Nieuw onderzoek door wetenschappers toont aan dat wanneer cellulaire barrières worden blootgesteld aan metalen nanodeeltjes, er komen cellulaire boodschappers vrij die schade kunnen toebrengen aan het DNA van zich ontwikkelende hersencellen. De ontdekking kan implicaties hebben voor de ontwikkeling van potentiële medicijndoelen bij de behandeling van neurodegeneratieve aandoeningen, waaronder de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson. Het onderzoek is uitgevoerd door wetenschappers van Trinity College en de University of Bristol, en wordt deze week online gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

Nanodeeltjes zijn zeer kleine deeltjes van 1-100 nanometer groot. Ze worden steeds vaker gebruikt bij het afleveren van medicijnen, chemotherapie, beeldvorming en diagnostiek vanwege hun vermogen om binnen organismen te reizen door gebruik te maken van cellulaire paden. Tijdens hun interacties met celmembranen en internalisatie in cellen, belangrijke signaalroutes en processen zijn veranderd. Naast het beïnvloeden van de gezondheid van direct blootgestelde cellen, de internalisering van nanodeeltjes kan ook nadelige gevolgen hebben voor naburige cellen op een manier die vergelijkbaar is met het door straling geïnduceerde omstandereffect.

Voor dit specifieke onderzoek wetenschappers kweekten een laag BeWo-cellen, een celtype dat veel wordt gebruikt om de placentabarrière te modelleren, in een laboratorium op een poreus membraan. Deze celbarrière werd vervolgens blootgesteld aan kobaltchroomnanodeeltjes en de media onder de barrière werden later verzameld en overgebracht op culturen van menselijke hersencellen, die DNA-schade opliep. Bevestigende blootstellingen aan maternale muizen tijdens de embryonale ontwikkeling werden ook uitgevoerd, waarbij ook werd vastgesteld dat blootstellingen resulteerden in schade aan DNA in de hippocampus (een deel van de hersenen dat betrokken is bij leren en geheugen) van de pasgeboren nakomelingen.

De wetenschappers toonden aan dat cellen in de barrières, verwerkt de nanodeeltjes door een natuurlijke cellulaire route, bekend als autofagie, waardoor die cellen signaalmoleculen genereren. Deze signaalmoleculen veroorzaakten DNA-schade aan de hersencellen, astrocyten en neuronen; dit werd bevestigd toen autofagie of IL-6 (hoofdcelboodschapper geïdentificeerd) werd geblokkeerd, de hoeveelheid DNA-schade werd verminderd. Deze bevindingen ondersteunen het idee dat indirecte effecten van nanodeeltjes op cellen, wat het geval is in deze studie, even belangrijk kunnen zijn om te overwegen als hun directe effecten bij het evalueren van hun veiligheid.

belangrijk, de DNA-schade aan neuronen was afhankelijk van de aanwezigheid van astrocyten. Astrocyten zijn het meest voorkomende celtype in de hersenen, waarvan jarenlang werd gedacht dat ze een belangrijke rol zouden spelen als steuncel, echter, het is nu bekend dat ze meerdere rollen in de hersenen hebben en zowel positieve als negatieve effecten kunnen hebben op naburige neuronen.

Maeve Caldwell, Professor in Neurowetenschappen aan het Trinity College Dublin, hoofdauteur van de studie zei:"Astrocyten zijn het meest voorkomende celtype in de hersenen waarvan vele jaren werd aangenomen dat ze een ondersteunende rol spelen voor neuronen. het feit dat media van aan nanodeeltjes blootgestelde cellulaire barrières alleen neuronen beschadigden als astrocyten aanwezig waren, levert verder bewijs dat de rol van astrocyten in de hersenen veel verder gaat dan het ondersteunen van neuronen. Wanneer astrocyten onder stress staan ​​(onder onze experimentele omstandigheden) zijn ze in staat naburige neuronen te beschadigen. Dit zou implicaties kunnen hebben voor het ontwikkelen van ons begrip van hoe het gedrag van astrocyten de neuronale gezondheid kan beïnvloeden bij veel neurodegeneratieve aandoeningen, waaronder de ziekte van Alzheimer en Parkinson, en rechtvaardigen daarom hun verdere ontwikkeling als potentiële doelwitten voor geneesmiddelen."

Deze bevindingen tonen aan dat schade door nanodeeltjes aan hersencellen DNA-schade kan veroorzaken die afhankelijk is van astrocyten. Dit heeft implicaties voor verdere studies gericht op het ontwikkelen van astrocyten als potentiële medicijndoelen voor neurodegeneratieve aandoeningen.