Το σχήμα και η μορφή των νανοϋλικών επηρεάζει την ικανότητά τους να περνούν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό.

Τι είναι τα νανοϋλικά;

Τα νανοϋλικά είναι λειτουργικά υλικά που αποτελούνται από σωματίδια με τουλάχιστον μια διάσταση κάτω από 100 νανόμετρα. Τα νανοϋλικά έχουν πολλές χρήσεις και εφαρμογές, από καλλυντικά έως και φάρμακα.

Τι είναι ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός;

Τα αιμοφόρα αγγεία έχουν το ρόλο της μεταφοράς αίματος, θρεπτικών συστατικών και οξυγόνου από την καρδιά σε όλο το σώμα.  Τα αγγεία που περιτριγυρίζουν το Κεντρικό Νευρικό Σύστημα (ΚΝΣ), έχουν κάποιες αξιοθαύμαστες ιδιότητες. Ρυθμίζουν την κινητικότητα των ιόντων, των μορίων και των κυττάρων μεταξύ του αίματος και του εγκεφάλου. Αυτό το σημείο ονομάζεται αιματοεγκεφαλικός φραγμός (ΑΕΦ).  Αποτελεί ένα φυσικό εμπόδιο που συντίθεται από σφιχτά πακεταρισμένες στιβάδες ενδοθηλιακών κυττάρων τα οποία περιβάλλουν τον εγκέφαλο και διαχωρίζουν το αίμα από το εγκεφαλο-νωτιαίο υγρό. Είναι υψίστης σημασίας ο έλεγχος αυτός, για την καλή λειτουργία του ΚΝΣ, και την προστασία του νευρικού ιστού από τοξίνες και παθογόνα.

Τι έδειξε η έρευνα για τα νανοϋλικά και τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό;

Νανοϋλικά που έχουνε βρεθεί σε καταναλωτικά προϊόντα, καθώς και καθημερινής περιποίησης,  έχουν την ικανότητα να διαπερνούν τον ΑΕΦ, φτάνοντας στον εγκέφαλο με διαφορετική ευκολία ανάλογα με το σχήμα τους. Αυτό έχει σαν συνέπεια τόσο θετικά όσο και αρνητικά αποτελέσματα.

Υπάρχουν νανοϋλικά σε κοινά προϊόντα και τι μπορεί να προκαλέσουν στο ΚΝΣ;

Το οξείδιο του ψευδαργύρου χρησιμοποιείται σαν διογκωτικός παράγοντας και ως βαφή. Ακόμη συμμετέχει και σε προϊόντα όπως αντηλιακά, αντανακλώντας και διαχέοντας την UV ακτινοβολία. Το ασήμι χρησιμοποιείται σε προϊόντα κοσμετικής και φροντίδας του δέρματος όπως οι αντιγηραντικές κρέμες.

Οι επιστήμονες πραγματοποίησαν την έρευνα σε in vitro  μοντέλο ΑΕΦ, δηλαδή σε συνθήκες που μιμούνται τον ΑΕΦ. Φάνηκε ότι τα νανοϋλικά με βάση το μέταλλο όπως το ασήμι ή το οξείδιο του ψευδαργύρου, μπορούν να παρακάμψουν το μοντέλο ΑΕΦ, φτάνοντας στον εγκέφαλο, τόσο σε μορφή σωματιδίων όσο και σαν διαλυμένα ιόντα. Αυτό θα μπορούσε να έχει αρνητική επιρροή στην υγεία των αστροκυττάρων που ελέγχουν τις νευρολογικές αντιδράσεις. Τα αστροκύτταρα, αποτελούν κύτταρα του ΚΝΣ.

Στον αντίποδα, οι ερευνητές αναλογίζονται και τις εφαρμογές που θα μπορούσε να έχει η ανακάλυψή αυτή, στον σχεδιασμό πιο ασφαλών νανοϋλικών. Μια τέτοια προσέγγιση θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για θεραπεία ασθενειών του εγκεφάλου που είναι σε δύσκολα προσβάσιμες περιοχές.

Στη δημοσίευση της έρευνας τους στο επιστημονικό περιοδικό PNAS βασικό στοιχείο είναι τα δεδομένα που αφορούν τις  φυσικοχημικές ιδιότητες των μεταλλικών υλικών . Η ομάδα, έλεγξε την ικανότητα τους να διαπερνούν το μοντέλο του ΑΕΦ, και της πιθανής τοξικότητάς τους, στον εγκέφαλο.

