Мозг как мишень для наночастиц
Post on 16-Jan-2016
89 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
МОЗГ КАК МИШЕНЬ ДЛЯ НАНОЧАСТИЦ
М.П. Мошкин, Л.А. Герлинская, А.В. Ромащенко, Д.В. Петровский, Е.Л. Завьялов, Н.А. Колчанов Институт цитологии и генетики
И.В. Коптюг, А.А. Савелов, Р.З. СагдеевМеждународный томографический центр С.Ю. Троицкий, В.И. Бухтияров Институт катализа им. Г.М. Борескова
М.И. Мучная В.Л. Ганимедов, А.С. Садовский, В.М. Фомин Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича
В.В. КривенцовИнститут ядерной физики им. Г.И. Будкера
Сибирское отделение РАН, Новосибирск
НАНОЧАСТИЦЫ и МОЗГ
Kim et al.,
ПОВРЕЖДЕНИЕТЕРАПИЯ
Mn содержащие аэрозоли
Разрушение дофаминовых
нейронов
Нарушение координации,
болезнь Паркинсона
Частицы церия
Накопление в очаге инсульта
Терапев-тический эффект
Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 11039 –11043
пути поступления в мозг наночастиц и механизмы их накопления и выведения;
механизмы взаимодействия нанообъектов со структурами головного мозга, включая каталитические и иммуногенные свойства нанобиокомплексов;
оценка потенциальных угроз здоровью при накоплении наночастиц в головном мозге;
применение наночастиц для диагностики и направленного воздействия на структуры головного мозга;
сравнительное изучение видов эволюционировавших в среде с разным содержанием субмикронных аэрозолей
ПРОГРАММА НАНОНЕЙРОБИОЛОГИИ «РОЖДЕННАЯ ИНТЕГРАЦИЕЙ»:
Распределение на карте мира лесных пожаров (NASA satellite images) – одного
из источников наноразмерных аэрозолей
МОЗГЛЕГКИЕ
ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ОРГАНЫ-МИШЕНИ ДЛЯ ВДЫХАЕМЫХ НАНОЧАСТИЦ
Об. Луковицы Печень Почки Селезенка Семенники Сердце0
100
200
300
400
500
600
700
Контроль
Таркосил 25
Si,
мкг
/г
***
* - p<0.05, *** - p<0.001 по сравнению с контролем
*
Накопление Si в органах мышей SPF статуса после десяти 3-х часовых экспозиций
наноаэрозолями Таркосила 25
Ингаляционная установка
Обонятельные луковицы (гистологические препараты) Контроль Таркосил 25
Митральный слой
Сетчатый слой
Клубочковый слой
0 50 100 150 200 250 300
КонтрольТаркосил 25*
а
Сферические частицы
Кооперация институтов Сибирского отделения РАН (ИК, ИЦиГ и МТЦ) при получении проникающих в мозг наночастиц гидроксидов Mn
Нитевидные частицы
С.Ю. Троицкий
А.В. Ромащенко
SPF мышь
Т1-взвешенные изображения обонятельных луковиц
НАНО-БИО-ТОМО ЦИКЛ
Сферические частицы Нитевидные частицы
Т1-взвешенные изображения носовых ходов (позитивный контраст)
Одинаковая эффективность МРТ детектирования Mn при введении в носовую
полость наночастиц разной формы
МР
Т с
игн
ал,
у.е.
Mn, мкг/г
Перемещение наночастиц MnO*(H2O)x из носовой полости в головной мозг:
А. Сагитальный срез головы мыши (Т1-взвешенное изображение);
Б. Зависимость МРТ сигнала от концентрации Mn в обонятельных луковицах;
В. Динамика поступления MnO*(H2O)x
70 80 90 100 110 120 130 140 150 1600
10
20
30
40
50
60
70
80
МР
Т с
игн
ал,
у.е.
Время, ч
1 2 3 4 5 61.1
1.3
1.5
1.7
1.9160
140
120
100
80
0 6 12 18 24 30
НЧ
Возможные пути прямого перемещения наночастиц (НЧ) из носовой полости в головной мозг
Разрешение МРТ не позволяет дифференцировать пути перемещения MnO*(H2O)x
голова мыши сагитальный срез.(МРТ.)
НЧЗахват и перемещение MnO*(H2O)x в составе биополярных обонятельных нейронов
Перемещение MnO*(H2O)x в клетках базального эпителия или диффузия в межклеточном пространстве
Sucrose
NaN3
CoCl2
Ольфакторный нейрон и ключевые мишени для ингибиторов
Антогонист Ca2+ каналов
Ион зависимый захват НЧ
Сахароза Ингибитор клатрин зависимого эндоцитоза
Эндоцитоз НЧ
Колхицин и NaN3
Ингибиторы везикулярного транспорта
Аксональный транспорт
control CoCl2 Ca+ sucrose colchicine70
80
90
100
110
120
130
140
150MnO*(H2O)x MnCl2
No
Isof
luran
eNH3
Camph
ora
2,5-
DMP
Hepta
none
Female
urin
e No
2,5-
DMP
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
Эффекты ингибиторов
MnO*(H2O)x
MnCl2
МР
Т с
игн
ал,
у.е.
