Ny forskning från forskare visar att när cellbarriärer utsätts för metallnanopartiklar, cellulära budbärare frigörs som kan orsaka skada på DNA från utvecklande hjärnceller. Upptäckten kan ha konsekvenser för utvecklingen av potentiella läkemedelsmål vid behandling av neurodegenerativa tillstånd, inklusive Alzheimers sjukdom och Parkinsons sjukdom. Forskningen utfördes av forskare vid Trinity College och University of Bristol, och publiceras online denna vecka i Naturens nanoteknik .
Nanopartiklar är mycket små partiklar på mellan 1-100 nanometer stora. De används i allt större utsträckning vid läkemedelsleverans, kemoterapi, avbildning och diagnostik på grund av deras förmåga att resa inom organismer genom att använda cellulära vägar. Under deras interaktioner med cellmembran och internalisering i celler, nyckelsignalvägar och processer förändras. Förutom att påverka hälsan hos direkt exponerade celler, internaliseringen av nanopartiklar kan också skadligt påverka närliggande celler på ett sätt som liknar den strålningsinducerade åskådareffekten.
För just denna forskning, forskare odlade ett lager av BeWo-celler, en celltyp som ofta används för att modellera placentabarriären, i ett laboratorium på ett poröst membran. Denna cellbarriär exponerades sedan för nanopartiklar av koboltkrom och media under barriären samlades senare upp och överfördes till kulturer av mänskliga hjärnceller, som fick DNA-skada. Bekräftande exponeringar för möss hos modern under embryonal utveckling utfördes också som också fann att exponeringar resulterade i skador på DNA i hippocampus (en del av hjärnan involverad i inlärning och minne) hos den nyfödda avkomman.
Forskarna visade att celler i barriärerna, bearbetade nanopartiklarna genom en naturlig cellulär väg, känd som autofagi, vilket leder till att cellerna genererar signalmolekyler. Dessa signalmolekyler orsakade DNA-skador på hjärncellerna astrocyter och neuroner; detta bekräftades som när antingen autofagi eller IL-6 (huvudcellsbudet identifierades) blockerades, mängden DNA-skador minskade. Dessa fynd stöder tanken att indirekta effekter av nanopartiklar på celler, vilket är fallet i denna studie, kan vara lika viktigt att beakta som deras direkta effekter när man utvärderar deras säkerhet.
Viktigt, DNA-skadan på neuroner var beroende av att astrocyter var närvarande. Astrocyter är den vanligaste celltypen i hjärnan, som i åratal ansågs ha sin stora roll som stödcell, dock, det är nu känt att de har flera roller i hjärnan och kan ha både positiva och negativa effekter på närliggande neuroner.
Maeve Caldwell, Professor i neurovetenskap vid Trinity College Dublin, huvudförfattare till studien sa:"Astrocyter är den vanligaste celltypen i hjärnan som under många år ansågs spela en stödjande roll för neuroner. Men det faktum att media från nanopartikelexponerade cellbarriärer endast skadade neuroner när astrocyter var närvarande, ger ytterligare bevis på att astrocyternas roll i hjärnan går långt utöver den att ge stöd till neuroner. När astrocyter är stressade (under våra experimentella förhållanden) kan de skada närliggande neuroner. Detta kan få konsekvenser för att utveckla vår förståelse för hur astrocytbeteende kan påverka neuronal hälsa vid många neurodegenerativa tillstånd, inklusive Alzheimers och Parkinsons sjukdom, och därför motiverar deras fortsatta utveckling som potentiella läkemedelsmål."
Dessa fynd visar att nanopartikelskador på hjärnceller kan orsaka DNA -skada som är beroende av astrocyter. Detta har implikationer för ytterligare studier som syftar till att utveckla astrocyter som potentiella läkemedelsmål för neurodegenerativa tillstånd.
