Оцінка біомодуляторних властивостей та нейротоксичності аналогу місячного ґрунту

Рубрика: 
Науки про життя в космосі
Назарова, АГ, Позднякова, НГ, Воронова, ОО, Чуніхін, ОЮ, Піскова, МВ, Пастухов, АО, Борисов, АА, Крисанова, НВ, Борисова, ТО
Косм. наука технол. 2015, 21 ;(4):103–111
https://doi.org/10.15407/knit2015.04.103
Мова публікації: українська
Анотація: 

При вдиханні ультрадисперсні частинки місячного ґрунту затримуються в носовій порожнині та дихальних шляхах і можуть переноситись у центральну нервову систему. Нейротоксичний потенціал місячного ґрунту досі не оцінено. Дослідження були зосереджені на аналізі впливу аналогу місячного ґрунту на ключові характеристики глутаматергічної нейротрансмісії, оскільки порушення гомеостазу глутамату, головного збуджувального нейромедіатора в ЦНС, є одним з основних аспектів патогенезу багатьох нейрологічних захворювань. Аналог місячного ґрунту (JSC-1a, Lunar Soil Simulant, Orbitec, Медісон, штат Вісконсин, США), а саме фракція нанорозмірних частинок, до і після обробки ультразвуком була охарактеризована методом фотонної кореляційної спектроскопії. З використанням міченого L-[14C]глутамату було показано, що у присутності аналога місячного ґрунту зростає зв’язування L-[14C]глутамату з ізольованими нервовими закінченнями головного мозку щурів (синаптосомами) в середовищі з низькою концентрацією Na+, внаслідок чого реєструється підвищення початкової швидкості накопичення L-[14C]глутамату нервовими закінченнями на 10 % як у контрольних щурів, так і у тих, що зазнали гравітаційного навантаження. Ефект аналогу місячного ґрунту є унікальним і може призвести до зміни позаклітинного рівня глутамату, який є вкрай важливим для синаптичної передачі. Місячний ґрунт може мати шкідливий вплив на гомеостаз глутамату в центральній нервовій системі. Постійне подразнення від контакту з частинками ґрунту, особливо під час довгострокових місій, а також супутнє запалення, стрес, мікрогравітація, підвищена радіація, УФ-опромінення можуть посилити токсичний вплив ґрунту на організм людини
Ключові слова: аналог місячного ґрунту, глутаматергічна нейротрансмісія, нервові терміналі головного мозку, транспорт глутамату
Повний текст (PDF)
References: 
1. Abbott N. J. Inflammatory mediators and modulation of blood-brain barrier permeability // Cell. Mol. Neurobiol. — 2000. — 20. — Р. 131—147.
2. Borisova T., Himmelreich N. Centrifuge-Induced Hypergravity: [3H]GABA and L-[14C]glutamate Uptake, Exocytosis and Efflux Mediated by High-Affinity, Sodium-Dependent Transporters // Adv. Space Res. — 2005. — 36. — P. 1340—1345.
3. Borisova T., Kasatkina L., Ostapchenko L. The proton gradient of secretory granules and glutamate transport in blood platelets during cholesterol depletion of the plasma membrane by methyl-beta-cyclodextrin // Neurochem. Int. — 2011. — 59. — P. 965—975.
4.  Borisova T., Krisanova N. Presynaptic transporter-mediated release of glutamate evoked by the protonophore FCCP increases under altered gravity conditions //  Adv. Space Res. — 2008. — 42. — P. 1971—1979.
5. Borisova T., Krisanova N., Himmelreich N. Exposure of animals to artificial gravity conditions leads to the alteration of the glutamate release from rat cerebral hemispheres nerve terminals //  Adv. Space Res. — 2004. — 33. — P. 1362—1367.
6. Borisova T., Krisanova N., Sivko R., Borysov A. Cholesterol depletion attenuates tonic release but increases the ambient level of glutamate in rat brain synaptosomes // Neurochem. Int. — 2010. — 56. — P. 466—478.
