Jak nanocząstki dostają się do mózgu i wpływają na niego
Dzięki barierze krew-mózg ludzki mózg jest dobrze chronionym organem. Bariera ta działa jak pole ochronne wokół mózgu i zatrzymuje potencjalnie niebezpieczne toksyny i patogeny, jednocześnie pozwalając wniknąć niezbędnym składnikom odżywczym. Bariera krew-mózg działa niezwykle sprawnie, lecz nie jest idealna. „Istnieją dowody na to, że w silnie zanieczyszczonych środowiskach miejskich można znaleźć w ludzkich mózgach nanomateriały pochodzące z zanieczyszczeń powietrza”, mówi Éva Valsami-Jones, profesor nanonauki środowiskowej na University of Birmingham. „Zasadnicze pytanie brzmi: w jaki sposób te nanomateriały są w stanie przejść przez barierę krew-mózg?”. W ramach finansowanego ze środków unijnych projektu NanoBBB, koordynowanego przez Valsami-Jones i prowadzonego przez Zhiling Guo, stypendystkę programu Marie Skłodowska-Curie badano, w jaki sposób nanomateriały przedostają się do mózgu przez barierę krew-mózg i jaki ma to wpływ na organizm człowieka.
Niedoskonała tarcza
Wykorzystując kilka zaawansowanych metod skanowania i technik rentgenowskich, zespół przetestował szereg złożonych z metali i tlenków metali nanomateriałów o różnych rozmiarach, kształtach i składzie. „Techniki te zapewniają dużą rozdzielczość obserwacji bardzo złożonych procesów zachodzących w małej skali i pozwalają nam szczegółowo obserwować zachowanie nanomateriałów przechodzących przez barierę krew-mózg”, zauważa Guo. Badaczka korzystała ze sztucznej bariery krew-mózg, którą stworzyła w laboratorium i odkryła, że srebro i tlenek cynku, dwa nanomateriały powszechnie stosowane w produktach codziennego użytku i medycznych, szczególnie łatwo przechodzą przez barierę krew-mózg. „Dzięki unikalnym właściwościom fizykochemicznym materiały te przechodziły modyfikacje i w postaci cząsteczek lub rozpuszczonych jonów przekraczały modelową barierę”, wyjaśnia Guo. Następnie zespół zebrał swoje odkrycia w postaci unikalnej bazy danych na temat transportu i przemian chemicznych nanomateriałów. „Informacje te mają istotne znaczenie dla oceny bezpieczeństwa produktów, w których wykorzystywane są tego typu nanomateriały”, dodaje Valsami-Jones. „Będą one również odgrywały ważną rolę w rozwoju przyszłych biomedycznych zastosowań nanomateriałów”. Guo pracuje obecnie nad zgromadzeniem kompletnych danych w repozytorium poświęconym bezpieczeństwu nanomateriałów, które zostanie udostępnione innym naukowcom.
Ryzyko i nagroda
W ramach projektu NanoBBB udało się dostarczyć nowych, ważnych informacji na temat tego, w jaki sposób nanomateriały mogą przenikać przez barierę krew-mózg. „Informacje te mogą nie tylko być wykorzystywane do ochrony mózgu przed potencjalnie niebezpiecznymi nanomateriałami, ale mogą umożliwić opracowanie opartych na nanotechnologiach rozwiązań, dzięki którym do mózgu będą dostarczane celowane terapie lekowe”, mówi Guo. „Ponadto nasza praca pozwoli na opracowanie symulacji komputerowych do przewidywania absorpcji, przekształceń i transportu nanomateriałów przez barierę krew-mózg”, dodaje Valsami-Jones. Naukowcy planują pozyskanie dodatkowych środków finansowych na przeprowadzenie eksperymentów in vivo na większej liczbie nanomateriałów oraz porównanie przepuszczalności innych barier biologicznych.
Słowa kluczowe
NanoBBB, nanomateriały, mózg, bariera krew-mózg, zanieczyszczenie powietrza, RTG, biomedyczne, terapie lekowe
