Object
Title: Wpływ nanocząstek pyłu na nabłonek oskrzeli i śródbłonek naczyniowy - nowe mechanizmy szkodliwego działania zanieczyszczeń wielkoprzemysłowych
Abstract:
Cząstki pyłu zawieszonego PM2,5, których średnica aerodynamiczna nie przekracza 2,5 µm uznaje się za najbardziej toksyczne składniki powietrza atmosferycznego. Zawierają one frakcję NP, tj. nanocząstek o średnicy mniejszej niż 0,1 μm, które mogą przedostawać się przez nabłonek oskrzelowy lub pęcherzyki płucne do krwioobiegu człowieka. Badania epidemiologiczne i eksperymentalne jednoznacznie wskazują, że mają one szkodliwy wpływ na zdrowie ludzi i wiążą się ze zwiększonym występowaniem chorób ze strony układu oddechowego oraz serowo-naczyniowego. Dokładny mechanizm niekorzystnego wpływu PM2.5 pozostaje jednak nadal niejasny. Celem pracy była ocena potencjalnej toksyczności rzeczywistego pyłu zawieszonego oraz wybranych nanocząstek na nabłonek oskrzelowy oraz śródbłonek naczyniowy człowieka. Pył PM2.5 zbierano na terenie miasta Krakowa w czasie zimy 2010/2011 nieopodal drogi o nasilonym ruchu samochodowym i w miejscu oddalonym od niej o 1 km. Analizowano skład pierwiastków i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) obu próbek. Cytotoksyczność cząstek PM2.5 oraz uzyskanych z nich ekstraktów organicznych oceniono na podstawie testów żywotności i analizy ekspresji genów trójwymiarowych hodowli nabłonka oskrzelowego (EpiAirway) oraz ludzkich komórek śródbłonka żyły pępowinowej (HUVEC). Ponadto oszacowano indywidualną bioreaktywność nanocząstek, wchodzących w skład pyłowy ; ch zanieczyszczeń powietrza tj. tlenku cynku (ZnO), tlenku krzemu (SiO2) w formie krystalicznej i amorficznej, sadzy (CB) oraz niklu (Ni). W tym celu wykonano pomiary potencjału zeta, oszacowano stopień uszkodzenia plazmidowego DNA, określono właściwości hemolityczne, a także zbadano wpływ NP na aktywność ruchową komórek śródbłonka naczyniowego.W obu miejscach zbioru PM2.5 zidentyfikowano pierwiastki związane z indywidualnym ogrzewaniem mieszkań (Al, Fe, Zn, Pb, K, P) jak i przystosowaniem nawierzchni dróg do zimowej eksploatacji (Na, Si, Ca, Mg) z tym, że występowały one w różnych proporcjach. Potwierdzono również obecność przekraczającego docelowy poziom w powietrzu benzo[a]pirenu, oraz 12 innych WWA, których głównym źródłem był ruch drogowy i emisja niska z gospodarstw domowych. Różnice w składzie chemicznym wpłynęły istotnie na cytotoksyczność ; PM2.5 w stosunku do trójwymiarowych hodowli nabłonka oskrzelowego. Obserwacja histopatologiczna ujawniła obecność licznych wakuoli zniekształcających warstwowość tej tkani oraz występującą przy najwyższym zastosowanym stężeniu (180 µg/cm2) lizę komórek. Osłabienie spójności nabłonka potwierdził również pomiar oporu elektrycznego. Natomiast analiza ekspresji genów związanych ze stresem oksydacyjnym wykazała, że czterogodzinna inkubacja z cząstkami PM2.5 z obu miejsc w dawce 20 µg/cm2 oraz z odpowiadającymi im ilościami ekstraktów org ; anicznych, wywołuje wzrost ekspresji genu cyp1a1, który koduje cytochrom P450 zaliczany do enzymów I fazy biotransformacji ksenobiotyków. Zaskakująco pył PM2.5 zebrany w miejscu oddalonym od ruchliwej drogi o 1 km okazał się bardziej reaktywny, ponieważ wywołał wzrost ilości mRNA jeszcze 10 innych białek związanych z zapaleniem i apoptozą: czynnika transkrypcyjnego NFκB, interleukin (IL-1α, IL-1β), białka p21, czynnika CDK oraz 5 białek szoku cieplnego HSP. Natomiast frakcja organiczna tej próbki spowodowała wzrost ekspresji m.in. genu kodującego białko XRCC2 odpowiadające za naprawę uszkodzonego DNA, genu indukowalnej syntazy tlenku azotu (iNOS) oraz genu czynnika martwicy nowotworów α (TNF-α). Tak duża różnica reaktywności PM2.5 pochodzącego z miejsc oddalonych od siebie zaledwie o 1 km najprawdopodobniej wynikała z odmiennego składu nieorganicznego, gdyż analiza WWA obu próbek nie