药物

纳米粒子会伤害大脑吗?

我们越来越多地暴露于由行业产生的纳米粒子。然而,对动物的实验表明这种纳米颗粒可以到达脑并且对其有害。

Anna Bencsik 对于Science N°448
本文保留用于科学用户

世界生产纳米材料 - 包含纳米尺寸颗粒的材料(10–9 仪表或纳米颗粒 - 已乘以2002年至2011年之间的十个。在几年至今,纳米材料已经从研究到商业化。所获得的性质多样化:透明度,亮度,电阻,耐用性......因此,它们从几乎所有部门都集成到许多产品中。例如,纳米粒子被发现在手机,混凝土,涂料,包装,催化剂,储液剂,风力涡轮机叶片的电子元件中,一些饮料......这些纳米颗粒可以在粉末中没有粉末(例如酱汁,奶油或油漆),或陷入矩阵(塑料,玻璃,混凝土等)。

纳米材料可以帮助符合主要的社会问题,例如能源转型,并提供蓬勃发展的行业,提供就业机会。然而,他们怀疑伤害健康,特别是在脑水平。在过去十年中建立累积科学出版物,现在可以在纳米材料的潜在神经毒性上进行第一个发挥作用。

纳米材料并不总是易于追踪,但最近有进展。在法国,自1 2013年1月,制造商有义务宣布其在产品中的存在。这些数据有助于在国家领土上引入的纳米粒子库存,即使它们具有缺点。此外,在欧洲,自2013年以来,必须通过标记化妆品和杀菌剂(农药,消毒剂等)来表明纳米颗粒的存在。这项义务应扩展到食品部门产品(食品,添加剂,与食物接触的材料)。 2015年。

经典的毒理学研究似乎不适应纳米材料的毒性。特别困难建立剂量和效果之间的关系,以确定最大允许暴露,因为效果取决于浓度以外的许多参数:纳米颗粒的尺寸,形态,骨料的形态,溶解度等。此外,对于流行病学研究来说,对于患有危害和暴露于纳米材料的迹象之间的因果关系,它们已经过早,它们只分布了大约十年。为了评估他们的危险,我们依靠实验室实验,进行 体外 在分离的细胞或有组织的器官以及体内 在动物。这些经历给出了一些焦虑的原因 - 即使有很多互补的研究可以准确地评估对人体健康的危险。

通过它们的小尺寸,纳米颗粒在被吞咽后容易渗透到身体中,涂抹在皮肤上或吸入(当它们悬浮在空气中时,例如通过加工过程)。几项研究揭示了它们在不同器官中的存在。这项工作突出了呼吸系统和心血管路线的实现,特别是在吸入职业暴露的背景下。然后纳米颗粒可以引起炎症或严重的肺部感染,以及慢性呼吸系统疾病,如哮喘;有些人在血液中达到各种其他器官。

很少有研究对大脑感兴趣。然而,后者对诸如缺氧(缺氧),感染,机械病变或炎症的应激特别敏感。几种保护保护它,包括血液脑屏障,一层细胞和围绕血管的蛋白质,并将它们与脑部的其余部分隔离,防止致病剂繁殖。此外,神经元再生很少,在伤害时增加了大脑的脆弱性。

进行的研究仍然已经提供了关键数据。在动物中,纳米颗粒进入大脑的通过对于多种类型(银,氧化铁,铱,碳,聚苯乙烯等)的纳米颗粒,并且尺寸范围为2至200纳米(NM)

这种渗透的重要性非常有变化。它取决于几个参数,例如曝光途径(吸入是最有效的),尺寸(平均而言,最渗透颗粒的平均直径为30至60nm)或形式(纳米似乎更有害比纳米蛋白或纳米管,即使我们不明白为什么)。还可以通过将纳米颗粒与特定分子进行敷料来显着增加血脑屏障的交叉,纳米封素旨在利用将药物施用于脑,例如治疗肿瘤。

大脑的路径

纳米粒子如何进入大脑?他们通过紧张的方式和血迹来度过。 2004年,在美国罗切斯特大学的GünterOberdörster的团队中,重建了吸入期间采取的道路:在其经验中,约35nm的碳纳米粒子进入了终止。嗅觉上皮(在鼻腔凹坑中)紧张的衬里(在鼻腔凹坑中)沿着神经元延伸升起并进入了大脑 通过 嗅灯泡。纳米粒子也穿过肺部,首先在血液中展开,然后穿过血脑屏障。有些人还可以通过在支气管水平,支气管和肺肺泡处存在的感觉神经末梢分散,但它仍然是为了证明。

