Un groupe de scientifiques de l'Académie des sciences de Russie (ICG SB RAS) et de l'Institut biologique TSU a établi une voie par laquelle des nanoparticules de virus et des substances organiques et inorganiques de l'environnement pénètrent dans le cerveau. En outre, les chercheurs rapportent un moyen simple et peu coûteux de bloquer leur entrée. Les données obtenues par le projet pourraient jouer un grand rôle en médecine et en produits pharmaceutiques, où les nanoparticules sont de plus en plus utilisées pour le diagnostic et le traitement de maladies graves.

"Il existe un grand nombre de nanoparticules d'une grande variété d'éléments chimiques et de leurs composés dans l'environnement, allant d'inoffensif à toxique, par exemple, oxydes de métaux lourds, " dit Mikhaïl Moshkine, directeur du Centre de ressources génétiques animales de laboratoire de l'ICG SB RAS. "Les scientifiques ont accumulé des données qui indiquent l'effet néfaste des nanoparticules, par exemple, les personnes qui vivent à moins de 50 mètres des grandes autoroutes peuvent développer des maladies neurodégénératives (Alzheimer, Parkinson et autres) en raison de l'accumulation de particules nanométriques dans le cerveau."

Les chercheurs ont cherché à déterminer comment les nanoparticules pénètrent dans le cerveau. Ils ne peuvent pas pénétrer à travers les poumons et les vaisseaux sanguins parce que la barrière hémato-encéphalique les bloque du cerveau. Des expériences menées sur des rongeurs ont permis de calculer la trajectoire du mouvement des nanoparticules.

Les chercheurs ont introduit une solution avec des nanoparticules dans les cavités nasales des animaux de laboratoire et ont utilisé l'imagerie par résonance magnétique (IRM) pour surveiller leur dispersion à travers les structures du cerveau. Des études ont montré que des particules apparaissent dans le bulbe olfactif en trois heures. La concentration augmente et atteint un maximum après 12 heures dans l'hippocampe, gyrus denté et autres structures cérébrales; la charge maximale est observée après trois à quatre jours. Le mouvement correspond à la trajectoire des connexions nerveuses du système olfactif.

En outre, les chercheurs ont découvert que les particules se déplaçant à l'intérieur de la fibre nerveuse peuvent traverser des synapses qui relient divers neurones. Comme il s'avère, toutes les nanoparticules ne surmontent pas la transmission synaptique, par exemple, l'oxyde de manganèse passe par les synapses, mais pas le dioxyde de silicium (sable). La raison a été déterminée par une analyse protéomique menée par des scientifiques de l'Université Erasmus de Rotterdam; il a montré que l'oxyde de manganèse, contrairement au sable, se lie efficacement à la protéine AP-3, qui est impliqué dans les processus de transmission synaptique.

"Les échecs expérimentaux sont souvent sur la voie d'un résultat intéressant, ", explique Mikhail Moshkin. "Nos chercheurs voulaient obtenir un réel effet neurobiologique de l'entrée de nanoparticules dans le cerveau. Dans une expérience, des souris ont reçu une injection nasale de particules d'oxyde de manganèse pendant un mois. Mais rien n'a changé dans le comportement des souris. Et, comme l'a montré une étude IRM, dans le cerveau de ces souris, il n'y avait pas de zones d'accumulation de manganèse à contraste magnétique. Il a en outre été établi qu'une seule injection de nanoparticules dans la cavité nasale bloque presque complètement leur capture et leur entrée dans le cerveau lors de l'administration ultérieure. Ces résultats ont donné lieu à une étude systématique des facteurs affectant le transport des nanoparticules de la cavité nasale au cerveau."

Il existe deux groupes de facteurs :Les premiers sont des substances qui affectent l'état de la couche muqueuse recouvrant les extrémités des neurones olfactifs, et les seconds sont des substances qui affectent le potentiel membranaire des récepteurs olfactifs. Par conséquent, il a été possible de trouver des combinaisons de composés chimiques qui bloquent complètement ou améliorent considérablement le transport des nanoparticules de la cavité nasale au cerveau.

Une découverte tout aussi importante était le fait que l'introduction de certaines nanoparticules dans le nez des rongeurs correspondait à une diminution rapide de la température corporelle de plusieurs degrés. Le long du chemin, les chercheurs ont établi qu'un écoulement de liquide céphalo-rachidien s'est produit.

"Il s'est avéré que dans le nez, il y a toute une cascade d'événements. Les effets révélés sont significatifs pour le développement de nouvelles méthodes de thermorégulation, et la solution d'un problème grave, le traitement de l'œdème cérébral, ", explique Mikhail Moshkin. "Des nanoparticules sont maintenant introduites dans divers médicaments pour augmenter leur efficacité. Les données obtenues permettent de comprendre comment la concentration de ces particules augmente et comment elles peuvent être introduites dans l'organisme du patient."

Quant à la poursuite des recherches, les biologistes envisagent d'étudier la pénétration des virus, surtout la grippe. Cette information est importante non seulement pour la science fondamentale, mais elle est également nécessaire pour le développement de mesures préventives qui contribuent à la réduction des épidémies.

Les scientifiques ont également l'intention de mener des recherches impliquant des personnes exerçant des professions à haut risque, pompiers et soudeurs, pour tester la méthode récemment découverte de blocage des nanoparticules. Sur la base des résultats obtenus, il sera possible de développer des mécanismes pour protéger les personnes des effets indésirables de telles particules.