Czy do długiej listy skutków zanieczyszczenia środowiska można dopisać choroby neurodegeneracyjne? To będzie starał się przeanalizować prof. Maciej Kozak z Wydziału Fizyki. Naukowiec otrzymał właśnie finansowanie z NCN na projekt: „Molekularne podstawy powstawania chorób neurodegeneracyjnych – wpływ wybranych nanocząstek metalicznych”.
Szacuje się, że rocznie tylko na skutek zanieczyszczenia powietrza umiera w Polsce od 40 000 do 60 000 osób rocznie. Za takie statystyki w dużym stopniu odpowiadają choroby płuc i układu krążenia. Naukowcy są jednak zdania, że to zaledwie wierzchołek góry lodowej, a zła jakość powietrza może być przyczyną powstawania innych chorób, których dotychczas nie łączyliśmy z wpływem środowiska. Jednymi z nich są choroby neurodegeneracyjne, a więc różnego rodzaju demencje, z chorobą Alzheimera włącznie.
- Zauważono dotychczas prawidłowość - mówi prof. Maciej Kozak, kierownik Zakładu Fizyki Biomedycznej - że zwiększająca się długość życia koreluje z częstszą zapadalnością na choroby demencyjne. Ale drugą przyczyną może być właśnie wpływ tak powszechnego w dzisiejszych czasach zanieczyszczenia środowiska. Ten związek jest znacznie trudniejszy do analizy, bo w środowisku nagromadzone jest dużo różnych substancji toksycznych. Jednakże korelacje między poziomem zanieczyszczenia, a zapadalnością na choroby stają się widoczne, gdy pod uwagę weźmiemy statystyki ogólnopolskie.
Prof. Maciej Kozak otrzymał właśnie z NCN fiansowanie projektu, w ramach którego będzie starał się przeanalizować bezpośrednie zależności pomiędzy obecnością nanocząstek wybranych metali, a zapadalnością na choroby neurodegeneracyjne. Jak tłumaczy, taka teza nie jest nowa w świecie naukowym. Od dawna spekuluje się, że obecność jonów metali przejściowych w środowisku, a także wahania ich stężenia, mogą być powiązane z rozwojem procesów neurodegeneracyjnych. Procesy te są bardzo złożone i wymagają badań interdyscyplinarnych, zakładających współpracę wyspecjalizowanych grup badawczych.
- Wiemy, że oprócz zanieczyszczeń w postaci jonów metali ciężkich w wodzie, mamy też do czynienia z zanieczyszczeniami na poziomie mikro- czy nanocząstek – dodaje prof. Kozak. - Ostatnio sporo, w kontekście produktów spożywczych, mówi się o wpływie na zdrowie na przykład mikroplastiku, czyli mikrometrycznych cząstek tworzyw sztucznych, które w sposób niekontrolowany dostają się do środowiska. Nasz projekt wprawdzie nie dotyczy mikroplastiku, jednak zajmować się w nim będziemy wpływem równie małych, a nawet mniejszych obiektów, a mianowicie nanocząstek miedzi i cynku oraz ich tlenków. Oba te metale mają szereg zastosowań w naszym życiu. Nanocząstki generowane są zarówno w produkcji przemysłowej, jak i przypadkowo, np. przy spalaniu odpadów. Co ciekawe, miedź jest mikroelementem, który w niewielkich ilościach, odpowiednio powiązany, jest dla naszego zdrowia pożądany, a nawet niezbędny. Natomiast zgodnie z regułą: co za dużo, to niezdrowo, jeśli pojawi się w dużych ilościach lub formach nieprzyswajalnych, staje się dla nas toksyczny.
- W projekcie chcielibyśmy się skupić na analizie wpływu tej grupy nanocząstek na potencjalny rozwój choroby Alzheimera, czy szerzej chorób neurodegeneracyjnych. – precyzuje prof. Kozak. - Obiekt naszych badań zawężony został więc do skali molekularnej: chcemy opisać odziaływanie tych nanocząstek z cząsteczkami powiązanymi z rozwojem choroby Alzheimera, czyli peptydami amyloidu beta. Naukowcy ustalili, że w przypadku rozwoju choroby Alzheimera powstają w mózgu tzw. depozyty amyloidowe. Składają się w dużej mierze z odkładających się, zagregowanych form wspomnianych wcześniej peptydów amyloidu beta.
