Наночастицы могут повреждать ДНК клеток мозга через клеточный барьер
Новое исследование показало, что при воздействии металлических наночастиц на клеточные барьеры выделяются клеточные мессенджеры, способные повреждать ДНК развивающихся клеток мозга. Это открытие может иметь значение для разработки потенциальных мишеней для лекарств при лечении нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Исследование провели учёные из Тринити-колледжа и Бристольского университета; оно опубликовано на этой неделе в Nature Nanotechnology.
Наночастицы (размером 1–100 нм) всё чаще используются для доставки лекарств, химиотерапии, визуализации и диагностики. При взаимодействии с клеточными мембранами и интернализации они изменяют ключевые сигнальные пути. Помимо влияния на непосредственно экспонированные клетки, наночастицы могут негативно воздействовать на соседние клетки по механизму, сходному с эффектом постороннего наблюдателя при облучении.
В данном исследовании учёные вырастили в лаборатории на пористой мембране слой клеток BeWo (модель плацентарного барьера). Этот барьер подвергли воздействию наночастиц кобальт-хрома, после чего среду из-под барьера перенесли на культуры клеток человеческого мозга. В результате в клетках мозга произошло повреждение ДНК. Подтверждающие эксперименты на беременных мышах также показали, что воздействие приводит к повреждению ДНК в гиппокампе (участке мозга, отвечающем за обучение и память) новорождённого потомства.
Было продемонстрировано, что клетки барьера перерабатывают наночастицы путём аутофагии, что приводит к генерации сигнальных молекул. Эти молекулы вызвали повреждение ДНК в астроцитах и нейронах мозга. Когда блокировали либо аутофагию, либо основной идентифицированный клеточный мессенджер (IL-6), степень повреждения ДНК снижалась. Эти данные подтверждают, что при оценке безопасности наночастиц необходимо учитывать не только их прямое, но и косвенное воздействие на клетки.
Важно, что повреждение ДНК в нейронах зависело от присутствия астроцитов. Астроциты — самый распространённый тип клеток мозга, долгое время считавшийся лишь вспомогательным. Теперь известно, что они выполняют множество функций и могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на соседние нейроны.
Мэйв Колдуэлл, профессор нейробиологии в Тринити-колледже Дублина, ведущий автор исследования: «Тот факт, что среда от барьера, экспонированного наночастицами, повреждала нейроны только в присутствии астроцитов, — дальнейшее доказательство, что их роль в мозге выходит далеко за рамки поддержки нейронов. В условиях стресса (в наших экспериментах) астроциты способны повреждать соседние нейроны. Это может быть важно для понимания того, как поведение астроцитов влияет на здоровье нейронов при многих нейродегенеративных состояниях».
Полученные результаты показывают, что повреждение ДНК в клетках мозга, вызванное наночастицами, зависит от астроцитов. Это имеет значение для дальнейших исследований, направленных на разработку астроцитов в качестве потенциальных мишеней для лекарств против нейродегенеративных заболеваний.