МР
Т с
игн
ал,
у.е.
Эффекты хемосигналов
Внешняя модуляция
24 ч
96 ч
1,8 мм 4,5 мм
Схема организации обонятельного тракта
Глубина МРТ среза
БА
В
Движение наночастиц (MnO*(H2O)x) воспроизводит траекторию обонятельного тракта
ДОЛ (AOB)
Половые феромоны «корректируют» траекторию наночастиц
0
4
8
12
16
20
24
∆М
РТ
(Д
ОЛ
-ОО
Л),
у.е
.
MnO*(H2O)x + водаMnO*(H2O)x + моча самки
в состоянии эструса
Контроль MnCl2 MnO*(H2O)x Контроль MnCl2 MnO*(H2O)x 1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
Однократно
Многократно
Накопление Mn (МРТ сигнал) в обонятельных луковицах при 5-ти кратном интраназальном введении MnO*(H2O)x и MnCl2
MnCl2 MnO*(H2O)xКонтроль
МР
Т (
X у
.е./
чет
ве
ро
хол
ми
е у.
е.)
Гиппокамп
Обонятельные луковицы
Наночастицы
Реактивные формы
кислорода
Воспаление
Повреждение нервных клеток
Потенциальные негативные эффекты накопления наночастиц в головном мозге
?
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15
18
20
22
24
26
28
30
32
34
Distance from ear, mm
Te
mp
era
ture
, C
1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.0000
20
40
60
80
100
MRT, c.u.∆T
Интенсивность МРТ сигнала в обонятельных луковицах и температура поверхности головы у мышей линии SCID в разные сроки после введения MnO*(H2O)x
24 ч
Накопление (МРТ) и воспаление (∆T)
0 mm
-15 mm
Контроль
Days
MnO*(H2O)x
3 суток 7 суток
Аксиальный срез, Т2-взвешанное изображение
Коронарный срез, Т1-взвешенные изображения
Инокуляция клеток глиомы U87 мышам NODSCID
Контрольная мышь
Коронарный срез, Т1-взвешанное изображение
MnO*(H2O)x
Накопление частиц MnO*(H2O)x клетками глиомы человека
- место инокуляцииМышь с глиомой
Норные социальные грызуны – эксперты по безопасному дыханию пылью
Обыкновенная слепушонка Ellobius talpinus
Домовая мышь, Mus musculus
объекты сравнения
Д, нм Д, нм
Оса
жд
ение
, L
og %
5 10 50 100 200 300 400 5001
1.2
1.4
1.6
1.8
2Mouse (100 Pa)Mouse (150 Pa)Mouse (200 Pa)Mole vole (100 Pa)Mole vole (150 Pa)
max
min
5 10 50 100 200 300 400 500-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4Mouse (100 Pa)Mouse (150 Pa)Mouse (200 Pa)Mole vole (100 Pa)Mole vole (150 Pa)Mole vole (200 Pa)
Оса
жд
ение
, L
og %
Мышь СлепушонкаСлепушонкаМышь
Морфология, аэродинамика и осаждение твердых аэрозолей
Общая поверхность
Обонятельный эпителий
MnO*(H2O)x MnCl21.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8Mouse
Mole vole
МышьМышьA
МышьC
Control MnCl21.22
1.27
1.32
1.37
1.42
1.47
Mouse
Mole vole
Мышь**
Накопление Mn в обонятельных луковицах мышей и слепушат при интраназальной аппликации или ингаляции растворов, содержащих марганец
СлепушонкаСлепушонка
Слепушонка
МР
Т с
игн
ал,
у.е.
МР
Т с
игн
ал,
у.е.
0 1 2 3 4 5 60
1
2
3
4
5
6
Мак
сим
аль
ная
ско
ро
сть
вы
до
ха,
мл
/с
Максимальная скорость вдоха, мл/сВремя, сек
ДО
, мл
100 150 2006
9
12
15
18
21
24Mouse
Mole vole
ΔP, Pa
Оса
жд
ение
, %
(20
0 нм
)
0,0
0,1
0,2
Видовые особенности
внешнего дыхания
Слепушонка
Мышь
Мышь
Слепушонка
Мышь
Слепушонка
Три подхода к профилактике болезни Паркинсона при работе в среде, содержащей наноразмерные аэрозолей
Русский метод одолжить носовые зажимы у синхронисток
Голландский вдыхание носом сахарной пудры
Китайский дыхательная гимнастика
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !
top related