Un grupo de científicos de la Academia de Ciencias de Rusia (ICG SB RAS) y el Instituto Biológico TSU ha establecido un camino a través del cual ingresan al cerebro nanopartículas de virus y sustancias orgánicas e inorgánicas del medio ambiente. Adicionalmente, los investigadores informan de una forma sencilla y económica de bloquear su entrada. Los datos obtenidos por el proyecto podrían desempeñar un papel importante en la medicina y los productos farmacéuticos, donde las nanopartículas se utilizan cada vez más para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades graves.

"Hay una gran cantidad de nanopartículas de una amplia variedad de elementos químicos y sus compuestos en el medio ambiente, que van desde inofensivos hasta tóxicos, por ejemplo, óxidos de metales pesados, "dice Mikhail Moshkin, director del Centro de Recursos Genéticos Animales de Laboratorio del ICG SB RAS. "Los científicos han acumulado datos que indican el efecto adverso de las nanopartículas, por ejemplo, las personas que viven a menos de 50 metros de carreteras grandes pueden desarrollar enfermedades neurodegenerativas (Alzheimer, Parkinson y otros) debido a la acumulación de partículas nanométricas en el cerebro ".

Los investigadores buscaron determinar cómo ingresan las nanopartículas al cerebro. No pueden penetrar a través de los pulmones y los vasos sanguíneos porque la barrera hematoencefálica los bloquea del cerebro. Los experimentos realizados en roedores ayudaron a calcular la trayectoria del movimiento de las nanopartículas.

Los investigadores introdujeron una solución con nanopartículas en las cavidades nasales de animales de laboratorio y utilizaron imágenes por resonancia magnética (IRM) para controlar su dispersión a través de las estructuras del cerebro. Los estudios han demostrado que las partículas aparecen en el bulbo olfatorio en tres horas. La concentración aumenta y alcanza un máximo después de 12 horas en el hipocampo, circunvolución dentada y otras estructuras cerebrales; la carga máxima se observa después de tres a cuatro días. El movimiento corresponde a la trayectoria de las conexiones nerviosas del sistema olfativo.

Adicionalmente, los investigadores encontraron que las partículas que se mueven dentro de la fibra nerviosa pueden atravesar sinapsis que conectan varias neuronas. Como resulta, no todas las nanopartículas superan la transmisión sináptica, por ejemplo, el óxido de manganeso pasa a través de las sinapsis, pero el dióxido de silicio (arena) no lo hace. La razón se determinó en un análisis proteómico realizado por científicos de la Universidad Erasmus de Rotterdam; mostró que el óxido de manganeso, a diferencia de la arena, se une eficazmente a la proteína AP-3, que está involucrado en los procesos de transmisión sináptica.

"Los fracasos experimentales a menudo se encuentran en el camino hacia un resultado interesante, ", dice Mikhail Moshkin." Nuestros investigadores querían obtener un efecto neurobiológico real de la entrada de nanopartículas en el cerebro. En un experimento, A los ratones se les inyectaron por vía nasal partículas de óxido de manganeso durante un mes. Pero nada ha cambiado en el comportamiento de los ratones. Y, como mostró un estudio de resonancia magnética, en el cerebro de estos ratones, no hubo áreas de acumulación de manganeso de contraste magnético. Además, se estableció que una sola inyección de nanopartículas en la cavidad nasal bloquea casi por completo su captura y entrada al cerebro durante la administración posterior. Estos resultados dieron lugar a un estudio sistemático de los factores que afectan el transporte de nanopartículas desde la cavidad nasal al cerebro ".

Hay dos grupos de factores:el primero son sustancias que afectan el estado de la capa mucosa que recubre los extremos de las neuronas olfativas, y el segundo son sustancias que afectan el potencial de membrana de los receptores olfativos. Como resultado, Fue posible encontrar combinaciones de compuestos químicos que bloquean completamente o mejoran significativamente el transporte de nanopartículas desde la cavidad nasal al cerebro.

Un descubrimiento igualmente importante fue el hecho de que la introducción de algunas nanopartículas en la nariz de los roedores se correspondía con una rápida disminución de la temperatura corporal en varios grados. Por el camino, los investigadores establecieron que se produjo una salida de líquido cefalorraquídeo.

"Resultó que en la nariz, hay toda una cascada de eventos. Los efectos revelados son importantes para el desarrollo de nuevos métodos de termorregulación, y la solución de un problema grave, el tratamiento del edema cerebral, ", dice Mikhail Moshkin." Ahora se están introduciendo nanopartículas en varios medicamentos para aumentar su eficacia. Los datos obtenidos ayudan a comprender cómo aumenta la concentración de estas partículas y cómo pueden introducirse en el cuerpo del paciente ".

En cuanto a futuras investigaciones, biólogos planean estudiar la penetración de virus, especialmente influenza. Esta información es importante no solo desde la ciencia fundamental sino que también es necesaria para el desarrollo de medidas preventivas que contribuyan a la reducción de epidemias.

Los científicos también tienen la intención de realizar investigaciones que involucren a personas en profesiones de alto riesgo, bomberos y soldadores, para probar el método recientemente descubierto para bloquear nanopartículas. Con base en los resultados obtenidos, será posible desarrollar mecanismos para proteger a las personas de los efectos indeseables de tales partículas.