är allvarligt försämrade av exponering för titandioxid nanopartiklar. Astrocyter tar normalt in och bearbetar en signalsubstans som kallas glutamat som spelar vitt skilda roller i kognition, minne och lärande, tillsammans med bildningen, migration och underhåll av andra celler.

När det tillåts ackumuleras utanför celler, dock, glutamat blir ett potent toxin som dödar nervceller och kan öka risken för neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers och Parkinsons. Studien rapporterade att en av nanopartikeltyperna minskade astrocyternas upptag av glutamat med 31 procent vid koncentrationer på bara 25 PPM. En annan typ minskade det upptaget med 45 procent vid 50 PPM.

Teamet upptäckte vidare att nanopartiklarna stör den komplicerade balansen av proteindynamik som förekommer i astrocyternas mitokondrier, de cellulära organellerna som hjälper till att reglera energiproduktionen och bidrar till signalering mellan celler. Titandioxidexponering ledde också till andra tecken på mitokondriell nöd, bryta isär en betydande del av det mitokondriella nätverket vid 100 PPM.

"Dessa händelser är ofta föregångare till celldöd, sa Oleh Khalimonchuk, en UNL biträdande professor i biokemi som var medförfattare till studien. "Vanligtvis, människor tittar på de yttersta konsekvenserna, men det som händer innan spelar lika stor roll. De där små skadorna ökar med tiden. I sista hand, de kommer att orsaka ett stort problem."

Khalimonchuk och författaren Srivatsan Kidambi, biträdande professor i kemi- och biomolekylär teknik, varnade för att mer forskning behövs för att avgöra om titandioxidnanopartiklar kan undvika matsmältning och passera blod-hjärnbarriären som blockerar passagen av många ämnen.

Dock, forskarna citerade tidigare studier som har upptäckt dessa nanopartiklar i hjärnvävnaden hos djur med liknande blod-hjärnbarriärer. Koncentrationerna av nanopartiklar som hittades i dessa prover fungerade som referenspunkt för de nivåer som undersöktes i den nya studien.

"Det finns bevis på att några av dessa partiklar faktiskt kan passera (blod-hjärna) barriären, " sa Khalimonchuk. "Få molekyler verkar kunna göra det, men det visar sig att det finns vissa platser i hjärnan där du kan få denna exponering."

Kidambi sa att laget hoppas att studien kommer att underlätta ytterligare forskning om förekomsten av nanopartiklar i konsument- och industriprodukter.

"Vi hoppas att den här studien kommer att få igång en diskussion eftersom dessa nanopartiklar inte har reglerats, sa Kidambi, som också har ett vänligt möte med University of Nebraska Medical Center. "Om du tänker på något vitt - mjölk, tuggummi, tandkräm, strösocker – alla dessa har nanopartiklar i sig.

"Vi har funnit att vissa nanopartiklar är säkra och andra inte, så vi säger inte att alla är dåliga. Vårt resonemang är att ... vi måste ha en klassificering av "säker" kontra "ej säker, ' tillsammans med koncentrationströsklar (för varje typ). Det handlar om att ta reda på hur de olika formerna påverkar cellers biologi."