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金属纳米颗粒破坏大脑DNA

最新研究表明,当细胞屏障暴露于金属纳米颗粒时,信使分子就会释放出来,从而可能破坏发育中的脑细胞DNA。这一发现可能对潜在的药物靶标在神经退行性疾病(包括阿尔茨海默氏病和帕金森氏病)的治疗中具有重要意义。这项研究由三一学院和布里斯托大学的科学家进行,并于本周在线发表在《自然纳米技术》上。

纳米颗粒是尺寸为1-100纳米的非常小的颗粒。由于它们能够利用细胞途径在生物体内传播,因此越来越多地用于药物输送,化学疗法,成像和诊断。在它们与细胞膜相互作用和内化进入细胞的过程中,关键的信号传导途径和过程被改变。除了影响直接暴露的细胞的健康外,纳米粒子的内在化还可能以类似于辐射诱导的旁观者效应的方式有害地影响邻近的细胞。

对于这项特殊的研究,科学家们在实验室的多孔膜上生长了一层BeWo细胞,这是一种广泛用于模拟胎盘屏障的细胞类型。然后将这种细胞屏障暴露于钴铬纳米颗粒,然后收集该屏障下的培养基,并将其转移到人类脑细胞的培养物中,从而持续破坏DNA。还进行了胚胎发育过程中对母体小鼠的确证暴露,该暴露还发现暴露会导致新生后代海马(参与学习和记忆的大脑部分)DNA受损。

科学家证明,屏障中的细胞通过称为自噬的天然细胞途径处理纳米颗粒,从而导致这些细胞生成信号分子。这些信号分子对大脑中的细胞如星形胶质细胞和神经元造成了DNA损伤。可以肯定的是,当自噬或IL-6(识别出主要细胞的信使)被阻断时,DNA损伤的程度降低了。这些发现支持了这样的观点,即纳米颗粒对细胞的间接作用(在本研究中就是这种情况)在评估其安全性时可能要考虑其直接作用同等重要。

重要的是,DNA对神经元的损害取决于存在的星形胶质细胞。星形胶质细胞是大脑中最常见的细胞类型,多年来人们一直认为它们是支持细胞的主要作用,但是,现在知道它们在大脑中具有多种作用,并且可以对周围的细胞产生正反作用神经元。

都柏林三一学院神经科学教授Maeve Caldwell表示,这项研究的主要作者说:“星形胶质细胞是大脑中最常见的细胞类型,多年来一直被认为对神经元起支持作用。然而,当存在星形胶质细胞时,来自暴露于纳米颗粒的细胞屏障的介质仅会损害神经元这一事实提供了进一步的证据,表明星形胶质细胞在脑中的作用远远超出了为神经元提供支持的作用。当星形胶质细胞受到压力时(在我们的实验条件下),它们能够损伤邻近的神经元。这可能有助于我们进一步了解星形胶质细胞的行为如何影响许多神经退行性疾病(包括阿尔茨海默氏病和帕金森氏病)中的神经元健康,

这些发现表明,纳米颗粒对脑细胞的损害可引起取决于星形胶质细胞的DNA损害。这对于旨在发展星形胶质细胞作为神经退行性疾病的潜在药物靶标的进一步研究具有重要意义。

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