Olovo v podobě nanočástic, které se vyskytuje ve znečištěném ovzduší, proniká nosem přes čichový nerv do mozku. Tím vyvolává nežádoucí změny spojené s neurodegeneracemi, jako je Alzheimerova nemoc.
K tomuto závěru dospěli vědci z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky [ÚŽFG] AV ČR. Na výzkumu spolupracovali s Masarykovou univerzitou a Ústavem analytické chemie AV ČR. Společně vypracovali studii, jež upozorňuje na rizika spojená s olovnatými nanočásticemi [PbNP] v ovzduší. Jejich práce navazuje na předchozí studie, které zkoumaly účinky nanočástic kovů na plíce, játra a ledviny.
„Potvrdili jsme, že olovnaté nanočástice se mohou dostat do mozku přes čichový nerv a hromadit se ve specifických oblastech mozku,“ říká Marcela Buchtová, vedoucí Laboratoře molekulární morfogeneze ÚŽFG.
„Tento objev je klíčový pro pochopení neurotoxicity nanočástic a ukazuje, že znečištění ovzduší může mít přímý dopad na náš nervový systém,“ vysvětluje souvislosti.
Vědci ÚŽFG zjistili, že olovnaté nanočástice vstupují do mozkové tkáně přímo přes čichové buňky. Nemusejí překonávat hematoencefalickou bariéru, která odděluje vnitřní prostředí mozku od cévního systému v těle a brání tak vstupu škodlivým látkám.
Co zjistili vědci
Olovnaté nanočástice se do ovzduší dostávají z průmyslové výroby a spalováním fosilních paliv. Problémy působí hlavně v městských a průmyslových oblastech. Studie prokázala, že zejména olovnaté nanočástice s nízkou rozpustností mají tendenci se v mozku hromadit a jejich odstranění je velmi obtížné.
I po dlouhé době, kdy mozek nebyl částicím vystaven, totiž zůstávaly v mozkové tkáni vysoké hladiny olova, převážně v hipokampu. Což je oblast klíčová pro paměť a učení.
„To znamená, že dlouhodobá expozice může vést k vážným neurologickým důsledkům. Nanočástice narušují cytoskelet neuronů a způsobují hromadění shluků vláken F-aktinu, takzvaných Hirano tělísek, což je známka neurodegenerativních procesů,“ vysvětluje Jana Dumková z Masarykovy univerzity.
Vědecký tým navíc zjistil poruchu fosforylace tau proteinu – procesu spojeného s Alzheimerovou chorobou a dalšími tauopatiemi. Tauopatie jsou vzácná onemocnění spojená s mutací τ-proteinu. Což je jednotka, která zpevňuje strukturu mikrotubulů. Jeho hyperfosforylovaná forma tuto úlohu neplní, nýbrž agreguje za vzniku amyloidu.
„Vidíme jasnou souvislost mezi expozicí olovnatým nanočásticím a vznikem změn typických pro neurodegenerativní onemocnění. Dochází i k poškození bariéry, která normálně reguluje transport látek mezi krví a mozkem, a tím dále zvyšuje riziko neurotoxických účinků těchto nanočástic,“ říká Marcela Buchtová.
Nanočástice olova jako „nežádoucí náhražka“ vápníku
Podle vědců olovo v nervové soustavě v důsledku chemické podobnosti v těle člověka napodobuje vápník. Ten určuje správné fungování mnoha buněčných procesů. Patří sem i buněčná signalizace či stabilita cytoskeletu. A právě expozice PbNP způsobuje nerovnováhu prvků v mozkové tkáni. Tato nerovnováha negativně ovlivňuje nervovou soustavu.
„Naše experimenty ukázaly, že pokud je snížena hladina vápníku v prostředí, negativní účinky olovnatých nanočástic se ještě zesilují,“ říká Daniela Kristeková z ÚŽFG.
Své tvrzení dokládá výsledky testů vlivu nanočástic na chování modelového organismu – ryby zebřičky [Danio rerio]: „U exponovaných jedinců byly pozorovány výrazné změny v pohybu a koordinaci.“
Většina experimentů se ale uskutečnila na myších modelech. Ty sice mají odlišnou anatomii nosní dutiny než lidé, ale základní molekulární mechanismy spojené s expozicí olovnatým nanočásticím jsou do značné míry přenositelné i na lidský organismus. Vědci dál zkoumali, jak zmírnit negativní účinky olovnatých nanočástic na nervovou tkáň.
„Zajímavým zjištěním je, že použití inhibitoru GSK-3, který blokuje fosforylaci tau proteinu, dokázalo negativní účinky PbNP na nervové buňky částečně zmírnit,“ popisuje Adriena Jedličková z Gymnázia Brno, tř. Kapitána Jaroše.
Covid neskončil. Neurologové spekulují o pandemii neurodegenerace
Ta na projektu začala pracovat už při středoškolské odborné činnosti a za svůj výzkum získala ocenění v národním kole soutěže Středoškolské odborné činnosti. Za svou práci získala i prestižní Cenu Učené společnosti České republiky. A není bez zajímavosti, že na třetím místě středoškolské soutěže v oboru molekulární biologie se umístila studentka mělnického gymnázia Tereza Mandáková. Ocenění získala za práci o Huntingtonově chorobě. I ta na svém výzkumu spolupracovala s ÚŽFG.
