Železo a nanočastice. Ako vplývajú na funkciu ciev a srdca

16. aug. 2019 • Medicínske inžinierstvo

Železo a nanočastice. Ako vplývajú na funkciu ciev a srdca

Železo je prítomné vo všetkých biologických systémoch a bunkách. Keďže neexistuje špecifický mechanizmus na vylúčenie nadbytočného železa z organizmu, sú absorpcia železa z potravy a jeho využitie v bunkách precízne riadené.

„Je dôležité, aby neprišlo k nedostatku alebo nadbytku železa, keďže obe situácie sú pre živý organizmus nebezpečné. Nanomateriály, vrátane nanočastíc oxidov železa, sú v súčasnosti široko využívané v rôznych priemyselných odvetviach a skúma sa aj ich využitie v biomedicínskych postupoch. Avšak rýchly rozvoj nanotechnológií predstavuje aj potenciálne riziko ohrozenia zdravia ľudí i zvierat,“ približuje RNDr. Iveta Bernátová, DrSc., Centrum experimentálnej medicíny SAV.

Pokračuje, že nanočastice na báze magnetitu (oxidu železnato-železitého) je možné použiť v rôznych biomedicínskych aplikáciách.

„Ich výhodou je, že sú dobre viditeľné pri zobrazení pomocou magnetickej rezonancie, sú magnetické iba v prítomnosti magnetického poľa a môžu slúžiť na cielený transport liečiv do daného tkaniva. Stabilita nanočastíc závisí od okolitého prostredia, t. j. chemického zloženia, pH, teploty a pod. Rozpad obalov nanočastíc v krvnom riečisku alebo v  bunkách by mohol viesť k preťaženiu železom, čo môže byť nebezpečné najmä na bunkovej úrovni. Narastá počet prác poukazujúcich na bunkovú toxicitu nanočastíc oxidov železa. Z týchto dôvodov je nutné lepšie porozumieť mechanizmom, vplyvu nanočastíc a ich biokompatibilných obalov na bunky a tkanivá.“

Cieľom projektu Vplyv ultra malých superparamagnetických nanočastíc železa na kardiovaskulárny systém potkana v podmienkach vysokého krvného tlaku je prispieť k poznaniu mechanizmov, ktorými biokompatibilné nanočastice magnetitu ovplyvňujú organizmus jedincov s normálnym a vysokým krvným tlakom s využitím vhodných animálnych modelov.

„Zaujíma nás vplyv na funkciu ciev a srdca a udržiavanie krvného tlaku. Skúmame aj vplyv na pečeň, ktorá je hlavnou zásobárňou železa v organizme. Ďalej vyšetrujeme aj vplyv nanočastíc na gény, ktorých produkty sú zapojené do udržiavania správnej hladiny železa v bunkách, a tiež na produkciu voľných kyslíkových radikálov a látky oxid dusnatý (NO), ktorá má významný účinok na funkciu ciev a srdca. Ako modelový organizmus s chronicky zvýšeným krvným tlakom využívame model potkana, u ktorého sa spontánne vyvinie vysoký krvný tlak. Ako model akútneho zvýšenia krvného tlaku využívame potkana s normálnym krvným tlakom, u ktorého stúpne krvný tlak iba na krátku prechodnú dobu,“ vysvetlila zodpovedná riešiteľka projektu.

Doterajšie zistenia

Práce na projekte intenzívne prebiehajú. Doposiaľ vedci zistili, že samotné nanočastice neovplyvnili hodnotu krvného tlaku a srdcovej frekvencie u potkanov s krvným tlakom zodpovedajúcim hodnote zdravého normotenzného človeka.

„Zistili sme však, že v situácii, keď je normotenzný potkan vystavený akútnemu stresu (ktorý nárazovo zvýši krvný tlak a ten sa následne veľmi rýchlo vráti na pôvodnú hodnotu), dochádza cca 90 min po podaní nanočastíc k poklesu krvného tlaku pod pôvodnú hodnotu, t. j. k hypotenzii. Tiež sme zistili, že hodnota náhleho zvýšenia krvného tlaku je po podaní nanočastíc vyššia v porovnaní s rovnakou situáciou bez nanočastíc. Pritom nanočastice nemali negatívny vplyv na funkciu tej časti cievy (femorálnej artérie), ktorá s nimi dochádza do priameho kontaktu (endotelová vrstva), ale zhoršovali tú schopnosť ciev rozťahovať sa, ktorá je závislá od funkcie hlbších vrstiev ciev (hladkých svalových buniek). Paradoxne, u hypertenzných potkanov, ktorí mali začiatočnú hodnotu krvného tlaku vysokú, sme takého zmeny vo funkcii ciev zatiaľ nezistili, hoci práve tam sme ich očakávali.“

Doterajšie výsledky tiež ukázali, že nanočastice ovplyvňujú najmä gény, zapojené do udržiavania hladiny železa v organizme – hepcidínu (hormón ovplyvňujúci vstrebávanie železa) a feritínu (podieľa sa na tvorbe štruktúry, do ktorej sa ukladá nadbytočné železo v bunke) v pečeni a srdci.

Na projekte sa okrem Ústavu normálnej a patologickej fyziológie a Ústavu pre výskum srdca Centra experimentálnej medicíny SAV podieľajú aj Ústav merania SAV a Lekárska fakulta Univerzity Komenského v Bratislave.

Aktuálne sa riešitelia projektu venujú vplyvu nanočastíc, na tvorbu voľných kyslíkových radikálov, na gény kódujúce enzýmy zapojené do antioxidačnej ochrany a na objasnenie mechanizmov aktivácie týchto génov. V ďalšej fáze plánujú aj detailnejšiu analýzu vplyvu nanočastíc na funkciu obehovej sústavy a na vybrané gény v podmienkach chronicky zvýšeného krvného tlaku.

„Výsledky projektu prinesú poznatky, ktoré budú cenné pre možné využitie nových typov nanočastíc oxidov železa v medicínskej praxi (napr. ako nosičov liečiv pre cielený transport do postihnutého orgánu alebo tkaniva alebo ako kontrastné látky v zobrazovacích metódach), najmä s ohľadom na ich vplyv na srdce, cievy a udržiavanie optimálneho krvného tlaku. Významným prínosom je aj skutočnosť, že vplyv nanočastíc na organizmus skúmame aj v podmienkach náhle zvýšeného krvného tlaku v dôsledku stresu, ako aj v podmienkach vysokého krvného tlaku, t. j. hypertenzie, ktorou trpí významná časť dospelej populácie,“ dodáva ešte RNDr. Iveta Bernátová, DrSc.

Projekt má realizačné obdobie 1. 1. 2017 – 31. 12. 2020.

 

Odborný garant textu: RNDr. Iveta Bernátová, DrSc.

Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR

Ilustračné foto: Pixabay.com /Silvo/

Uverejnila: VČ

Súvisiace:

Hore
Prechod VK na VND - jeseň
fotografická súťaž TVT 2019
kúpa časopisov jún 2016
Noc výskumníkov 2019
Bratislavská vedecká cukráreň
Atmosféra počas TVT 2018
QUARK
TVT 2019
Publikácie Veda v CENTRE
výtvarná súťaž TVT 2019
Aurelium - centrum vedy
Vedec roka 2018
Veda v Centre
TVT 2018 články
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Spektrum vedy
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
11 krajín EÚ zaviedlo 1. januára 1999 spoločnú menu – euro.
Zistite viac