在摄入的情况下,研究表明,在血液中的先前通道之后,纳米颗粒渗入脑中。但是他们也有可能进入 通过 点燃消化系统的许多神经末梢。至于皮肤道路,它是最良好的渗透在大脑中。

详细介绍纳米粒子如何穿孔血液循环与身体其余部分之间的障碍。所谓的内皮细胞的交叉,其中分离肠,皮肤或肺的血管,实现了命名为转红枯病的过程:纳米颗粒通过这些细胞的小囊泡,然后从另一侧释放。相同的过程将用于穿过血清脑屏障并进入脑中。

我们已经表明了 体外体内 在鼠标。 2009年,来自法兰克福的歌德大学的Anja Zensi,他的同事已经注入官能化纳米颗粒(即,穿着的特定分子,静脉注射其渗透到啮齿动物;这些纳米颗粒中的一些已在血液脑屏障的内皮细胞和内核中的内皮细胞中检测到15和30分钟。另外,如果纳米颗粒仅仅在内皮细胞之间滑动,则只有小于4-6nm的那些可以到达脑;但我们检测到较小的粒子。

在大脑中,纳米颗粒可以穿透所有类型的细胞:神经元,星形胶质细胞(提供各种功能,例如提供具有神经元的营养素)和微胶质细胞(保护病原体神经系统的免疫细胞)。在细胞内,电子显微镜分析表明纳米颗粒的渗透能力主要取决于其尺寸和表面覆盖物,并且一些适合所有细胞室。例如,我们发现在细胞质和核心中。

然后纳米颗粒可以对神经细胞的形态,操作和活力产生影响。例如,一些实验突出了纳米颗粒的细胞细胞骨骼的劣化。类似地,几项研究表明,纳米颗粒可以导致氧化应激的增加(通过高反应性分子的细胞的制造,氧化和降解其他分子)和脑炎症。这两种现象可能会损害神经元并加速神经变性疾病,例如阿尔茨海默氏症或帕金森疾病。纳米颗粒甚至出现能够引起神经元细胞凋亡(细胞自杀)。

还已经鉴定了神经元电气活性的扰动,特别是从研究小鼠的海马作物(脑结构)或小鼠额落的神经元的研究。有时抑制整数的激活。但是治疗和转移神经元信息的功能基于其电气活动......

纳米粒子也可能破坏神经递质的合成(在神经元之间提供通信的分子)。特别是,多巴胺和血清素会受到影响,两个关键神经递质在睡眠和情绪的调节中,有许多其他功能。 2013年,我们的团队在鼠标上显示,可能导致Locomotice能力较低。

对阿尔茨海默氏症的疾病和帕金森的影响?

最后,几个试管实验表明,纳米颗粒可以加速某些蛋白质在神经元或周围形成纤维的聚集。特别是β-淀粉样蛋白和α-官蛋白的情况,分别在阿尔茨海默氏症和帕金森疾病中。然后纳米颗粒可以引起或加速这些疾病,以及其他神经变性病理学。效果取决于其大小和浓度。以低至20纳米/升的浓度,直径为10nm的金纳米颗粒乘以试管中α-突触核蛋白的聚集速度。

然而,缺少数据,以确定这种浓度是否代表了那些可以在人类大脑中发现的那些。在动物中,与其他器官相比,大脑中检测到的量通常非常低,保护它的生理障碍的有效性的证明。但是,观察 体内 少数覆盖只有很短的时间。黄金一些研究表明,纳米颗粒随时间累积,尤其是金属纳米颗粒。然后,这些可能是最有害的 - 特别是由于异常金属率与神经变性疾病有关。

氧化应激和脑炎症的触发以及纤维蛋白的聚集的加速,表明对神经变性疾病的潜在影响。 LilianCalderón-Garcidueñas团队的工作来自墨西哥城国家小儿科研究所,支持这一假设:年轻人的阿尔茨海默氏症和帕金森病病例似乎与污染物大气中纳米颗粒的存在有关。

目前使用纳米粒子是概括的,像消费者这样的工人越来越暴露。因此,有必要特别评估纳米颗粒对大脑上的潜在影响,提出必要的方法。如果不等待流行病学研究,则应通过缺少数据的扩展慢性曝光方案来使用动物模型。如今,许多积分仍然被确认和规定,但已知纳米颗粒可以具有各种有害影响,即使在相当少的情况下也是如此。

多种信息也可以来自Nanomedicine,其鉴定了优化该进入的大脑和物理化学参数中纳米材料的进入途径。更一般地说,与纳米学领域相关的所有公共和私人行为者必须团结一致,以更好地平衡任何新域内固有的盈利/风险报告。

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