  7. Borisova T., Krisanova N., Sivko R., et al. Presynaptic malfunction: The neurotoxic effects of cadmium and lead on the proton gradient of synaptic vesicles and glutamate transport // Neurochem. Int. — 2011. — 59. — P. 272—279.
  8. Borisova T., Sivko R., Borysov A., Krisanova N. Diverse presynaptic mechanisms underlying methyl-beta-cyclo-dextrin-mediated changes in glutamate transport // Cell. Mol. Neurobiol. — 2010. — 30. — P. 1013—1023.
  9. Bourdon J. A., Saber A. T., Jacobsen N. R., et al. Carbon black nanoparticle instillation induces sustained inflammation and genotoxicity in mouse lung and liver // Part. Fibre. Toxicol. — 2012. — 9-5.
10. Chatterjee A., Wang A., Lera M., Bhattacharya S. Lunar soil simulant uptake produces a concentration-dependent increase in inducible nitric oxide synthase expression in murine RAW 264.7 macrophage cells // J. Toxicol. Environ. Health A. — 2010. — 73. — P. 623—636.
11. Choi S. J., Oh J. M., Choy J. H. Toxicological effects of inorganic nanoparticles on human lung cancer A549 cells // J. Inorg. Biochem. — 2009. — 103. — P. 463—471.
12. Cotman C. W. Isolation of synaptosomal and synaptic plasma membrane fractions // Meth. Enzymol. — 1974. — 31. — P. 445—452.
13. Danbolt N. C. Glutamate uptake // Prog. Neurobiol. — 2001. — 65. — P. 1—105.
14. Darquenne C., Prisk G. Deposition of inhaled particles in the human lung is more peripheral in lunar than in normal gravity // Eur. J. Appl. Physiol. — 2008. — 103. — P. 687—695.
15. Frampton M. W., Stewart J. C., Oberdorster G., et al. Inhalation of ultrafine particles alters blood leukocyte expression of adhesion molecules in humans // Environ. Health Perspect. — 2006. — 114. — P. 51—58.
16. Fubini B., Fenoglio I. Toxic potential of mineral dusts // Elements. — 2007. — 3. — P. 407—414.
17. Garred Ш., Rodal S. K., van Deurs B., Sandvig K. Reconstitution of clathrin-independent endocytosis at the apical domain of permeabilized MDCK II cells: requirement for a Rho-family GTPase // Traffic. — 2001. — 2. — P. 26—36.
18. Geiser M., Rothen-Rutishauser B., Kapp N., et al. Ultrafine particles cross cellular membranes by nonphagocytic mechanisms in lungs and in cultured cells // Environ. Health. Perspect. — 2005. — 113. — P. 1555—1560.
19. Halatek T., Sinczuk-Walczak H., Rydzynski K. Early neurotoxic effects of inhalation exposure to aluminum and/ or manganese assessed by serum levels of phospholipidbinding Clara cells protein // J. Environ. Sci. Health. A Tox. Hazard. Subst. Environ. Eng. — 2008. — 43. — P. 118—124.
20. Kao Y. Y., Cheng T. J., Yang D. M. Demonstration of an olfactory Bulb—Brain translocation pathway for ZnO nanoparticles in rodent cells in vitro and in vivo // J. Mol. Neurosci. — 2012. — 48. — P. 464—471.
21. Kasatkina L., Borisova T. Impaired Na+-dependent glutamate uptake in platelets during depolarization of their plasma membrane // Neurochem. Int. — 2010. — 56. — P. 711—719.
22. Krisanova N., Sivko R., Kasatkina L., Borisova T. Neuroprotection by lowering cholesterol: A decrease in membrane cholesterol content reduces transporter-mediated glutamate release from brain nerve terminals // Biochim. Biophys. Acta. Mol. Bas. Dis. — 2012. —  1822 (10). — P. 1553—1561.
23. Krisanova N., Trikash I., Borisova T. Synaptopathy under conditions of altered gravity: Changes in synaptic vesicle fusion and glutamate release // Neurochem. Int. — 2009. — 55. — P. 724—731.
