En grupp forskare från den ryska vetenskapsakademin (ICG SB RAS) och TSU Biological Institute har etablerat en väg genom vilken nanopartiklar av virus och organiska och oorganiska ämnen från miljön kommer in i hjärnan. Dessutom, forskarna rapporterar ett enkelt och billigt sätt att blockera deras inträde. Uppgifterna från projektet kan spela en stor roll inom medicin och läkemedel, där nanopartiklar i allt högre grad används för diagnos och behandling av allvarliga sjukdomar.

"Det finns ett stort antal nanopartiklar av en mängd olika kemiska grundämnen och deras föreningar i miljön, allt från ofarligt till giftigt, till exempel, tungmetalloxider, säger Mikhail Moshkin, chef för Center for Laboratory Animal Genetic Resources i ICG SB RAS. "Forskare har samlat data som indikerar den negativa effekten av nanopartiklar, till exempel, människor som bor närmare än 50 meter från stora motorvägar kan utveckla neurodegenerativa sjukdomar (Alzheimers, Parkinsons och andra) på grund av ackumulering av nanosiserade partiklar i hjärnan. "

Forskarna försökte fastställa hur nanopartiklar kommer in i hjärnan. De kan inte tränga igenom lungorna och blodkärlen eftersom blod-hjärnbarriären blockerar dem från hjärnan. Experiment utförda på gnagare hjälpte till att beräkna banan för rörelsen av nanopartiklar.

Forskarna introducerade en lösning med nanopartiklar i näshålorna hos laboratoriedjur och använde magnetisk resonanstomografi (MRT) för att övervaka deras spridning genom hjärnans strukturer. Studier har visat att partiklar dyker upp i luktbulben inom tre timmar. Koncentrationen ökar och når ett maximum efter 12 timmar i hippocampus, dentat gyrus och andra hjärnstrukturer; den maximala belastningen observeras efter tre till fyra dagar. Rörelsen motsvarar banan för nervförbindelserna i luktsystemet.

Dessutom, forskarna fann att partiklar som rör sig inuti nervfibern kan passera genom synapser som förbinder olika neuroner. Som det visar sig, inte alla nanopartiklar övervinner synaptisk överföring, till exempel, manganoxid passerar genom synapser, men det gör inte kiseldioxid (sand). Anledningen var bestämd proteomisk analys utförd av forskare vid Erasmus University Rotterdam; det visade att manganoxid, till skillnad från sand, binder effektivt till AP-3-proteinet, som är involverad i synaptiska överföringsprocesser.

"Experimentella misslyckanden ligger ofta på vägen till ett intressant resultat, " säger Mikhail Moshkin. "Våra forskare ville få en verklig neurobiologisk effekt av att nanopartiklar tränger in i hjärnan. I ett experiment, möss injicerades nasalt med partiklar av manganoxid i en månad. Men ingenting har förändrats i mössens beteende. Och, som en MR-studie visade, i hjärnan hos dessa möss, det fanns inga områden med ackumulering av mangan med magnetisk kontrast. Det konstaterades vidare att en enda injektion av nanopartiklar i näshålan nästan helt blockerar deras infångning och inträde i hjärnan under efterföljande administrering. Dessa resultat gav upphov till en systematisk studie av faktorer som påverkar transporten av nanopartiklar från näshålan till hjärnan. "

Det finns två grupper av faktorer:Den första är ämnen som påverkar tillståndet i slemhinnan som täcker ändarna av luktneuronerna, och det andra är ämnen som påverkar luktreceptorernas membranpotential. Som ett resultat, det var möjligt att hitta kombinationer av kemiska föreningar som antingen helt blockerar eller avsevärt förbättrar transporten av nanopartiklar från näshålan till hjärnan.

En lika viktig upptäckt var det faktum att införandet av vissa nanopartiklar i näsan på gnagare motsvarade att kroppstemperaturen snabbt minskade med flera grader. Längs vägen, forskarna konstaterade att ett utflöde av cerebrospinalvätska inträffade.

"Det visade sig att i näsan, det finns en hel kaskad av händelser. De avslöjade effekterna är betydande för utvecklingen av nya metoder för termoreglering, och lösningen på ett allvarligt problem, behandling av cerebralt ödem, " säger Mikhail Moshkin. "Nanopartiklar introduceras nu i olika läkemedel för att öka deras effektivitet. De inhämtade uppgifterna hjälper till att förstå hur koncentrationen av dessa partiklar ökar och hur de kan införas i patientens kropp. "

När det gäller vidare forskning, biologer planerar att studera penetrationen av virus, särskilt influensa. Denna information är viktig inte bara från den grundläggande vetenskapen utan den är också nödvändig för att utveckla förebyggande åtgärder som bidrar till att minska epidemier.

Forskarna avser också att bedriva forskning som involverar människor i högriskyrken, brandmän och svetsare, att testa den nyligen upptäckta metoden att blockera nanopartiklar. Baserat på erhållna resultat, det kommer att vara möjligt att utveckla mekanismer för att skydda människor från oönskade effekter av sådana partiklar.