Es ist bekannt, dass Eisen für Gehirnzellen toxisch ist, und es wird angenommen, dass winzige magnetische Eisenpartikel (Magnetit) an der Entwicklung von neurologischen Störungen beteiligt sind. Jetzt haben wir das erste Mal identifiziert die reichlich vorhandene Anwesenheit dieser hochreaktiven Partikel in menschlichen Gehirnen.

Vorherige Studien habe vorgeschlagen dass es in Alzheimer-betroffenen Gehirnen erhöhte Mengen an Magnetit gibt und dass diese Partikel mit der Entwicklung der Krankheit in Verbindung gebracht werden können. Wir fragten uns, ob dieser erhöhte Magnetitgehalt durch das Einatmen verunreinigter Luft entstehen könnte.

Sehr kleine, runde Teilchen aus Magnetit (so genannte Magnetit-Nanosphären) sind in der städtischen Luftverschmutzung reichlich vorhanden. Sie bilden sich bei hohen Temperaturen und kondensieren als eisenreiche Tröpfchen beim Abkühlen. Diese Teilchen haben einen Durchmesser von weniger als 5nm (Nanometer) bis mehr als 100nm (zum Vergleich: ein HIV hat einen Durchmesser von 120nm) und wird oft zusammen mit Verunreinigungspartikeln aus anderen Metallen gefunden.

Fahrzeuge sind eine Hauptquelle dieser Magnetit-Nanosphären. Sie entstehen durch Kraftstoffverbrennung (insbesondere Diesel), Eisenverschleiß vom Motorblock und Reibungswärme von Bremsbelägen. Zusätzlich zu einigen beruflichen Einstellungen können hohe Konzentrationen von Magnetit-Umweltschadstoff-Nanopartikeln in Innenräumen durch offene Feuer oder schlecht versiegelte Öfen erzeugt werden, die zum Kochen oder Heizen verwendet werden.

Größere Magnetitpartikel können mehr als 10 Mikrometer im Durchmesser haben (etwa die Größe eines Wolkenwassertropfens) und kommen aus industriellen Quellen wie Kraftwerken, aber nur Magnetitpartikel, die kleiner als 200nm sind, können durch Atmen direkt ins Gehirn gelangen durch die Nase hinein. Sie können dann durch die Nervenzellen des Riechkolbens wandern (siehe Abbildung).

Umgehung der Blut-Hirn-Schranke. Patrick Lynch, CC BYDie Blut-Hirn-Schranke - die schützende Zellwand, die verhindert, dass schädliche Substanzen in das Gehirn gelangen - schützt nicht vor dieser Art von Naseneintritt, so dass diese kleinen Partikel relativ ungehindert in das Gehirn eindringen können. Nachdem die Nanopartikel in diese olfaktorischen Bereiche eingedrungen sind, können sie sich in andere Teile des Gehirns, einschließlich des Hippocampus und der Großhirnrinde, die von der Alzheimer-Krankheit betroffen sind, ausbreiten.

Die Anwesenheit von Magnetit im Gehirn könnte Ereignisse auslösen, die zu neurodegenerativen Erkrankungen führen. Magnetit enthält eine Mischung aus zwei Arten von Eisen, genannt Eisen (III) und Eisen (II). Es hat sich gezeigt, dass Eiseneisen ein effektiver Katalysator für die Produktion sehr reaktiver und schädlicher Moleküle ist, die als "reaktive Sauerstoffspezies" bezeichnet werden. Gehirnschäden aufgrund dieser Art von Molekülen sind bekannt treten sehr früh auf im Verlauf der Alzheimer-Krankheit.

Eine Schlüsseländerung im Gehirn bei dieser Krankheit ist die Bildung von "senile Plaques", Die Klumpen von abnormalem Protein sind, das zwischen Nervenzellen gefunden wird. Es wurde gefunden, dass Magnetitteilchen direkt mit diesen assoziiert sind senile Plaquesund um die Toxizität des Proteins zu erhöhen, das in der Mitte von jedem gefunden wird.

Um zu untersuchen, ob Magnetit aus externen Quellen in menschlichen Gehirnen existieren könnte, haben wir magnetische, elektronenmikroskopische und andere Techniken verwendet, um Gehirnproben von 37 Kadavern - im Alter von drei bis 92 Jahren zum Zeitpunkt des Todes - zu untersuchen, die in Mexico City oder in Manchester gelebt hatten. VEREINIGTES KÖNIGREICH. Wir fanden heraus, dass viele der hochmagnetischen Gehirnproben von Menschen unter dem Alter von 40 aus Mexico City stammten, die einer hohen Luftverschmutzung ausgesetzt waren, und in älteren Fällen von Manchester (über 65 Jahre zu Tode) mit moderater bis schwerer Alzheimer-Krankheit .

Die meisten Magnetitteilchen in den Gehirnproben waren kugelförmig und unterschieden sich in Größe und Form von den Magnetitteilchen, die natürlicherweise in Menschen und Tieren vorkommen. Sie reichten im Durchmesser von 5nm bis 150nm und wurden zusammen mit Nanopartikeln gefunden, die andere Metalle enthalten, wie Platin, Nickel und Kobalt, die im Gehirn nicht natürlich vorkommen würden. Wir haben auch die Magnetitpartikel aus den Gehirnen mit einem Enzym extrahiert. Das Enzym löste das Gehirngewebe auf und ließ die Magnetitteilchen intakt. Diese Partikel wurden dann mit einem Magneten extrahiert. Die Partikel waren eine erstaunliche Übereinstimmung für die Magnetit-Nanosphären, die in der Luftverschmutzung gefunden werden.

Da weniger als 5% der Fälle von Alzheimer-Krankheit direkt vererbt werden, ist es wahrscheinlich, dass die Umwelt eine wichtige Rolle bei der Krankheit spielt. Aufgrund ihrer Kombination aus sehr winzig, bekannt, dass giftig für Gehirne und sehr häufig in der Luftverschmutzung gefunden werden, müssen Magnetit-Umweltverschmutzung Nanopartikel als ein mögliches Risiko für Gehirnerkrankungen, einschließlich Alzheimer untersucht werden. Wenn eine Verbindung zur menschlichen Gesundheit entdeckt wird, hätte dies erhebliche Auswirkungen auf Gesetze, die die Exposition gegenüber dieser Art von Luftverschmutzung begrenzen.

Über den Autor

Barbara Maher, Professorin für Umweltwissenschaften an der Lancaster University. Co-Direktor von Lancasters weltweit führendem Zentrum für Umweltmagnetismus und Paläomagnetismus

David Allso, Professor für Neurowissenschaften an der Lancaster University

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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