(PhysOrg.com) -- Het gebruik van nanodeeltjes in de geneeskunde neemt steeds toe en het is belangrijk om de effecten te begrijpen die deze deeltjes kunnen hebben op menselijke weefsels en de gezondheid in het algemeen.

Wetenschappers hebben aangetoond dat signaalmoleculen die het DNA van cellen die onder een barrière groeien beschadigen, alleen worden overgedragen wanneer de barrière meer dan één laag dik is en DNA-schade en cytokine-afgifte over de barrière wordt gesignaleerd.

Het onderzoek is uitgevoerd door een team van de Universiteit van Bristol en collega's, en is gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

Het team creëerde een cellulaire barrière door BeWo-cellen te kweken, een type cellijn dat veel wordt gebruikt om de placentabarrière te modelleren, op een poreuze membraandrager. Ze creëerden een monolaag en een dubbellaagse barrière door de cellen vier en zeven dagen te kweken, respectievelijk.

Het membraan werd in een putje van een celcultuurplaat gestoken, zodat het een paar millimeter boven het bodemoppervlak hing waar ze een ander type cel groeiden. De bovenkant van de barrière werd blootgesteld aan nanodeeltjes en DNA-schade werd gemeten in de onderliggende cellen.

In tegenstelling tot wat het team verwachtte, signaalmoleculen die het DNA van cellen die onder de barrière zijn gegroeid beschadigen, werden alleen door dubbellaagse en meerlaagse barrières overgebracht, maar geen enkellagige barrières.

Het onderzoeksteam kweekte ook cornea-epitheelcellen op een membraan, als een monolaag gedurende drie dagen, om te bepalen of de signalering die werd waargenomen voor trofoblastcelbarrières celspecifiek was. Net als bij de bevindingen van BeWo, DNA-schade werd waargenomen in fibroblasten, de bindweefselcellen, onder de aan nanodeeltjes blootgestelde dubbellaagse barrières, maar niet onder eenlaagse barrières.

Het onderzoeksteam heeft eerder aangetoond dat metalen nanodeeltjes het DNA in cellen aan de andere kant van een cellulaire barrière beschadigen. De nanodeeltjes veroorzaakten geen schade door door de barrière te gaan, maar genereerde signaalmoleculen in de barrièrecellen die vervolgens werden overgedragen om schade te veroorzaken in cellen aan de andere kant van de barrière.

Dr. Patrick Case, Consultant Senior Lecturer in Orthopedische Chirurgie en Pathologie in de School of Clinical Sciences en senior auteur van de studie, zei:"Als het belang van barrièredikte bij signalering een algemeen kenmerk is voor alle soorten barrières, onze resultaten kunnen een principe bieden om de nadelige effecten van blootstelling aan nanodeeltjes te beperken en nieuwe therapeutische benaderingen aan te bieden."

Dr. Aman Sood, Onderzoeksassistent in de School of Clinical Sciences en hoofdauteur van het papier, zei:"We wilden testen of deze indirecte effecten van nanodeeltjes kunnen variëren voor verschillende soorten barrières. In vitro gebruiken, ex vivo en in vivo modellen, ons onderzoek heeft aangetoond dat de indirecte effecten van nanodeeltjes afhangen van de dikte van de cellulaire barrière.

"Tweelaagse of meerlagige barrières zorgen ervoor dat DNA-beschadigende signalering indirecte toxiciteit kan veroorzaken, terwijl enkellagige barrières dat niet doen. Onze bevindingen hebben belangrijke implicaties voor nanotoxicologie."

Cellulaire barrières bieden belangrijke bescherming tegen blootstelling aan deeltjes en bestaan ​​in verschillende morfologische vormen in het lichaam. Bijvoorbeeld, de corneale epitheliale barrière, die samen met de traanfilm ziekteverwekkers voorkomt, allergenen en irriterende stoffen die het oog binnendringen, is meerlagig.

Echter, de bloed-hersenbarrière, die de diffusie van microscopisch kleine objecten zoals bacteriën in de cerebrospinale vloeistof beperkt, bestaat uit een enkellaagse barrière van endotheelcellen ondersteund door astrocytische eindvoeten. De placentabarrière regelt de uitwisseling van stoffen tussen het foetale en maternale bloed en verandert van uiterlijk tijdens de zwangerschap.

De bevindingen suggereren dat nanodeeltjes in vitro indirecte DNA-schade kunnen veroorzaken over trofoblast- en corneale barrières, en veroorzaken cytokine- en chemokine-afgifte over cornea-barrières.

Het onderzoeksteam heeft aangetoond dat indirecte toxiciteit mogelijk is bij muizen en bij menselijk placentaweefsel. De resultaten suggereren dat signalen voor DNA-schade celbarrières kunnen passeren via een pad dat gap junctions omvat. Echter, het gemeenschappelijke thema is dat dit soort signalering alleen werd opgemerkt wanneer de barrières dubbel of meerlagig waren. Als dit een algemeen kenmerk is voor alle barrières, biedt het een principe om toe te passen op nanotoxiciteit dat niet alleen de nadelige effecten van blootstelling aan nanodeeltjes kan beperken, maar ook enkele nieuwe therapeutische mogelijkheden kan bieden.

Dit project is ondersteund door de Wellcom Trust en door een subsidie ​​van de Medical Research Council.