Deși nanoparticlele (NP) au un potențial uriaș și o aplicabilitate extrem de vastă și variată, efectele lor adverse la nivelul celulelor este unul care a ridicat foarte multe semne de întrebare pe parcursul timpului. În cercetările realizate la nivelul sistemului nervos, NP au demonstrat atât efecte pozitive, cât și negative.

Interacțiunea NP cu sistemul nervos central (SNC)

  • Bariera hematoencefalică (Blood-Brain Barrier - BBB)

Efectele acumulării de NP sau trecerea acestora la nivelul BBB nu au fost complet elucidate. Particulele de dimensiuni foarte mici au o mobilitate extraordinară și se așteaptă să fie posibilă trecerea lor, fie prin difuzie, fie mediată de un transportor, la nivelul acestei structuri. În alte cazuri, este posibil ca aceste mici particule să străbată BBB prin transport transsinaptic (NP de argint pot trece de BBB, ceea ce poate duce la acumulări în diferite regiuni ale creierului). Trecerea NP dincolo de BBB poate produce degenerarea neuronilor sau poate duce chiar la agravarea unor patologii.

  • Canalele ionice

Depolarizarea locala a neuronilor poate fi afectată de prezența nanoparticulelor. Mutațiile care pot apărea o data cu prezența NP la nivelul SNC, pot cauza schimbări la nivelul canalelor de sodiu dependente de voltaj (Nav). Prezența NP metalice la nivelul SNC (ex: CuO, Ag, ZnO, TiO2) poate conduce la modificarea curentului, ceea ce poate conduce la o alterare a funcției.

Neurotoxicitatea in vivo

NP de cobalt cu dimensiuni de 50 nm au fost descoperite la nivelul creierului după ce au fost administrate pe care intravenoasă la șoareci. Studiul realizat pe femele F344 de șobolan a demonstrat prezența fluorosferelor de latex la nivelul creierului prin administrare intravenoasă sau prin aspirație orală ( Fluorosfere de 20 nm, 100 nm, 1000 nm). Cele de 20 nm nu au fost identificate la nivelul SNC, dar cele de 100 nm au fost identificate după 24h de la administrare, iar cele cu dimensiune de 1000 nm au fost identificate pe o perioadă de 28 zile. Expunerea la NP de TiO2 s-a demonstrat că poate afecta expresia unor gene responsabile de dezvoltarea și funcționarea SNC. Administrarea de NP de Ag sau Cu poate provoca întreruperea funcției BBB și producerea de edeme. Mai mult de cât atât, cele de Ag pot cauza distrugerea BBB, creșterea în dimensiune a astrocitelor, dar și degenerarea celulelor nervoase.

Neurotoxicitatea in vitro

În experimente realizate pe celule PC-12, o linie neuroendocrină de celule cu rol în producerea neurotransmițătorilor dopaminergici, expunerea la NP de Cu și Ag a dus la alterarea activității a 11 gene asociate cu sistemul dopaminergic. Tratare cu NP cu TiO2 la concentrații diferite demonstrează reducerea viabilității celulare (dependent de timp și doză). Aceste NP duc la acumulare intracelulară de specii reactive de oxigen (ROS) și la apoptoza celulelor PC-12 (prin expunere la concentrații foarte mari). Prin tratament cu ROS înainte de expunerea la acest tip de NP s-a putut observa inhibarea apoptozei indusă de către particule.

Într-o altă linie celulară de gliom, A-172, s-a observat că, în prezența NP, activitatea mitocondrială a scăzut cu 0-15%, iar conținutul de ADN cu 0-20%, dar nu s-a remarcat această scădere în funcție de doză. Permeabilitatea membranei plasmatice nu a fost alterată de aceste nanoparticule. În cazul NP de Si, dimensiunile acestora nu au avut efect citotoxic asupra celulelor. Într-un alt studiu în care șoarecii au fost hrăniți cu NP, s-au observat hemoragii nespecifice și congestie medulară.

Concluzionând, efectul nanoparticulelor la nivelul sistemului nervos central este variabil în funcție de doza administrată sau de concentrația acesteia și se datorează totodată și timpului de expunere la aceste structuri.

Bibliografie

  1. Z. YangZ. W. LiuR. P. AllakerP. ReipJ. OxfordZ. Ahmad,and G. Ren- A review of nanoparticle functionality and toxicity on the central nervous system
  2. Zhao J., Xu L., Zhang T., Ren G., Yang Z. 2009. Influences of nanoparticle zinc oxide on acutely isolated rat hippocampal CA3 pyramidal neurons. Neurotoxicology30, 220–230. (10.1016/j.neuro.2008.12.005)
  3. Xu L. J., Zhao J. X., Zhang T., Ren G. G., Yang Z. 2009. In vitro study on influence of nano particles of CuO on CA1 pyramidal neurons of rat hippocampus potassium currents. Environ. Toxicol. 24, 211–217. (10.1002/tox.20418) 

EU e-Privacy Directive

Departamentul de Anatomie, fiziologie animala si biofizica

Prof. dr. Dan Florin Mihailescu (director de  departament)

Prof. dr. Alexandru  Babes

Prof. dr. Speranta Avram

Prof. dr. Violeta Ristoiu

Prof. dr. Beatrice Mihaela Radu

Conf. dr. Mihaela Marcu Lapadat

Conf. dr. Dana Cucu

FP

Conf. dr. Florentina Pluteanu

Lect. dr. Doru Gabor

TS photo

Lect. dr. Tudor Selescu

Lect. dr. Cristina Matanie

Alexandru Deftu

Asist.dr. Alexandru Deftu

roxana

Asist.dr. Roxana Gheorghe

Cornelia Dragomir

Geanina Haralambie

Liliana Stamatin

Cristina

PozaAcademieLuiza

Prof. dr. Maria Luiza Flonta (profesor emerit)