Наночастицы железа даже в низких дозах обладают нейротоксическим эффектом

11:40, 20 марта 2023

Ученые выяснили это благодаря исследованиям мозга крыс

Эксперимент показал, что наночастицы железа в низких дозах оказывают нейротоксическое воздействие на головной мозг. Фото: Alexandr Gusev/ unplash.com.

Наночастицы оксида железа, которые загрязняют воздух, даже в низких дозах токсичны для центральной нервной системы. Чтобы это выяснить, уральские ученые интраназально ввели крысам суспензии, содержащие частицы оксида железа, и изучили функциональные и структурные изменения их мозга. Эти данные могут стать основой для разработки профилактических мер развития нейродегенеративных заболеваний у человека. Исследование проведено на базе Екатеринбургского медицинского научного Центра Роспотребнадзора, а анализ и обобщение данных осуществлены в рамках выполнения программы «Приоритет-2030». Результаты работы ученых опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.

«На металлургических производствах при многих технологических процессах могут образовываться наночастицы. Их вдыхание пагубно отражается на здоровье человека, ведь даже при низких концентрациях они могут проникать в головной мозг напрямую: через носовую полость, по обонятельному тракту попадая непосредственно в различные структуры головного мозга», — говорит доктор биологических наук и главный научный сотрудник лаборатории «Стохастический транспорт наночастиц в живом организме» УрФУ Ильзира Минигалиева.

Чтобы понять, как именно низкие дозы оксида железа влияют на центральную нервную систему, ученые провели эксперимент на крысах и интраназально ввели каждой суспензию, которая содержала 0,45 мг наночастиц. Это количество выбрали не случайно, так как основная цель исследования заключалась в том, чтобы установить, способны ли такие низкие дозы оказывать нейротоксическое действие.

Выяснилось, что на фоне воздействия этим веществом на крыс изменилось их исследовательское поведение и снизилась общая двигательная активность. Ученые предположили, что такое торможение связано с нарушение проводимости в ЦНС. Это удалось подтвердить на ультраструктурном уровне с помощью электронной микроскопии. Уральские ученые обнаружили не только наличие самих наночастиц в некоторых структурах головного мозга, но и большое количество аксонов с поврежденной миелиновой оболочкой. Кроме того, исследователи отметили увеличение патологически измененных митохондрий в клетках головного мозга крыс.

«Все это указывает на проявления нейротоксического действия наночастиц железа на ультраструктурном и субклеточном уровнях. Интересно, что на клеточном и биохимическом уровнях мы не обнаружили никаких выраженных изменений», — поясняет Ильзира Минигалиева.

Вывод о том, что наночастицы способны проникать в структуры головного мозга крыс и неравномерно распределяться по его отделам, требует дальнейших исследований. Ученым необходимо выяснить закономерности такого распределения и факторы, влияющие на него (такие как физические характеристики наночастиц, доза и время воздействия, способ введения). В будущем исследователи планируют изучать корреляцию между наличием наночастиц в тканях, клетках или органеллах и ультраструктурными повреждениями изучаемых биологических объектов.

Справка

Нейротоксическое действие высоких доз наночастиц железа неоднократно подтверждали исследованиями на животных. Так, воздействие оксида железа на мышей в дозах 25 и 50 мг/кг массы тела в течение четырех недель вызывало изменение двигательной активности и пространственной памяти, а также нарушение проницаемости гематоэнцефалического барьера и накопление наночастиц в мозге. Также известно, что наночастицы способны откладываться в тканях мозга и повреждать полосатое тело, которое регулирует мышечный тонус и работу внутренних органов, формирует условные рефлексы. Пероральное воздействие наночастиц железа в общей дозе 5 мг/кг вызывало нарастающий отек тканей мозга.