Een groep wetenschappers van de Russian Academy of Sciences (ICG SB RAS) en het TSU Biological Institute heeft een pad uitgestippeld waardoor nanodeeltjes van virussen en organische en anorganische stoffen uit de omgeving de hersenen binnendringen. Aanvullend, de onderzoekers melden een eenvoudige en goedkope manier om hun toegang te blokkeren. De gegevens die door het project worden verkregen, kunnen een grote rol spelen in de geneeskunde en farmaceutica, waar nanodeeltjes steeds vaker worden gebruikt voor de diagnose en behandeling van ernstige ziekten.

"Er zijn een groot aantal nanodeeltjes van een grote verscheidenheid aan chemische elementen en hun verbindingen in het milieu, variërend van onschadelijk tot giftig, bijvoorbeeld, zware metaaloxiden, " zegt Michail Moshkin, directeur van het Centre for Laboratory Animal Genetic Resources van de ICG SB RAS. "Wetenschappers hebben gegevens verzameld die wijzen op het nadelige effect van nanodeeltjes, bijvoorbeeld, mensen die dichter dan 50 meter van grote snelwegen wonen, kunnen neurodegeneratieve ziekten krijgen (Alzheimer, Parkinson en anderen) vanwege de opeenhoping van nanodeeltjes in de hersenen."

De onderzoekers wilden bepalen hoe nanodeeltjes de hersenen binnendringen. Ze kunnen niet door de longen en bloedvaten dringen, omdat de bloed-hersenbarrière ze uit de hersenen blokkeert. Experimenten uitgevoerd op knaagdieren hielpen bij het berekenen van het traject van de beweging van nanodeeltjes.

De onderzoekers brachten een oplossing met nanodeeltjes in de neusholtes van proefdieren en gebruikten magnetische resonantie beeldvorming (MRI) om hun verspreiding door de structuren van de hersenen te volgen. Studies hebben aangetoond dat deeltjes binnen drie uur in de bulbus olfactorius verschijnen. De concentratie neemt toe en bereikt een maximum na 12 uur in de hippocampus, dentate gyrus en andere hersenstructuren; de maximale belasting wordt waargenomen na drie tot vier dagen. De beweging komt overeen met het traject van de zenuwverbindingen van het reukstelsel.

Aanvullend, de onderzoekers ontdekten dat deeltjes die in de zenuwvezel bewegen, door synapsen kunnen gaan die verschillende neuronen met elkaar verbinden. Zoals het blijkt, niet alle nanodeeltjes overwinnen synaptische transmissie, bijvoorbeeld, mangaanoxide passeert synapsen, maar siliciumdioxide (zand) niet. De reden werd bepaald door een proteomische analyse uitgevoerd door wetenschappers van de Erasmus Universiteit Rotterdam; het toonde aan dat mangaanoxide, in tegenstelling tot zand, bindt effectief aan het AP-3-eiwit, die betrokken is bij synaptische transmissieprocessen.

"Experimentele mislukkingen liggen vaak op de weg naar een interessant resultaat, ", zegt Mikhail Moshkin. "Onze onderzoekers wilden een echt neurobiologisch effect krijgen van het binnendringen van nanodeeltjes in de hersenen. In een experiment, muizen werden een maand lang nasaal geïnjecteerd met deeltjes mangaanoxide. Maar in het gedrag van muizen is niets veranderd. En, zoals uit een MRI-onderzoek bleek, in de hersenen van deze muizen, er waren geen gebieden met ophoping van mangaan met magnetisch contrast. Verder werd vastgesteld dat een enkele injectie van nanodeeltjes in de neusholte hun opname en toegang tot de hersenen tijdens de daaropvolgende toediening bijna volledig blokkeert. Deze resultaten gaven aanleiding tot een systematische studie van factoren die het transport van nanodeeltjes van de neusholte naar de hersenen beïnvloeden."

Er zijn twee groepen factoren:de eerste zijn stoffen die de toestand van de mucosale laag beïnvloeden die de uiteinden van de reukneuronen bedekt, en de tweede zijn stoffen die de membraanpotentiaal van de reukreceptoren beïnvloeden. Als resultaat, het was mogelijk om combinaties van chemische verbindingen te vinden die het transport van nanodeeltjes van de neusholte naar de hersenen volledig blokkeren of aanzienlijk verbeteren.

Een even belangrijke ontdekking was het feit dat de introductie van enkele nanodeeltjes in de neuzen van knaagdieren overeenkwam met een snel dalende lichaamstemperatuur met enkele graden. Onderweg, de onderzoekers stelden vast dat er een uitstroom van hersenvocht optrad.

"Het bleek dat in de neus, er is een hele cascade van gebeurtenissen. De geopenbaarde effecten zijn significant voor de ontwikkeling van nieuwe methoden van thermoregulatie, en de oplossing van een ernstig probleem, de behandeling van hersenoedeem, ", zegt Mikhail Moshkin. "Nanodeeltjes worden nu in verschillende medicijnen geïntroduceerd om hun efficiëntie te vergroten. De verkregen gegevens helpen om te begrijpen hoe de concentratie van deze deeltjes toeneemt en hoe ze in het lichaam van de patiënt kunnen worden geïntroduceerd."

Wat betreft verder onderzoek, biologen zijn van plan de penetratie van virussen te bestuderen, vooral griep. Deze informatie is niet alleen van belang vanuit de fundamentele wetenschap, maar is ook noodzakelijk voor de ontwikkeling van preventieve maatregelen die bijdragen aan het terugdringen van epidemieën.

De wetenschappers zijn ook van plan onderzoek te doen met mensen in risicovolle beroepen, brandweerlieden en lassers, om de recent ontdekte methode om nanodeeltjes te blokkeren te testen. Op basis van de verkregen resultaten, het zal mogelijk zijn om mechanismen te ontwikkelen om mensen te beschermen tegen de ongewenste effecten van dergelijke deeltjes.