Un gruppo di scienziati dell'Accademia Russa delle Scienze (ICG SB RAS) e del TSU Biological Institute ha stabilito un percorso attraverso il quale nanoparticelle di virus e sostanze organiche e inorganiche dall'ambiente entrano nel cervello. Inoltre, i ricercatori segnalano un modo semplice ed economico per bloccare il loro ingresso. I dati ottenuti dal progetto potrebbero svolgere un ruolo importante in medicina e prodotti farmaceutici, dove le nanoparticelle sono sempre più utilizzate per la diagnosi e la cura di malattie gravi.

"Esiste un gran numero di nanoparticelle di un'ampia varietà di elementi chimici e dei loro composti nell'ambiente, che vanno da innocuo a tossico, Per esempio, ossidi di metalli pesanti, "dice Mikhail Moshkin, direttore del Centro per le risorse genetiche degli animali da laboratorio dell'ICG SB RAS. "Gli scienziati hanno accumulato dati che indicano l'effetto negativo delle nanoparticelle, Per esempio, le persone che vivono a meno di 50 metri da grandi autostrade possono sviluppare malattie neurodegenerative (morbo di Alzheimer, Parkinson e altri) a causa dell'accumulo di particelle nanometriche nel cervello".

I ricercatori hanno cercato di determinare come le nanoparticelle entrano nel cervello. Non possono penetrare attraverso i polmoni e i vasi sanguigni perché la barriera emato-encefalica li blocca dal cervello. Gli esperimenti condotti sui roditori hanno aiutato a calcolare la traiettoria del movimento delle nanoparticelle.

I ricercatori hanno introdotto una soluzione con nanoparticelle nelle cavità nasali degli animali da laboratorio e hanno utilizzato la risonanza magnetica (MRI) per monitorare la loro dispersione attraverso le strutture del cervello. Gli studi hanno dimostrato che le particelle compaiono nel bulbo olfattivo entro tre ore. La concentrazione aumenta e raggiunge il massimo dopo 12 ore nell'ippocampo, giro dentato e altre strutture cerebrali; il carico massimo si osserva dopo tre o quattro giorni. Il movimento corrisponde alla traiettoria delle connessioni nervose del sistema olfattivo.

Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che le particelle che si muovono all'interno della fibra nervosa possono passare attraverso le sinapsi che collegano vari neuroni. Come risulta, non tutte le nanoparticelle superano la trasmissione sinaptica, Per esempio, l'ossido di manganese passa attraverso le sinapsi, ma il biossido di silicio (sabbia) no. Il motivo è stato determinato dall'analisi proteomica condotta dagli scienziati dell'Università Erasmus di Rotterdam; ha mostrato che l'ossido di manganese, a differenza della sabbia, si lega efficacemente alla proteina AP-3, che è coinvolto nei processi di trasmissione sinaptica.

"I fallimenti sperimentali spesso portano a un risultato interessante, " afferma Mikhail Moshkin. "I nostri ricercatori volevano ottenere un vero effetto neurobiologico dall'ingresso di nanoparticelle nel cervello. In un esperimento, ai topi sono state iniettate per via nasale particelle di ossido di manganese per un mese. Ma nulla è cambiato nel comportamento dei topi. E, come ha dimostrato uno studio di risonanza magnetica, nel cervello di questi topi, non vi erano aree di accumulo di manganese a contrasto magnetico. È stato inoltre stabilito che una singola iniezione di nanoparticelle nella cavità nasale ne blocca quasi completamente la cattura e l'ingresso nel cervello durante la successiva somministrazione. Questi risultati hanno dato origine a uno studio sistematico dei fattori che influenzano il trasporto delle nanoparticelle dalla cavità nasale al cervello".

Esistono due gruppi di fattori:il primo sono sostanze che influenzano lo stato dello strato mucoso che ricopre le estremità dei neuroni olfattivi, e il secondo sono sostanze che influenzano il potenziale di membrana dei recettori olfattivi. Di conseguenza, è stato possibile trovare combinazioni di composti chimici che bloccano completamente o migliorano significativamente il trasporto di nanoparticelle dalla cavità nasale al cervello.

Una scoperta altrettanto importante è stata il fatto che l'introduzione di alcune nanoparticelle nel naso dei roditori corrispondeva a una rapida diminuzione della temperatura corporea di diversi gradi. Lungo la strada, i ricercatori hanno stabilito che si è verificato un deflusso di liquido cerebrospinale.

"Si è scoperto che nel naso, c'è tutta una cascata di eventi. Gli effetti rivelati sono significativi per lo sviluppo di nuovi metodi di termoregolazione, e la soluzione di un problema serio, il trattamento dell'edema cerebrale, " dice Mikhail Moshkin. "Le nanoparticelle vengono ora introdotte in vari farmaci per aumentarne l'efficienza. I dati ottenuti aiutano a capire come aumenta la concentrazione di queste particelle e come possono essere introdotte nel corpo del paziente".

Per quanto riguarda ulteriori ricerche, i biologi intendono studiare la penetrazione dei virus, soprattutto l'influenza. Questa informazione è importante non solo dalla scienza fondamentale, ma è anche necessaria per lo sviluppo di misure preventive che contribuiscono alla riduzione delle epidemie.

Gli scienziati intendono anche condurre ricerche che coinvolgano persone in professioni ad alto rischio, vigili del fuoco e saldatori, per testare il metodo recentemente scoperto per bloccare le nanoparticelle. Sulla base dei risultati ottenuti, sarà possibile sviluppare meccanismi per proteggere le persone dagli effetti indesiderati di tali particelle.