Una nuova ricerca degli scienziati mostra che quando le barriere cellulari sono esposte a nanoparticelle metalliche, vengono rilasciati messaggeri cellulari che possono causare danni al DNA delle cellule cerebrali in via di sviluppo. La scoperta potrebbe avere implicazioni per lo sviluppo di potenziali bersagli farmacologici nel trattamento delle condizioni neurodegenerative, compreso il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson. La ricerca è stata condotta da scienziati del Trinity College e dell'Università di Bristol, ed è pubblicato online questa settimana in Nanotecnologia della natura .
Le nanoparticelle sono particelle molto piccole di dimensioni comprese tra 1 e 100 nanometri. Sono sempre più utilizzati nella somministrazione di farmaci, chemioterapia, imaging e diagnostica grazie alla loro capacità di viaggiare all'interno degli organismi utilizzando percorsi cellulari. Durante le loro interazioni con le membrane cellulari e l'internalizzazione nelle cellule, vie di segnalazione chiave e processi sono alterati. Oltre a influenzare la salute delle cellule direttamente esposte, l'internalizzazione delle nanoparticelle può anche influenzare negativamente le cellule vicine in un modo simile all'effetto spettatore indotto dalle radiazioni.
Per questa particolare ricerca, gli scienziati hanno coltivato uno strato di cellule BeWo, un tipo di cellula ampiamente utilizzato per modellare la barriera placentare, in laboratorio su una membrana porosa. Questa barriera cellulare è stata quindi esposta a nanoparticelle di cromo cobalto e il mezzo sotto la barriera è stato successivamente raccolto e trasferito su colture di cellule cerebrali umane, che ha subito danni al DNA. Sono state eseguite anche esposizioni di conferma a topi materni durante lo sviluppo embrionale che hanno anche scoperto che le esposizioni hanno provocato danni al DNA nell'ippocampo (parte del cervello coinvolta nell'apprendimento e nella memoria) della prole appena nata.
Gli scienziati hanno dimostrato che le cellule nelle barriere, processato le nanoparticelle attraverso un percorso cellulare naturale, nota come autofagia, portando a quelle cellule che generano molecole di segnalazione. Queste molecole di segnalazione hanno causato danni al DNA degli astrociti e dei neuroni delle cellule cerebrali; questo è stato confermato come quando l'autofagia o IL-6 (il messaggero cellulare principale identificato) è stato bloccato, la quantità di danno al DNA è stata ridotta. Questi risultati supportano l'idea che gli effetti indiretti delle nanoparticelle sulle cellule, come nel caso di questo studio, potrebbero essere importanti da considerare quanto i loro effetti diretti quando si valuta la loro sicurezza.
È importante sottolineare che il danno del DNA ai neuroni dipendeva dalla presenza di astrociti. Gli astrociti sono il tipo di cellula più comune nel cervello, che per anni si pensava avessero il loro ruolo principale come cellula di supporto, però, è ormai noto che hanno molteplici ruoli nel cervello e possono avere effetti sia positivi che negativi sui neuroni vicini.
Maeve Caldwell, Professore di Neuroscienze al Trinity College di Dublino, L'autore principale dello studio ha dichiarato:"Gli astrociti sono il tipo di cellula più comune nel cervello che per molti anni è stato considerato un ruolo di supporto per i neuroni. Tuttavia, il fatto che i media delle barriere cellulari esposte alle nanoparticelle danneggiassero i neuroni solo quando erano presenti gli astrociti, fornisce ulteriori prove che il ruolo degli astrociti nel cervello va ben oltre quello di fornire supporto ai neuroni. Quando gli astrociti sono stressati (nelle nostre condizioni sperimentali) sono in grado di danneggiare i neuroni vicini. Ciò potrebbe avere implicazioni per lo sviluppo della nostra comprensione di come il comportamento degli astrociti può influenzare la salute neuronale in molte condizioni neurodegenerative tra cui l'Alzheimer e il morbo di Parkinson, e quindi garantiscono il loro continuo sviluppo come potenziali bersagli farmacologici".
Questi risultati dimostrano che il danno delle nanoparticelle alle cellule cerebrali può causare danni al DNA che dipendono dagli astrociti. Ciò ha implicazioni per ulteriori studi volti a sviluppare gli astrociti come potenziali bersagli farmacologici per le condizioni neurodegenerative.
