Vdechované olovnaté nanočástice obcházejí ochranu mozku

Olovo v podobě nanočástic, které se vyskytuje ve znečištěném ovzduší, může čichem pronikat do mozku a vyvolávat změny spojené s neurodegenerativními onemocněními, jako je Alzheimerova choroba. K tomuto závěru dospěli vědci z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR ve spolupráci s Masarykovou univerzitou a Ústavem analytické chemie AV ČR. Studie zároveň upozorňuje na rizika spojená s olovnatými nanočásticemi v ovzduší a otevírá nové možnosti pro terapeutické zásahy.

Znečištění ovzduší je globálním problémem, zejména v městských a průmyslových oblastech. Olovnaté nanočástice (PbNP), které se do něj dostávají z průmyslové výroby a spalováním fosilních paliv, mohou představovat skryté nebezpečí.

Nanočástice olova obcházejí přirozenou ochranu mozku

Vědci zjistili, že tyto částice mohou vstoupit do mozkové tkáně přímo přes čichové buňky, aniž by musely překonávat hematoencefalickou bariéru, která odděluje vnitřní prostředí mozku od cévního systému v těle a brání tak, aby do něj vstupovaly škodlivé látky. „Potvrdili jsme, že olovnaté nanočástice se mohou dostat do mozku přes čichový nerv a hromadit se ve specifických oblastech mozku,“ vysvětluje Marcela Buchtová, vedoucí Laboratoře molekulární morfogeneze Ústavu živočišné fyziologie a genetiky (ÚŽFG AV ČR). „Tento objev je klíčový pro pochopení neurotoxicity nanočástic a ukazuje, že znečištění ovzduší může mít přímý dopad na náš nervový systém. Zároveň otevírá nové možnosti ochrany našeho zdraví.“

Hromadění nanočástic v mozku a neurodegenerativní změny

Studie prokázala, že zejména olovnaté nanočástice s nízkou rozpustností mají tendenci se v mozku hromadit a jejich odstranění je velmi obtížné. I po dlouhé době, kdy mozek nebyl částicím vystaven, totiž zůstávaly v mozkové tkáni vysoké hladiny olova, zejména v hipokampu – oblasti klíčové pro paměť a učení. To znamená, že dlouhodobá expozice může vést k vážným neurologickým důsledkům. „Nanočástice totiž narušují cytoskelet neuronů a způsobují hromadění shluků vláken F-aktinu (tzv. Hirano tělísek), což je známka neurodegenerativních procesů,“ vysvětluje Jana Dumková z Masarykovy univerzity. Vědecký tým navíc zjistil poruchu fosforylace tau proteinu – procesu spojeného s Alzheimerovou chorobou a dalšími tauopatiemi. „Vidíme jasnou souvislost mezi expozicí olovnatým nanočásticím a vznikem změn typických pro neurodegenerativní onemocnění. Dochází i k poškození bariéry, která normálně reguluje transport látek mezi krví a mozkem, a tím dále zvyšuje riziko neurotoxických účinků těchto nanočástic,“ doplňuje Marcela Buchtová.

Olovo jako „nežádoucí náhražka“ vápníku 

V důsledku chemické podobnosti může olovo v nervové soustavě napodobovat vápník, který je klíčový pro správné fungování mnoha buněčných procesů, jako je buněčná signalizace nebo stabilita cytoskeletu. Studie odhalila, že expozice PbNP způsobuje nerovnováhu prvků v mozkové tkáni, což může dále negativně ovlivnit nervovou soustavu. „Naše experimenty ukázaly, že pokud je snížena hladina vápníku v prostředí, negativní účinky olovnatých nanočástic se ještě zesilují,“ říká Daniela Kristeková z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR, která studovala vliv nanočástic na chování modelového organismu – ryby zebřičky (Danio rerio). U exponovaných jedinců byly pozorovány výrazné změny v pohybu a koordinaci.

Možnosti ochrany nervového systému 

Vědci zkoumali i možnosti, jak negativní účinky olovnatých nanočástic na nervovou tkáň zmírnit. „Zajímavým zjištěním je, že použití inhibitoru GSK-3, který blokuje fosforylaci tau proteinu, dokázalo negativní účinky PbNP na nervové buňky částečně zmírnit,“ popisuje výsledky své práce Adriena Jedličková, která na projektu začala pracovat během středoškolské odborné činnosti a za svůj výzkum získala četná ocenění. Tento poznatek otevírá cestu k dalšímu výzkumu terapeutických strategií zaměřených na ochranu mozku před toxickými účinky těžkých kovů.

Výzkum probíhal v Laboratoři molekulární morfogeneze ÚŽFG AV ČR ve spolupráci s týmy z Masarykovy univerzity (patologické změny nervové tkáně – tým doc. Aleše Hampla; analýza prvků v tkáních – tým doc. Tomáše Vaculoviče) a Ústavu analytické chemie AV ČR (inhalační expozice – tým dr. Pavla Mikušky). Výsledky navazují na předchozí studie, které se zabývaly účinky nanočástic kovů na plíce, játra a ledviny.

Publikace k nahlédnutí zde.

Kontakt:

Marcela Buchtová
Ústav živočišné fyziologie a genetiky AV ČR
buchtova@iach.cz

Daniela Kristeková
Ústav živočišné fyziologie a genetiky AV ČR
daniela.kristekova@gmail.com

Adriena Jedličková
Ústav živočišné fyziologie a genetiky AV ČR
adri.jedlickova@gmail.com

Přečtěte si také

• Cena Paul Nakane Prize pro Pavla Hozáka
• Nový skleník vylepší pěstování pokusných rostlin a dbá na energetickou šetrnost
• Neutrino je lehčí, než se předpokládalo. Češi se podíleli na rekordním měření
• Brouci i člověk vyvinuli k ochraně své potravy stejné postupy
• Martin Fusek končí v čele společnosti IOCB Tech. Střídá ho Milan Prášil
• Sumeček černý ohrožuje vodní ekosystémy v Česku. Vědci zlepšují odlovné techniky
• Taje nanosvěta: Fyzikální ústav vydává komiks o nanotechnologiích
• Tropické cyklóny mohou zpomalit úbytek tajgy způsobený klimatickou změnou
• Akademické instituce v ČR spojily síly pro posílení bezpečnosti výzkumu
• Česká republika má nový systém poskytující podrobné informace o stavu lesních ekosystémů v reálném čase