Мозг как мишень для наночастиц

1. 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. Сагдеев Международный 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. Кривенцов Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирское отделение РАН, Новосибирск

2. наночастицЫи Мозг терапия повреждение Частицы церия Mn содержащие аэрозоли Накопление в очаге инсульта Разрушение дофаминовых нейронов Терапев-тический эффект Нарушение координации, болезнь Паркинсона Kim et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 11039 –11043

3. Программа нанонейроБИОлогии «рожденная интеграцией»: • 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

4. Потенциальные органы-мишени для вдыхаемых наночастиц Распределение на карте мира лесных пожаров (NASA satellite images) – одного из источников наноразмерных аэрозолей • МОЗГ • ЛЕГКИЕ

5. Обонятельные луковицы (гистологические препараты) Накопление Si в органах мышей SPF статуса после десяти 3-х часовых экспозиций наноаэрозолямиТаркосила 25 Контроль Таркосил 25 *** * Ингаляционная установка Si, мкг/г * * - p<0.05,***- p<0.001 по сравнению с контролем

6. Кооперация институтов Сибирского отделения РАН (ИК, ИЦиГ и МТЦ) при получении проникающих в мозг наночастиц гидроксидов Mn С.Ю. Троицкий Сферические частицы SPF мышь НАНО-БИО-ТОМО ЦИКЛ Т1-взвешенные изображения обонятельных луковиц А.В. Ромащенко Нитевидные частицы

7. Одинаковая эффективность МРТ детектирования Mn при введении в носовую полость наночастиц разной формы Т1-взвешенные изображения носовых ходов (позитивный контраст) Нитевидные частицы Сферические частицы

8. Перемещение наночастицMnO*(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 160 140 120 100 80 МРТ сигнал, у.е. МРТ сигнал, у.е. 0 6 12 18 24 30 Время, ч Mn, мкг/г

9. НЧ НЧ Возможные пути прямого перемещения наночастиц (НЧ) из носовой полости в головной мозг голова мыши сагитальный срез.(МРТ.) Разрешение МРТ не позволяет дифференцировать пути перемещения MnO*(H2O)x Захват и перемещение MnO*(H2O)x в составе биополярных обонятельных нейронов Перемещение MnO*(H2O)x в клетках базального эпителияили диффузия в межклеточном пространстве

10. Ольфакторный нейрон и ключевые мишени для ингибиторов АнтогонистCa2+каналов CoCl2 Sucrose Ион зависимый захват НЧ Ингибитор клатрин зависимого эндоцитоза Сахароза Эндоцитоз НЧ Колхицин и NaN3 Ингибиторы везикулярного транспорта NaN3 Аксональный транспорт

11. Внешняя модуляция МРТ сигнал, у.е. Эффекты ингибиторов MnO*(H2O)x MnCl2 МРТ сигнал, у.е. Эффекты хемосигналов

12. 4,5 мм 1,8 мм Глубина МРТ среза Б А 24 ч В 96 ч Схема организации обонятельного тракта Движение наночастиц (MnO*(H2O)x) воспроизводит траекторию обонятельного тракта

13. Половые феромоны «корректируют» траекторию наночастиц ДОЛ (AOB) ∆МРТ(ДОЛ-ООЛ), у.е. MnO*(H2O)x + моча самки в состоянии эструса MnO*(H2O)x + вода

14. Накопление Mn(МРТ сигнал) в обонятельных луковицах при 5-ти кратном интраназальном введении MnO*(H2O)x и MnCl2 Контроль MnCl2 MnO*(H2O)x Обонятельные луковицы МРТ (Xу.е./четверохолмие у.е.) Гиппокамп

15. Потенциальные негативные эффекты накопления наночастиц в головном мозге Реактивные формы кислорода ? Повреждение нервных клеток Наночастицы Воспаление

16. Интенсивность МРТ сигнала в обонятельных луковицах и температура поверхности головы у мышей линии SCID в разные сроки после введения MnO*(H2O)x 24 ч 3 суток 7 суток MnO*(H2O)x Контроль -15 mm Накопление (МРТ) и воспаление(∆T) 0 mm Days

17. Накопление частиц MnO*(H2O)xклетками глиомы человека Контрольная мышь Коронарный срез, Т1-взвешанное изображение MnO*(H2O)x Инокуляция клеток глиомы U87 мышам NODSCID Аксиальный срез, Т2-взвешанное изображение - место инокуляции Мышь с глиомой Коронарный срез, Т1-взвешенные изображения

18. Норные социальные грызуны – эксперты по безопасному дыханию пылью Обыкновенная слепушонкаEllobiustalpinus Домовая мышь, Musmusculus объекты сравнения

19. Морфология, аэродинамика и осаждение твердых аэрозолей Слепушонка Мышь Мышь Слепушонка max min Обонятельный эпителий Общая поверхность Осаждение, Log % Осаждение, Log % Д, нм Д, нм

20. Накопление Mnв обонятельных луковицах мышей и слепушат при интраназальной аппликации или ингаляции растворов, содержащих марганец A C ** Мышь Слепушонка Слепушонка МРТ сигнал, у.е. МРТ сигнал, у.е. Слепушонка

21. Видовые особенности внешнего дыхания Мышь Слепушонка Осаждение , % (200 нм) ΔP, Pa Слепушонка Слепушонка 0,2 Мышь 0,1 0,0 Мышь

22. Три подхода к профилактике болезни Паркинсона при работе в среде, содержащей наноразмерные аэрозолей Русский метододолжить носовые зажимы у синхронисток Голландскийвдыхание носом сахарной пудры Китайскийдыхательная гимнастика

23. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !