Zelfs matige concentraties van een nanodeeltje dat wordt gebruikt om bepaalde voedingsmiddelen wit te maken, melk en tandpasta kunnen mogelijk de meest talrijke cellen van de hersenen aantasten, volgens een nieuwe studie van de Universiteit van Nebraska-Lincoln.

De onderzoekers onderzochten hoe drie soorten titaniumdioxide-nanodeeltjes, 's werelds op een na meest voorkomende nanomateriaal, beïnvloedde het functioneren van astrocytcellen. Astrocyten helpen bij het reguleren van de uitwisseling van signaaldragende neurotransmitters in de hersenen, terwijl ze ook energie leveren aan de neuronen die die signalen verwerken, naast vele andere functies.

Het team stelde van ratten afgeleide astrocytencellen bloot aan nanodeeltjesconcentraties ver onder de extreme niveaus waarvan is aangetoond dat ze hersencellen doden, maar die zelden door mensen worden aangetroffen. Bij de hoogste concentratie van 100 delen per miljoen van de studie, of PPM, twee van de typen nanodeeltjes doodden nog steeds bijna tweederde van de astrocyten binnen een dag. Dat sterftecijfer daalde tot tussen de helft en een derde van de cellen bij 50 PPM, tot ongeveer een kwart bij 25 PPM.

Toch vonden de onderzoekers bewijs dat zelfs overlevende cellen ernstig worden aangetast door blootstelling aan nanodeeltjes van titaniumdioxide. Astrocyten nemen normaal gesproken een neurotransmitter op die glutamaat wordt genoemd en die een brede rol speelt bij cognitie, geheugen en leren, samen met de formatie, migratie en onderhoud van andere cellen.

Wanneer toegestaan ​​om buiten cellen te accumuleren, echter, glutamaat wordt een krachtig toxine dat neuronen doodt en het risico op neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer en Parkinson kan verhogen. De studie meldde dat een van de typen nanodeeltjes de opname van glutamaat door de astrocyten met 31 procent verminderde bij concentraties van slechts 25 PPM. Een ander type verminderde die opname met 45 procent bij 50 PPM.

Het team ontdekte verder dat de nanodeeltjes de ingewikkelde balans van eiwitdynamiek in de mitochondriën van astrocyten verstoren, de cellulaire organellen die helpen bij het reguleren van de energieproductie en bijdragen aan signalering tussen cellen. Blootstelling aan titaniumdioxide leidde ook tot andere tekenen van mitochondriale nood, het breken van een aanzienlijk deel van het mitochondriale netwerk bij 100 PPM.

"Deze gebeurtenissen zijn vaak de voorlopers van celdood, " zei Oleh Khalimonchuk, een UNL-assistent-professor biochemie die co-auteur was van de studie. "Gebruikelijk, mensen kijken naar die ultieme gevolgen, maar wat er eerder gebeurt, is net zo belangrijk. Die kleine beschadigingen lopen in de loop van de tijd op. uiteindelijk, ze gaan een groot probleem veroorzaken."

Khalimonchuk en medeauteur Srivatsan Kidambi, assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering, waarschuwde dat er meer onderzoek nodig is om te bepalen of nanodeeltjes van titaniumdioxide de spijsvertering kunnen vermijden en de bloed-hersenbarrière kunnen passeren die de doorgang van veel stoffen blokkeert.

Echter, de onderzoekers citeerden eerdere studies die deze nanodeeltjes hebben ontdekt in het hersenweefsel van dieren met vergelijkbare bloed-hersenbarrières. De concentraties van nanodeeltjes die in die monsters werden gevonden, dienden als referentiepunt voor de niveaus die in de nieuwe studie werden onderzocht.

"Er stapelt zich nu bewijs op dat sommige van deze deeltjes de (bloed-hersen-) barrière kunnen passeren, " zei Khalimonchuk. "Weinig moleculen lijken daartoe in staat, maar het blijkt dat er bepaalde plekken in de hersenen zijn waar je deze blootstelling kunt krijgen."

Kidambi zei dat het team hoopt dat het onderzoek verder onderzoek naar de aanwezigheid van nanodeeltjes in consumenten- en industriële producten zal vergemakkelijken.

"We hopen dat deze studie enige discussie op gang zal brengen omdat deze nanodeeltjes niet zijn gereguleerd, " zei Kidambi, die ook een beleefdheidsafspraak heeft met het University of Nebraska Medical Center. "Als je aan iets wits denkt - melk, kauwgom, tandpasta, poedersuiker - al deze bevatten nanodeeltjes.

"We hebben ontdekt dat sommige nanodeeltjes veilig zijn en andere niet, dus we zeggen niet dat ze allemaal slecht zijn. Onze redenering is dat … we een classificatie moeten hebben van 'veilig' versus 'niet veilig, ' samen met concentratiedrempels (voor elk type). Het gaat erom uit te zoeken hoe de verschillende vormen de biologie van cellen beïnvloeden."