Onderzoek koppelt nanodeeltjes aan veranderde bloedvatvorming in embryo’s

Het menselijk leven begint met een enkele eicel die uitgroeit tot een mens met biljoenen cellen. Om ervoor te zorgen dat de zeer complexe ontwikkeling van weefsels en organen zo goed mogelijk wordt beschermd, houdt de placentabarrière ziekteverwekkers en vreemde stoffen buiten. Tina Bürki en haar team van Empa’s Particles-Biology Interactions-laboratorium in St. Gallen onderzoeken hoe dit beschermingsmechanisme omgaat met nanodeeltjes.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het journaal Geavanceerde wetenschap.

Nanodeeltjes zitten in een groot aantal producten, maar ontstaan ​​ook bij slijtage en bij verbrandingsprocessen. “We nemen deze stoffen op uit het milieu via ons voedsel, cosmetica of de lucht die we inademen”, legt Bürki uit.

Van sommige van deze nanodeeltjes wordt vermoed dat ze schadelijk zijn voor baby’s in de baarmoeder. Een laag geboortegewicht, autisme en luchtwegaandoeningen behoren tot de mogelijke gevolgen voor het kind.

Mysterieus effect op afstand

Het is nog onduidelijk welke invloed de nanodeeltjes hebben op het ongeboren kind. “We weten al dat de placentabarrière veel nanodeeltjes vasthoudt of op zijn minst hun transport naar het embryo vertraagt”, zegt Bürki. Er treedt echter schade aan het foetale weefsel op, zelfs als er geen deeltjes bij de foetus zijn gedetecteerd. Het Empa-team onderzoekt nu dit langetermijneffect van nanodeeltjes.

Samen met klinische partners van het Kantonale Ziekenhuis van St. Gallen en onderzoekspartners van de Universiteit van Genève, het Amsterdam Universitair Medisch Centrum en het Leibniz Instituut voor Milieumedisch Onderzoek in Düsseldorf onderzoekt het team de gevolgen van veel voorkomende nanodeeltjes zoals titaniumdioxide of dieselroet op de functie van de placenta en hun indirecte schade aan de embryonale ontwikkeling.

Voor dit doel gebruikte het team volledig functionele menselijke placenta’s die beschikbaar kwamen na geplande keizersneden. “Menselijk placentaweefsel is de enige manier om betekenisvolle resultaten te verkrijgen over het transport en de werking van nanodeeltjes”, zegt de Empa-onderzoeker. “De structuur, het metabolisme en de interactie van maternale en foetale weefsels zijn uniek en soortspecifiek.”

Uit de experimenten bleek dat nanodeeltjes in placentaweefsel de aanmaak van een groot aantal boodschapperstoffen verstoren. En het zijn deze boodschappers die ernstige veranderingen in de embryonale ontwikkeling kunnen veroorzaken, zoals een verstoorde vorming van bloedvaten.

Deze effecten kunnen worden gevisualiseerd in laboratoriummodellen met kippeneieren. De bloedvaten in het ei groeien feitelijk met een enorme snelheid en dichtheid om de embryonale ontwikkeling mogelijk te maken. Een dicht netwerk van fijne bloedvaten bedekt de binnenkant van de eierschaal.

De situatie is opvallend anders bij eieren die zijn behandeld met de veranderde boodschapperstoffen uit de met nanodeeltjes behandelde placenta: in de experimenten was het bloedvatensysteem niet zo dicht maar eerder grofmazig. “Nanodeeltjes hebben blijkbaar een indirect effect op het kind in de baarmoeder door de vorming van bloedvaten te remmen via boodschapperstoffen”, zegt Tina Bürki.

Gevolgen voor de gezondheid

De onderzoekers onderzoeken momenteel het geheel van de boodschapperstoffen die vrijkomen door een met nanodeeltjes behandelde placenta, het zogenaamde secretoom. Onverontreinigd lijkt het samenspel van hormonen, ontstekingsmediatoren en signaalstoffen voor de vorming van orgaansystemen op een perfect afgestemd orkest.