Провоспалительные эффекты частиц полистирола зависят от размера: роль площади поверхности и окислительного стресса в повышенной активности ультрамелких частиц

Исследования влияния ультрамелких частиц на лёгкие показали неблагоприятные эффекты, отчасти обусловленные размером частиц. В эпидемиологических исследованиях частицы загрязнённого воздуха PM10 связывали с обострениями респираторных заболеваний и смертностью от сердечно-сосудистых причин; предполагается, что ультрамелкая фракция PM10 играет в этом важную роль. Цель настоящего исследования — изучить провоспалительный ответ на частицы полистирола различного размера как на простой модели частиц, включая ультрамелкие.

В эксперименте на животных мы показали, что после инстилляции частиц полистирола размером 64 нм в лёгких крыс возникал значительно более выраженный приток нейтрофилов, чем после введения частиц размером 202 и 535 нм. Это подтверждалось и другими показателями воспаления лёгких, такими как повышение концентрации белка и активности лактатдегидрогеназы в бронхоальвеолярном лаваже. При сопоставлении введённой площади поверхности с выраженностью воспаления эти показатели были прямо пропорциональны, а прямая проходила через начало координат. Это указывает на то, что в краткосрочной перспективе воспаление определяется площадью поверхности, а ультрамелкие частицы вызывают более выраженный воспалительный ответ благодаря большей площади поверхности.

В экспериментах in vitro мы измеряли изменения внутриклеточной концентрации кальция в клетках Mono Mac 6, учитывая потенциальную роль кальция как сигнальной молекулы. Изменения концентрации кальция после воздействия частиц могут иметь значение для индукции экспрессии провоспалительных генов, например хемокинов. Только ультрамелкие частицы полистирола вызывали значимое повышение концентрации ионов кальция в цитозоле. Эксперименты с использованием диацетата дихлорфлуоресцеина показали более высокую окислительную активность ультрамелких частиц, что может объяснять их действие в этих тестах. После воздействия ультрамелких частиц, но не частиц другого размера, в эпителиальных клетках A549 отмечалось значимое повышение экспрессии гена интерлейкина-8. Полученные данные свидетельствуют о том, что ультрамелкие частицы из малотоксичного материала, такого как полистирол, обладают провоспалительной активностью благодаря большой площади поверхности. Это подтверждает возможную роль таких частиц в неблагоприятных последствиях воздействия PM10 для здоровья.