Nanodeeltjes kunnen DNA-schade aan hersencellen veroorzaken

Ontdekking heeft implicaties voor de ontwikkeling van potentiële medicijnen bij de behandeling van neurodegeneratieve aandoeningen.

TRINITY COLLEGE DUBLIN

Nieuw onderzoek door wetenschappers laat zien dat wanneer cellulaire barričres worden blootgesteld aan metalen nanodeeltjes, cellulaire boodschappers worden vrijgegeven die schade aan het DNA van de zich ontwikkelende hersencellen kunnen veroorzaken. De ontdekking kan implicaties hebben voor de ontwikkeling van potentiële medicijnen bij de behandeling van neurodegeneratieve aandoeningen, waaronder de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson. Het onderzoek werd uitgevoerd door wetenschappers van het Trinity College en de Universiteit van Bristol en online gepubliceerd in Nature Nanotechnology.

Nanodeeltjes zijn hele kleine deeltjes tussen de 1 en 100 nanometer groot. Ze worden steeds meer gebruikt in medicijnen, chemotherapie, beeldvorming en diagnostiek vanwege hun vermogen om binnen organismen te reizen door gebruik van cellulaire paden. Tijdens hun interacties met celmembranen en internalisatie in cellen, worden belangrijke signaalroutes en -processen veranderd. Naast het beďnvloeden van de gezondheid van direct belichte cellen, kan de internalisatie van nanodeeltjes naburige cellen ook nadelig beďnvloeden op een manier vergelijkbaar met het door straling geďnduceerd omstandereffect.

Voor dit specifieke onderzoek kweekten de wetenschappers een laagje BeWo-cellen, een celtype dat op grote schaal wordt gebruikt om de placentabarričre te modelleren, in een laboratorium op een poreus membraan. Deze celbarričre werd vervolgens blootgesteld aan nanodeeltjes van kobaltchroom en het medium onder de barričre werd later verzameld en overgebracht op kweken van menselijke hersencellen, die DNA-schade opliepen. Confirmatieve blootstelling aan maternale muizen tijdens de embryonale ontwikkeling werden ook uitgevoerd die aantoonden dat blootstelling resulteerde in schade aan DNA in de hippocampus (een deel van de hersenen dat betrokken zijn bij het leren en het geheugen) van de pasgeboren nakomelingen.

De wetenschappers toonden aan dat cellen in de barričres de nanodeeltjes verwerkten via een natuurlijke cellulaire route, bekend als autofagie, die ertoe leidde dat die cellen signaleringsmoleculen genereerden. Deze signaalmoleculen veroorzaakten DNA-schade aan de astrocyten en neuronen van de hersencellen; dit werd bevestigd omdat autofagie of IL-6 (de belangrijkste geďdentificeerde boodschapper van de cel) werd geblokkeerd en de hoeveelheid DNA-schade was verminderd. Deze bevindingen ondersteunen het idee dat indirecte effecten van nanodeeltjes op cellen, zoals het geval is in dit onderzoek, net zo belangrijk kunnen zijn als hun directe effecten bij het evalueren van hun veiligheid.

Belangrijk is dat de DNA-schade aan neuronen afhankelijk was van aanwezige astrocyten. Astrocyten zijn het meest voorkomende celtype in de hersenen, waarvan jarenlang werd gedacht dat ze een hoofdrol als ondersteuningscel hadden, maar het is nu bekend dat ze meerdere rollen in de hersenen hebben en zowel positieve als negatieve effecten kunnen hebben op naburige neuronen.

Maeve Caldwell, hoogleraar neurowetenschappen aan het Trinity College in Dublin enhoofdauteur van het onderzoek, zei: "Astrocyten zijn het meest voorkomende celtype in de hersenen, die al vele jaren werden beschouwd als ondersteunende neuronen. Maar het feit dat media van nanodeeltjes blootgestelde cellulaire barričres alleen neuronen beschadigden wanneer astrocyten aanwezig waren, verder bewijs levert dat de rol van astrocyten in de hersenen veel verder gaat dan het ondersteunen van neuronen. Als astrocyten gestrest zijn (onder onze experimentele omstandigheden) zijn ze in staat om naburige cellen te beschadigen Dit zou implicaties kunnen hebben voor het ontwikkelen van ons begrip van hoe astrocyten gedrag de neuronale gezondheid in veel neurodegeneratieve aandoeningen, waaronder de ziekte van Alzheimer en Parkinson, kan beďnvloeden en daarom hun voortdurende ontwikkeling als potentiële medicijnen rechtvaardigen. "

Deze bevindingen tonen aan dat beschadiging van nanodeeltjes aan hersencellen DNA-schade kan veroorzaken die afhankelijk is van astrocyten. Dit heeft implicaties voor verdere onderzoeken gericht op het ontwikkelen van astrocyten als potentiële medicijnen voor neurodegeneratieve aandoeningen.

Vertaling: Andre Teirlinck