Επιπλέον συσσώρευση από συγκεκριμένα σχήματα ασημιού και οξειδωμένου ψευδαργύρου μπορεί να αναστείλουν την ανάπτυξη των κυττάρων, και να προκαλέσουν αυξημένη διαπερατότητα του ΑΕΦ. Αυτό συνεπάγεται την ευκολότερη πρόσβαση διάφορων ενώσεων στον εγκέφαλο, το οποίο θέτει με τη σειρά του το ΚΝΣ σε κίνδυνο. Αυξημένη διαπερατότητα σε ξένες ενώσεις, μπορεί τελικά να προκαλέσουν βλάβες στον εγκέφαλο (νευροτοξικότητα).

Ο συν-συγγραφέας της έρευνας Iseult Lynch, Καθηγητής των Περιβαλλοντικών Νανοεπιστημών στο Πανεπιστήμιο του Birmingham, είπε: «Βρήκαμε ότι τα νανοϋλικά ασημιού και οξειδωμένου ψευδαργύρου, τα οποία είναι ευρέως χρησιμοποιούμενα σε πολλά προϊόντα που χρησιμοποιούν οι καταναλωτές και σε προϊόντα  ιατρικής φροντίδας, πέρασαν μέσα από το μοντέλο ΑΕΦ σε μορφή σωματιδίων και διαλυμένων ιόντων.» Συνεχίζει αναφέροντας ότι σημαντικοί παράγοντες στην διαπεραστική ικανότητα των υλικών αυτών, είναι το μέγεθος, το σχήμα και οι φυσικοχημικές ιδιότητες. Η γνώση αυτών των παραγόντων θα βοηθήσει στην καλύτερη ιατρική εφαρμογή των νανοϋλικών. Τέτοιες εφαρμογές θα μπορούσαν να είναι συστήματα στοχευμένης διανομής, βιοαπεικόνισης και εκτίμησης πιθανού ρίσκου, συσχετιζόμενου με τον τύπο μεταλλικού νανοϋλικού.

Σε πρόσφατες μελέτες έχει επίσης φανεί, ότι τέτοια συσσώρευση νανοϋλικών στον εγκέφαλο, μπορεί  να συμβεί, είτε μέσω αναπνοής είτε μέσω κατάποσης ή ακόμη και μέσω του δέρματος. Ακόμη και μια μικρή ποσότητα των υλικών αυτών, αν περάσει στο αίμα, μπορεί να φτάσει στον εγκέφαλο και να επηρεάσει την νευρολογική δραστηριότητα.

Η ομάδα συγκέντρωσε τα μεταλλικά νανοϋλικά με διαφορετικές σωματιδιακές συνθέσεις, μεγέθη και σχήματα. Τα κατέταξαν βάσει της ικανότητάς τους να εισέρχονται στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και εκτίμησαν την πορεία τους πέραν του μοντέλου ΑΕΦ.

Ο συν- συγγραφέας Zhiling Guo, Συνεργάτης Ερευνητής του Πανεπιστημίου του Birmingham,  αναφέρθηκε στην σημασία της κατανόησης της συμπεριφοράς των υλικών μετά το πέρασμα τους από τον ΑΕΦ.  Με αυτή τη γνώση θα είναι δυνατή η αξιολόγηση των νευρολογικών επιδράσεων που μπορεί να προκύψουν από την μη επιτηδευμένη είσοδο τους στον εγκέφαλο.

Η ερευνητική ομάδα δοκίμασε τα διαφορετικά μεγέθη οξειδίου του δημητρίου, και οξειδίου του σιδήρου και τέσσερα διαφορετικά σχήματα ασημιού. (σφαιρικό,  πεπλατυσμένο, ραβδόμορφο και  νανοκαλωδίου).

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο ψευδάργυρος “γλίστρησε” μέσα στο ΑΕΦ με μεγάλη ευκολία. Επίσης το σφαιρικό και το πεπλατυσμένο σχήμα σε νανοϋλικά ασημιού, υπέστησαν διάλυση, και σταδιακά μετατράπηκαν σε ενώσεις σιδήρου- θείου στον ΑΕΦ. Το τελευταίο δημιούργησε και ευκολότερα μονοπάτια εισόδου.