Magnetit az emberi testben: Biogén vs. antropogén

A magnitit egy vas-oxid ásvány, amely természetes módon fordul elő a Földön. Mivel számos antropogén anyag (pl. Szén-pernye) és szintetikus termékek (pl. Fekete festékporok) is fontos alkotóeleme, a magnetit emberi tevékenység révén a környezetbe juttatható (1). A PNAS-ban Maher és mtsai. (2) leírja a magnetit nanorészecskék bőséges jelenlétét az emberi agyban, amelyek egy részét a levegőszennyezésnek tulajdonítják. Ennek a megállapításnak komoly következményei lehetnek.

A magnit a spinell csoporthoz tartozik. A köbös kristályrendszerben kristályosodik (1. ábra), és Fe2 + Fe3 + 2O4 általános képlettel írható le (3). A magnetit egy gyakori természetes fázis, amely különböző geológiai környezetekben fordul elő, kezdve a magmás (pl. Réteges ultrabázisos kőzetek, bazaltok) és az üledékes (pl. Sávos vasképződmények, tengerparti homok) és a kiváló minőségű metamorf kőzetekig (pl. , skarns), ahol kémiai reakciók sokaságával előállítható. Annak a hajlandóságának köszönhetően, hogy oxigénnel reagálva hematitot (Fe2O3) és különféle vas-oxihidroxidokat (pl. Ferrihidrit, goethit) képezzen, a magnetit hatékony eszközként használható a kőzetekben a kőzetben lévő oxigénkoncentrációk geológiai folyamatok során történő feltárására, a a légkör (pl. korai Föld), és a redox viszonyok a felszín közelében (pl. oxo-anoxikus átmeneti zóna). Mivel a magnetit ferrimágneses, ez egy olyan fázist jelent, amely elengedhetetlen a paleomagnetikus vizsgálatokhoz, amelyek segítenek a lemezes tektonika rekonstrukciójában a Föld történelmében.

Biogén, kémiailag tiszta magnetitkristályok sokféle szervezetben fordulnak elő a Monera, Protista és Animalia királyságokban (pl. magnetotaktikus mikrobák, rovarok, puhatestűek, halak, madarak, emlősök) (4). Ezekben az organizmusokban a magnetit képezi az alapját a mágneses mező észlelésének egyik biofizikai mechanizmusának, amely megkönnyíti a tájékozódást és a navigációt (5, 6). Az emberi agyban úgy vélik, hogy a magnetit biológiailag is kicsapódik a vas anyagcseréjének részeként (7), de most PNAS-ban Maher et al. (2) azt sugallja, hogy külső forrásból származhat.

A levegőszennyezés nemcsak gázokat (pl. Nitrogén-oxidokat, ózont, kén-dioxidot) tartalmaz, hanem szilárd részecskéket is, amelyek mérete néhány nanométertől több mikrométerre. Ezek a részecskék, úgynevezett részecskék (PM), mind természetes folyamatok, mind emberi tevékenység révén keletkeznek, és közvetlenül a légkörbe kerülnek, vagy azon belül képződnek. A légköri keringés eredményeként az adott környezetben lévő levegőben lévő részecskék származhatnak mind helyi, mind távoli forrásokból, például száraz tavakból, sivatagokból, tűzesetekből, füsthalmokból, forgalomból vagy bányászati műveletekből. A magnit a légköri PM-szennyezés bőséges alkotóeleme, különösen a városi környezetben (8), ahol a dízel kipufogógázban, fékkopás részecskeként, a földalatti állomások levegőjében, a vasútvonalak mentén, a hegesztési munkahelyeken azonosították, és az ipari égési folyamatok kibocsátásában.

Amellett, hogy jelentős légköri, környezeti és ökológiai hatások vannak (8), a levegőben lévő PM káros hatásokkal járhat, akár akut, akár krónikus, mert minden egyes lélegzetvételkor milliók szilárd részecskék, beleértve a magnetitet is, bejuthatnak a légzőrendszerünkbe. Belégzés után durva részecskék (általában > 2,5 μm átmérőjű részecskékként definiálva) lerakódhatnak a felső légzőrendszer vezető légútjainak felületén, míg kisebb részecskék (< 2,5 μm átmérőjű, PM2,5) a tüdő legmélyebb részeibe vándorolhat, ahol a gázcsere zajlik (9). Az ultrafinom részecskék (< 100 nm) vagy nanorészecskék behatolhatnak a légzőrendszert bélelő sejtszövetbe, és transzlokálódhatnak a vérkeringésbe és az extrapulmonáris szervekbe, de a szaglás révén is ideg, a központi idegrendszerbe (10). A PNAS-ban Maher és mtsai. (2) ez utóbbi mechanizmusra hivatkozik a levegőszennyezésből származó magnetit nanorészecskék átvitelére a vizsgált egyének agyába. Ezek a szerzők a magnetit többnyire gömb alakú alakjait használják hipotézisük egyik fő érveként: A gömb alakúak tipikusak az égésből származó részecskékre (pl. Dízel kipufogógázban), szemben a kopásból eredő részecskékkel (pl. Fékkopás részecskék) ), amelyek általában szabálytalan alakúak és szögletesek, vagy olyan endogén részecskékre, amelyek hajlamosak euhedrikusak lenni, mert in situ nőttek (pl. az agyban) (7).Az elektronmikroszkóp képei, amelyeket Maher et al. (2) dokumentálja, hogy a magnetit kétféle típusa, a gömbölyű és az euhedrikus, jelen van a vizsgált agyban, ami arra utal, hogy két különböző forrásból származnak, egy külső (levegőszennyezésből származó) és egy belső (azaz biogén) forrásból. Ezt a következtetést támasztja alá más, átmenetifém nanorészecskék jelenléte is, amelyek gyakoriak a szennyezett területekről származó levegőben lévő PM-ben.