Zespół naukowców pod kierownictwem prof. Kozaka skupi się na określeniu wpływu nanocząstek metalicznych, ich rozmiaru czy kształtu, a także zdolności do indukowania agregacji białek amyloidogennych. Interesującym aspektem analizy jest to, że w literaturze tematu można spotkać się z rozbieżnymi wynikami badań. Część badaczy skłania się ku hipotezie, że nanocząstki mogą przyspieszać procesy agregacji peptydów, część mówi, że obecność badanych nanocząstek nie ma wyraźnego wpływu na powstawanie amyloidów, a są nawet tacy, którzy obserwują (badania prowadzone na liniach komórkowych) działanie pozytywne nanocząstek, polegające na hamowaniu rozwoju tzw. blaszek starczych, odpowiedzialnych za rozwój choroby. Zespół prof. Kozaka będzie chciał przeanalizować te efekty w skali molekularnej oceniając, czy rzeczywiście takie nanocząstki metaliczne mogą stać się zarodkami do agregacji peptydu.
W kolejnych etapach planowane są testy nanotoksyczności na wybranych, wyhodowanych w warunkach laboratoryjnych, liniach komórek nerwowych. Standardowo na takich właśnie liniach komórkowych testuje się leki, czy substancje toksyczne. Naukowców interesować będzie toksyczność nanocząstek na poziomie komórkowym.
Obok grupy naukowców z UAM w projekcie udział wezmą badacze z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN w Warszawie, Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie oraz Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS przy Uniwersytecie Jagiellońskim. W zespole oprócz fizyków, biologów i chemików znajdą się również medycy.
– Każdy wniesie swój wkład merytoryczny i metodyczny, bardzo liczę w tym wypadku na efekt synergii – mówi prof. Kozak. Zespół Zakładu Fizyki Biomedycznej UAM zajmie się badaniami strukturalnymi metodami małokątowego rozpraszania promieniowania rentgenowskiego, spektroskopii dichroizmu kołowego i fluorescencyjnej, bioAFM, oraz testami na liniach komórkowych. Naukowcy z pozostałych ośrodków przeprowadzą badania technikami NMR, absorpcji promieniowania rentgenowskiego, mikroskopii elektronowej czy badania połączoną techniką mikroskopii sił atomowych AFM i spektroskopii w podczerwieni.
Prace zostały zaplanowane na szeroką skalę. Przebadanych zostanie kilkanaście rodzajów nanocząstek o różnych kształtach i rozmiarach oraz ich wpływ na procesy agregacji modelowych peptydów. Dodatkowo dochodzą dość czasochłonne i precyzyjne badania nanotoksyczności na liniach komórkowych. - Chcielibyśmy odpowiedzieć sobie jednoznacznie na pytanie, czy nanocząstki o określonych kształtach i rozmiarach wpływają negatywnie czy pozytywnie na tworzenie się złogów amyloidowych. Czy możemy stwierdzić, że są one toksyczne, i w jaki sposób wpływają na kondycję komórek nerwowych modelowych linii komórkowych – mówi prof. Kozak - Ciekawe, czy będziemy obserwować zmiany w funkcjonowaniu tych komórek, obejmujące zarówno wpływ na ich przeżywalność, zdolność do podziału czy zmiany morfologiczne.
Jak zapowiada prof. Maciej Kozak, temat ma ogromny potencjał, a projekt jest pilotażem. Zespół chce zająć się szerszą grupą cząstek, będących komponentami zanieczyszczeń i analizą populacyjną w niektórych miastach. Nie przypadkowo zespół składa się z badaczy z Poznania, Warszawy i Krakowa, bo są to miasta z listy 50 ośrodków europejskich z największym skażeniem powietrza.
Naukowiec liczy na to, że jego badania wywołają w środowisku naukowym ożywioną dyskusję, dotyczącą szczególnie zdolności do przenikania nanocząstek przez barierę krew-mózg. Jest to fizyczna bariera pomiędzy układem krwionośnym a tkanką nerwową, która selektywnie reguluje migrowanie cząsteczek, chroni układ nerwowy przed czynnikami szkodliwymi, a zarazem wspiera selektywny transport związków (np. substancji odżywczych) z krwi do płynu mózgowo-rdzeniowego. Bariera ta nie jest jednak idealna. Do niepożądanych obiektów, które potencjalnie są w stanie ją naruszyć, należą nanocząstki o małych rozmiarach.
- Stąd czerpiemy przypuszczenia, że na przykład wchłaniane z powietrza lub wody nanocząstki metaliczne mogą poprzez krew trafić do mózgu i być może, w skrajnych przypadkach, powodować procesy neurodegeneracji – mówi prof. Kozak.