24. Lam C. W, James J. T, Latch J. N, et al. Pulmonary toxicity of simulated lunar and Martian dusts in mice: II. Biomarkers of acute responses after intratracheal instillation // Inhal. Toxicol. — 2002. — 14. — P. 917—928.
25. Lam C. W., James J. T., McCluskey R., et al. Pulmonary toxicity of simulated lunar and Martian dusts in mice: I. Histopathology 7 and 90 days after intratracheal instillation // Inhal. Toxicol.— 2002. — 14. — P. 901—916.
26. Larson E., Howlett B., Jagendorf A. Artificial reductant enhancement of the Lowry method for protein determination // Anal. Biochem. — 1986. — 155. — P. 243—248.
27. Latch J. N., Hamilton R. F. Jr., Holian A., et al. Toxicity of lunar and martian dust simulants to alveolar macrophages isolated from human volunteers // Inhal. Toxicol. — 2008. — 20. — P. 157—165.
28. Linnarsson D., Carpenter J., Fubini B., et al. Toxicity of lunardust // Planet. and Space Sci. — 2012. — doi.org/ 10.1016/ j.pss.2012.05. 023.
29. Loftus D. J., Rask J. C., McCrossin C. G., Tranfield E. M. The chemical reactivity of lunar dust: from toxicity to astrobiology physics and astronomy // Earth, Moon, and Planets. — 2010. — 107. — P. 95—105.
30. Mikawa M., Kato H., Okumura M., et al. Paramagnetic water-soluble metallofullerenes having the highest relaxivity for MRI contrast agents // Bioconjug. Chem. — 2001. — 12. — P. 510—514.
31. Morimoto Y., Miki T., Higashi T., et al. [Effect of lunar dust on humans: -lunar dust: regolith-] // Nihon Eiseigaku Zasshi. — 2010. — 65. — P. 479—485.
32. Oberdцrster G., Sharp Z., Atudorei V., et al. Translocation of inhaled ultrafine particles to the brain // Inhal. Toxicol. — 2004. — 16. — P. 437—445.
33. Peterson J. B., Prisk G. K., Darquenne C. Aerosol deposition in the human lung periphery is increased by reduced-density gas breathing // J. Aerosol. Med. Pulm. Drug Del. — 2008. — 21. — P. 159—168.
34. Qingnuan L., Yan X., Xiaodong Z., et al. Preparation of (99m)Tc-C(60)(OH)(x) and its biodistribution studies // Nucl. Med. Biol. — 2002. — 29. — P. 707—710.
35. Rehders M., Grosshдuser B. B., Smarandache A., et al. Effects of lunar and mars dust simulants on HaCaT keratinocytes and CHO-K1 fibroblasts // Adv. Space Res. — 2011. — 47. — P. 1200—1213.
36. Takeda K., Suzuki K. I., Ishihara A., et al. Nanoparticles transferred from pregnant mice to their offspring can damage the genital and cranial nerve systems // J. Health. Sci. — 2009. — 55. — P. 95—102.
37. Tarasenko A. S., Sivko R. V., Krisanova N. V., et al. Cholesterol depletion from the plasma membrane impairs proton and glutamate storage in synaptic vesicles of nerve terminals // J. Mol. Neurosci. — 2010. — 41. — P. 358—367.
38. Wallace W. T., Tayler L. A., Liu Y., et al. Lunar dust and lunar simulant activation and monitoring // Meteorit. Planet. Sci. — 2009. — 44. — P. 961—970.
39. Wang H., Wang J., Deng X., et al. Biodistribution of carbon single-wall carbon nanotubes in mice // J. Nanosci. Nanotech. — 2004. — 4. — P. 1019—1024.

40. Xia T., Kovochich M., Liong M., et al. Cationic polystyrene nanosphere toxicity depends on cell-specific endocytic and mitochondrial injury pathways // ACS Nano. — 2008. — 2. — P. 85—96.