08. 08. 2024
Čtení na 5 minut
Vědci z Oddělení toxikologie a molekulární epidemiologie jsou spoluautory nové mezinárodní studie publikované ve vysoce impaktovaném časopise Redox Biology (otevře se v novém okně) (IF 10,7), v rámci které zkoumali toxické účinky ultrajemných částic emisí z automobilové dopravy na mitochondriální funkce buněk čichové sliznice.
Existuje stále více vědeckých důkazů, že znečištěné ovzduší může hrát významnou roli v rozvoji Alzheimerovy choroby (AD) a dalších neurodegenerativních onemocnění. Mezi hlavní a nejrizikovější složky znečištění patří ultrajemné částice (UFP). Ty vznikají zejména při spalování paliva ve spalovacích motorech, zvláště pak dieselových. Nemalý podíl UFP vzniká také opotřebením pneumatik a brzd. Nebezpečnost těchto částic vychází především z jejich malých rozměrů, které jim umožňují pronikat do lidského těla, včetně mozku, vyvolávat záněty, oxidační stres a jiné patologické procesy. Navíc mají relativně velký povrch, čímž na sebe mohou vázat další škodlivé látky (např. organické sloučeniny nebo těžké kovy).
Experti z prestižní Lancetovy komise (Lancet Commission on Pollution and Health) zařadili znečištěné ovzduší mezi modifikovatelné rizikové faktory vzniku demence. Nedávno byla například prokázána akumulace černých uhlíkových částic v mozku pacientů s AD. Ultrajemné částice (UFP) o průměru ≤ 100 nm jsou považovány za zvlášť škodlivé vzhledem k jejich schopnosti procházet biologickými membránami. Na zvířecích modelech byla popsána spojitost UFP se změnami v mozku souvisejícími s rozvojem AD, jako je zvýšená hladina amyloidu beta, narušená redoxní rovnováha, zánět a pokles kognitivních funkcí. Přesné mechanismy, jak UFP přispívají k buněčným a molekulárním změnám v lidském mozku, však zatím nejsou objasněny. Vědci pro tyto účely využili in vitro model tvořený buňkami čichové sliznice získanými biopsií od pacientů s AD a kontrolní skupiny zdravých jedinců. Právě buňky čichové sliznice , které se nacházejí na stropu nosní dutiny, jsou každým nádechem vystaveny toxickým látkám z okolního prostředí a v přímém kontaktu s centrálním nervovým systémem prostřednictvím čichového nervu. Cílem studie bylo pochopit, jak expozice UFP z různých zdrojů emisí z dopravy ovlivňuje funkce těchto buněk a jak se odpověď liší v závislosti na tom, zda buňky pocházející od zdravých jedinců nebo pacientů s AD.
Vlastnímu výzkumu předcházel souhlas Etické komise, u osob s výraznou poruchou kognitivních funkcí navíc souhlas od rodinného příslušníka či jiného zástupce dárce (pacienta s AD). Biopsie byly získány na Oddělení otorinolaryngologie Univerzitní nemocnice Kuopio. Pro účely výzkumu byly dále odebrány vzorky UFP z výfuků dieselového motoru pro těžký provoz (HDE) bez systémů následné úpravy výfukových plynů a z motoru osobního automobilu se vznětovým motorem, který disponoval moderní technologií úpravy výfukových plynů dle normy Euro6. Oba motory byly provozovány s obnovitelnou a ropnou naftou.
Buňky OM byly vystaveny vzorkům UFP po dobu 24 a 72 hodin, poté byly buněčné procesy hodnoceny na transkriptomické úrovni, a to metodou RNA-seq za využití softwaru Ingenuity Pathway Analysis (IPA). Tyto moderní analytické nástroje umožňují vědcům identifikovat a vizualizovat interakce mezi geny, proteiny a dalšími molekulami, a pochopit tak komplexní regulační sítě v buňkách. Výsledky analýz ukázaly, že UFP narušují mitochondriální funkce v buňkách čichové sliznice tím, že inhibují oxidativní fosforylaci a destabilizují redoxní rovnováhu, přičemž reakce buněk pacientů s AD se lišila od buněk zdravých jedinců. Následná funkční validace potvrdila, že znečišťující látky narušují buněčnou respiraci, snižují hladinu ATP a narušují redoxní rovnováhu změnou metabolismu NAD a glutathionu, což vede ke zvýšení ROS a oxidačnímu stresu. Vědci touto studií navíc prokázali, že variabilita toxických účinku UFP závisí na typu paliva a technologii motorů. Moderní motory s technologií úpravy výfukových plynů dle normy Euro 6 nejenže produkují méně emisí, tyto emise navíc vykazovaly nižší toxicitu vůči testovaným buňkám.