wykazała wyraźnych różnic w zawartości poszczególnych węglowodorów. Pierwiastkami, które były nieobecne lub występowały w śladowych ilościach w powietrzu nieopodal ruchliwej drogi w pierwszym terminie zbioru były P, Zn oraz Fe. Zwłaszcza metale przejściowe tj. Fe i Zn mogą przyczyniać się do powstawania wolnych rodników tlenowych i potęgować proces zapalny.Inkubacja komórek śródbłonka naczyniowego z PM2.5 zebranego w pobliżu ruchliwej drogi w dawce 15 µg/cm2 nie wywołała wzrostu ekspresji żadnego z ; analizowanych genów. Natomiast otrzymana z niego frakcja organiczna aktywowała geny kodujące białka związane z naprawą uszkodzonego śródbłonka, czyli fibronektynę 1 (FN1), receptor 2 czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGFR-2), czynnik von Willebranda oraz metaloproteinazę 2 (MMP-2). Świadczy to o zaistniałym uszkodzeniu komórek, prawdopodobnie o niewielkim nasileniu, skoro po 4 godzinach od ekspozycji wykryto geny głównie zaangażowane w procesy naprawcze śródbłonka naczyniowego. Podobną odpowiedź wywołały NP ZnO o stężeniu 5 µg/cm2, gdzie wykazano wzrost ekspresji FN1, cząsteczki adhezji komórkowej ICAM-1, glikoproteiny ADAM17 stymulującej uwalnianie selektyny-L oraz białka TNFAPI3 odpowiedzialnego za ograniczenie stanu zapalnego. Stopień indywidualnej cytotoksyczność badanych nanocząstek zależał zarówno od typu NP jak i wykonywanego testu. Najbardziej cytotoksyczne względem hodowli śródbłonka naczyniowego okazały się NP ZnO, które wraz z wzrastającym stężeniem obniżały żywotność oraz aktywność migracyjną. NP CB i amorficznej formy tlenku krzemu nie wywołały znaczącej apoptozy, ale obniżyły zdolności proliferacyjne komórek w kolejnych dniach ekspozycji. Zaburzenia w prawidłowym funkcjonowaniu komórek śródbłonka naczyniowego wynikały najprawdopodobniej z nagromadzenia się w ich wnętrzu NP. Wykazujące dodatni potencjał zeta NP Ni oraz ZnO wywołały największe uszkodzenia ; plazmidowego DNA, podczas gdy ujemnie naładowane obie formy NP SiO2 cechowała w tym przypadku minimalna bioreaktywność. NP ZnO powodowały przerwanie nici DNA przy stukrotnie niższej dawce niż pozostałe badane nanocząstki. Z drugiej strony aktywność hemolityczną obserwowano jedynie w przypadku nanocząstek tlenku krzemu, zwłaszcza formy amorficznej. Wykazano również, że wszystkie NP po rozpuszczeniu w roztworach stosowanych w doświadczeniach ulegały agregacji i wykazywały niestabilną dyspersję. ; Podsumowując, uzyskane wyniki potwierdziły bioreaktywność pyłowych zanieczyszczeń powietrza przejawiającą się wzrostem ekspresji genów związanych z zapaleniem oraz procesami naprawczymi w hodowlach nabłonka płucnego i w komórkach śródbłonka naczyniowego. Wykazano również, że to samo stężenie PM2.5 zebrane w różnych miejscach wywołuje zróżnicowany stopień cytotoksyczności, który zależy ściśle od składu chemicznego cząstek. Doświadczenia na poszczególnych typach nanocząstek dowiodły, że nawet te NP nie obniżające żywotności hodowli in vitro, mogą wywierać negatywne skutki zaburzając prawidłową czynność komórek, w tym aktywność migracyjną. Konieczne są dalsze badania, aby wyjaśnić różnorodne mechanizmy wpływu PM2.5 na zdrowie człowieka.
Place of publishing:
Level of degree:
Degree discipline:
biochemia ; choroby układu krążenia ; pulmonologia
Degree grantor:
Promoter:
Date issued:
Identifier:
Call number:
Language:
Access rights:
Object collections:
Last modified:
Mar 14, 2023
In our library since:
Mar 7, 2013
Number of object content hits:
23
Number of object content views in PDF format
0
All available object's versions:
http://dl.cm-uj.krakow.pl:8080/publication/3461
Show description in RDF format:
Show description in OAI-PMH format:
| Edition name | Date |
|---|---|
| ZB-117134 | Mar 14, 2023 |
Objects
Similar
Włodarczyk, Anna J.
Olbert, Magdalena
Karch, Izabela
Kierońska-Rudek, Anna
Lizoń, Anna
Kaczmarek, Przemysław
Maduzia, Dawid