A külsőleg származó magnetit agyi szövetekben való felfedezésének egyik kérdése az, hogy vagy nem a bőséges további magnetit káros hatással van az emberi egészségre. Epidemiológiai és toxikológiai vizsgálatokból jól ismert, hogy a PM2,5-nek való kitettség összefügg a légzési és szív- és érrendszeri betegségek miatti halálozás és kórházi felvételek növekedésével (11). Egyre több bizonyíték van arra, hogy a durvább részecskék szintén káros egészségügyi hatásokat okozhatnak (12). A méret függvényén kívül a kölcsönhatásokat más részecske-tulajdonságok is befolyásolják, ideértve a szerkezetet, a kémiai összetételt, az alakot, a felületet és a reaktivitást, a szorpciós tulajdonságokat és az oldhatóságot. A káros egészségügyi hatások közé tartozik a krónikus hörghurut, az asztma súlyosbodása, a fibrózis és a tüdőrák (13). E betegségek hátterében álló mechanizmusok, valamint a részecskék tulajdonságaitól való függésük még mindig kevéssé ismert. A legvalószínűbb mechanizmusok magukban foglalják a szabad gyökök túlzott termelését, ami oxidatív károsodáshoz vezethet a sejtmembránokban, a fehérjékben és a DNS-ben, valamint kémiai anyagok felszabadulásához vezethet, amelyek gyulladást váltanak ki és tartanak fenn (14, 15).

A magnetit emberi egészségre gyakorolt hatásaival kapcsolatban mind az agyra, mind a légzőrendszerre vonatkozóan közzétett adatok állnak rendelkezésre. Például a magnetit agyban való jelenléte számos neurodegeneratív betegséghez köthető, köztük az Alzheimer-kórhoz, és úgy tűnik, hogy az oxidatív stressz kulcsszerepet játszik a patogenezisben (16, 17). In vitro kísérletek humán tüdõsejtekkel, amelyeket 24 órán át különféle magnetitméretû frakcióknak (beleértve a nanorészecskéket is) és dózisoknak tettek ki, kiderült, hogy a vizsgált részecskék, bár csak kissé citotoxikusak, fokozott ROS-képzõdéshez, mitokondriális károsodáshoz és genotoxikus hatáshoz vezettek. (18) Az eredmények arra engedtek következtetni, hogy a ROS-képződés fontos szerepet játszik a tüdősejtekben a magnetit genotoxicitásában. Másrészt a magnetit nanorészecskék lényegesen kevésbé mérgezőek lehetnek, ha a felületet módosítják (azaz bevonják) (19).

A magnetit jelenléte az emberben azonban más lehetséges következményekkel is jár, beleértve a lehetséges biológiai a mobiltelefonok, az elektromos távvezetékek és a készülékek által generált gyenge mágneses mezőkhöz kapcsolódó rendellenességek, vagy az MRI-eljárások során az erős mágneses mezőknek való kitettség nagyméretű telítettségi hatása (7 Ugyanakkor a magnetit nanorészecskéi különös figyelmet fordítanak az orvosbiológiai tudományokra, mivel hordozóként felhasználhatók a célzott gyógyszeradagoláshoz (20). Ezenkívül a magnetit nanorészecskék felhasználhatók hipertermia alapú rákterápiára, ahol a váltakozó mágneses tér alkalmazásával kiváltott hő a rákos sejtek nekrózisát okozza, de nem károsítja a környező normál szövetet (21). Különböző kutatók javasolják továbbá, hogy az endogén magnetit kulcsszerepet játszhasson az információk észlelésében, transzdukciójában és az információ hosszú távú tárolásában az emberi agyban és más organizmusokban (22).

A magnetit előfordulása a sejtekben a szövetek tehát érdekes dichotómiát képviselnek: egyrészt az ásvány kulcsszerepet játszhat a különféle típusú szervezetek magnetorecepciójában és navigációjában, ezáltal a túlélésben, másrészt káros hatásokat okozhat az emberekben, különösen, ha nagy PM-koncentrációnak vannak kitéve szennyezett városi környezetben.