The Role of Olfactory Transport in the Penetration of Manganese Oxide Nanoparticles from Blood into the Brain (Роль ольфакторного транспорта в проникновении наночастиц оксида марганца из кровеносного русла в мозг) Научная публикация
Журнал |
Вавиловский журнал генетики и селекции
ISSN: 2500-0462 , E-ISSN: 2500-3259 |
||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Вых. Данные | Год: 2019, Том: 23, Номер: 4, Страницы: 482-488 Страниц : 7 DOI: 10.18699/vj19.517 | ||||||
Ключевые слова | nanoparticles; olfactory transport; magnetic resonance imaging; intravenous injection | ||||||
Авторы |
|
||||||
Организации |
|
Реферат:
There is no doubt that various nanoparticles (NPs) can enter the brain from the nasal cavity. It is assumed that NPs can penetrate from blood into the central nervous system (CNS) only by breaking the blood–brain barrier (BBB). The accumulation of NPs in CNS can provoke many neurological diseases; therefore, the understanding of its mechanisms is of both academic and practical interest. Although hitting from the surface of the lungs
into the bloodstream, NPs can accumulate in various mucous membranes, including the nasal mucosa. Thus, we cannot rule out the ability of NPs to be transported from the bloodstream to the brain through the olfactory uptake. To test this hypothesis, we used paramagnetic NPs of manganese oxide (Mn3O4-NPs), whose accumulation patterns in the mouse brain were recorded using T1-weighted magnetic resonance imaging. The effect of intranasal application of endocytosis and axonal transport inhibitors on the brain accumulation patterns of intranasally or intravenously injected Mn3O4-NPs was evaluated. A comparative analysis of the results showed that the transport of Mn3O4-NPs from the nasal cavity to the brain is more efficient than their local permeation through BBB into CNS from the bloodstream, for example with the accumulation of Mn3O4-NPs in the dentate gyrus of the hippocampus, and through the capture and transport of NPs from the blood by
olfactory epithelium cells. Also, experiments with the administration of chlorpromazine, a specific inhibitor of clathrin-dependent endocytosis, and methyl-β-cyclodextrin, inhibitor of the lipid rafts involved in the capture of substances by endothelium cells, showed differences in the mechanisms of NP uptake from the nasal cavity and from the bloodstream. In this study, we show a significant contribution of axonal transport to NP accumulation patterns in the brain, both from the nasal cavity and from the vascular bed. This explains the accumulation of different sorts of submicron particles (neurotropic viruses, insoluble xenobiotics, etc.), unable to pass BBB, in the brain. The results will add to the understanding of the pathogenesis of various neurodegenerative diseases
and help studying the side effects of therapeutics administered intravenously.
Возможность поступления из носовой полости в головной мозг наночастиц (НЧ) различной природы не вызывает сомнения. Как уже было показано ранее, накопление НЧ в центральной нервной системе (ЦНС) может спровоцировать целый ряд неврологических заболеваний, поэтому понимание механизмов данного процесса представляет интерес как с научной, так и с практической точек зрения. Предполагается, что из крови НЧ могут проникнуть в ЦНС, исключительно преодолев гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Попав с поверхности легких в кровеносное русло, НЧ могут накапливаться в различных слизистых оболочках, в том числе и в слизистой носовой полости. Таким образом, нельзя исключать возможность транспорта НЧ из кровотока в мозг за счет их захвата окончаниями обонятельных нейронов. Для проверки этой гипотезы мы использовали парамагнитные НЧ оксида марганца (Mn3O4-НЧ), паттерны накопления которых в структурах мозга мыши регистрировали с помощью Т1-взвешенной магнитнорезонансной томографии. В настоящем исследовании была проведена оценка влияния интраназальной аппликации ингибиторов эндоцитоза и аксонального транспорта на накопление Mn3O4-НЧ в структурах ЦНС при их введении в носовую полость или в кровоток. Сравнительный анализ полученных результатов показал, что перенос Mn3O4-НЧ из носовой полости в мозг эффективнее их проникновения в ЦНС из кровеносного русла, которое может осуществляться как за счет локального преодоления ГЭБ, например при накоплении Mn3O4-НЧ в зубчатой извилине гиппокампа, так и через захват и транспорт НЧ из крови клетками ольфакторного эпителия. При этом эксперименты с введением хлорпромазина, специфического ингибитора клатрин-зависимого эндоцитоза, и метил-β-циклодекстрина, вещества, разрушающего липидные рафты, участвующие в захвате веществ клетками эндотелия, продемонстрировали различия в механизмах захвата НЧ из носовой полости и кровеносного русла. В результате проведенного исследования нам удалось показать значимый вклад аксонального транспорта в поступление наночастиц в головной мозг как из носовой полости, так и из сосудистого русла. Это объясняет накопление в мозге субмикронных частиц различной природы (нейротропные вирусы, нерастворимые ксенобиотики и др.), которые не способны преодолевать ГЭБ. Полученные результаты будут полезны как для понимания патогенеза различных нейродегенеративных заболеваний, так и для исследования побочных эффектов терапевтических препаратов, вводимых внутривенно.
Библиографическая ссылка:
Romashchenko A.V.
, Sharapova M.B.
, Morozova К.N.
, Kiseleva E.V.
, Kuper K.E.
, Petrovskii D.V.
The Role of Olfactory Transport in the Penetration of Manganese Oxide Nanoparticles from Blood into the Brain (Роль ольфакторного транспорта в проникновении наночастиц оксида марганца из кровеносного русла в мозг)
Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019. V.23. N4. P.482-488. DOI: 10.18699/vj19.517 WOS Scopus РИНЦ OpenAlex
The Role of Olfactory Transport in the Penetration of Manganese Oxide Nanoparticles from Blood into the Brain (Роль ольфакторного транспорта в проникновении наночастиц оксида марганца из кровеносного русла в мозг)
Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019. V.23. N4. P.482-488. DOI: 10.18699/vj19.517 WOS Scopus РИНЦ OpenAlex
Файлы:
Полный текст от издателя
Даты:
Опубликована online: | 7 июл. 2019 г. |
Идентификаторы БД:
Web of science: | WOS:000490997300014 |
Scopus: | 2-s2.0-85068984248 |
РИНЦ: | 38218792 |
OpenAlex: | W2956170236 |