Wiadomo, że żelazo jest toksyczne dla komórek mózgowych, a małe magnetyczne cząstki żelaza (magnetyt) są uważane za zaangażowane w rozwój zaburzeń neurologicznych. Teraz po raz pierwszy mamy zidentyfikowane obfita obecność tych wysoce reaktywnych cząstek w ludzkim mózgu.

Wcześniejsze badania sugerowały że w mózgach dotkniętych chorobą Alzheimera są zwiększone ilości magnetytu i że cząsteczki te mogą być powiązane z rozwojem choroby. Zastanawialiśmy się, czy ten zwiększony magnetyt mózgu może pochodzić z wdychania zanieczyszczonego powietrza.

Bardzo małe, okrągłe cząstki zbudowane z magnetytu (zwane nanosferami magnetytu) są obficie zanieczyszczone powietrzem miejskim. Powstają w wysokich temperaturach i kondensują w postaci kropelek bogatych w żelazo podczas ochładzania. Cząstki te mają średnicę od mniej niż 5 nm (nanometrów) do ponad 100 nm (dla porównania, HIV ma średnicę 120 nm) i często znajdują się razem z cząsteczkami zanieczyszczeń wykonanych z innych metali.

Pojazdy są głównym źródłem tych nanosfer magnetytowych. Powstają w wyniku spalania paliwa (zwłaszcza oleju napędowego), zużycia żelaza z bloku silnika i ogrzewania ciernego klocków hamulcowych. Oprócz niektórych warunków pracy, wysokie stężenia nanocząstek zanieczyszczenia magnetytu mogą być wytwarzane w pomieszczeniach przy otwartym ogniu lub źle uszczelnionych piecach używanych do gotowania lub ogrzewania.

Większe cząstki magnetytu mogą mieć średnicę większą niż 10 mikrometrów (wielkości kropli wody w chmurze) i pochodzić ze źródeł przemysłowych, takich jak elektrownie, ale tylko cząstki zanieczyszczenia magnetytu, które są mniejsze niż 200 nm, mogą dostać się do mózgu bezpośrednio przez wdychanie przez nos. Następnie mogą podróżować przez komórki nerwowe opuszki węchowej (patrz ilustracja).

Ominięcie bariery krew-mózg. Patrick J. Lynch, CC BYBariera krew-mózg – ochronna ściana komórkowa, która zapobiega przedostawaniu się szkodliwych substancji do mózgu – nie chroni przed tego rodzaju wejściem przez nos, więc te małe cząsteczki mogą przedostawać się do mózgu stosunkowo bez przeszkód. Gdy nanocząsteczki dostaną się do tych obszarów węchowych, mogą rozprzestrzenić się na inne części mózgu, w tym hipokamp i korę mózgową, które są obszarami dotkniętymi chorobą Alzheimera.

Obecność w mózgu magnetytu może wywołać zdarzenia prowadzące do choroby neurodegeneracyjnej. Magnetyt zawiera mieszankę dwóch rodzajów żelaza, zwanych żelazem żelaznym i żelaznym. Wykazano, że żelazo żelazawe jest skutecznym katalizatorem do produkcji bardzo reaktywnych i szkodliwych cząsteczek zwanych „reaktywnymi formami tlenu”. Wiadomo, że uszkodzenie mózgu spowodowane tego typu molekułami wystąpić bardzo wcześnie w przebiegu choroby Alzheimera.

Kluczową zmianą w mózgu w tej chorobie jest powstawanie „starcze blaszki”, które są skupiskami nieprawidłowego białka znajdującego się między komórkami nerwowymi. Stwierdzono, że cząstki magnetytu są z nimi bezpośrednio związane starcze blaszki, oraz w celu zwiększenia toksyczności białka znajdującego się w środku każdego z nich.

Aby zbadać, czy magnetyt z zewnętrznych źródeł może istnieć w ludzkim mózgu, użyliśmy technik magnetycznych, mikroskopowych elektronowych i innych do zbadania próbek mózgu 37 zwłok – w wieku od 92 do 40 lat w chwili śmierci – którzy mieszkali w Mexico City lub w Manchesterze. Wielka Brytania. Odkryliśmy, że wiele wysoce magnetycznych próbek mózgu pochodziło od osób w wieku poniżej 65 lat z miasta Meksyk, które były narażone na wysoki poziom zanieczyszczenia powietrza, oraz w starszych przypadkach z Manchesteru (w chwili śmierci powyżej XNUMX lat) z umiarkowaną lub ciężką chorobą Alzheimera .

Większość cząstek magnetytu w próbkach mózgu była kulista i różniła się wielkością i kształtem od cząstek magnetytu, które naturalnie występują u ludzi i zwierząt. Miały one średnicę od 5 nm do 150 nm i zostały znalezione razem z nanocząsteczkami zawierającymi inne metale, takie jak platyna, nikiel i kobalt, które nie występowałyby naturalnie w mózgu. Wydobyliśmy również cząsteczki magnetytu z mózgu za pomocą enzymu. Enzym rozpuścił tkankę mózgową i pozostawił nienaruszone cząstki magnetytu. Cząstki te następnie wyekstrahowano za pomocą magnesu. Cząstki były uderzająco dopasowane do nanosfer magnetytowych występujących w zanieczyszczonym powietrzu.

Ponieważ mniej niż 5% przypadków choroby Alzheimera jest dziedziczonych bezpośrednio, prawdopodobnie środowisko odgrywa główną rolę w chorobie. Ze względu na to, że są bardzo małe, toksyczne dla mózgu i bardzo często spotykane w zanieczyszczeniu powietrza, nanocząstki zanieczyszczenia magnetytem należy zbadać jako potencjalne ryzyko chorób mózgu, w tym choroby Alzheimera. Jeśli zostanie odkryty związek ze zdrowiem ludzkim, będzie to miało poważne konsekwencje dla przepisów ograniczających narażenie na ten rodzaj zanieczyszczenia powietrza.

O Autorach

Barbara Maher, profesor nauk o środowisku, Lancaster University. Współdyrektor wiodącego na świecie Centrum Magnetyzmu Środowiskowego i Paleomagnetyzmu w Lancaster

David Allso, profesor neuronauki, Lancaster University

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon