空气污染进脑!人脑中发现纳米级“磁铁”
2017-06-01

英国、墨西哥的科学家们在37个脑组织标本(29个来自墨西哥城、8个来自曼彻斯特)中发现,人类大脑中有很多纳米大小的磁性颗粒,而这些颗粒很像在城市中常见的大气颗粒污染物。

其实早在二十多年前,加州理工学院的Kirschvink JL等就第一次在人脑中检测到了生物学形成的由强磁性物质组成的纳米磁铁颗粒[Proc Natl Acad Sci. 1992;89(16):7683-7]。这些带磁纳米颗粒呈自形晶体形状(立方八面体或者棱形),被认为可能是在储铁蛋白(ferritin8nm的核中通过原位结晶形成的。

(图示:透射电子显微镜下观察大脑薄切片,发现2种不同类型的磁体形态:AB为放大倍数更高的图片)中为圆形颗粒;CD为更高放大倍数)中为内源性的自形颗粒。)

而在最新的这项研究中,英国兰卡斯特大学环境中心的Barbara A. Maher等利用磁性分析和电子显微镜在大脑中发现的这些磁性纳米颗粒,一系列迹象表明它们是由高温煅烧形成的,而人体是不可能产生如此高的温度的,因此,提示它们是外源性的而不是内源性的。这些在大脑中发现的小磁铁不同于内源性的自形颗粒(euhedralparticles),它们往往是含有其他过渡金属的纳米粒子,而且呈现出圆形的晶体形状、融合的表面质地,反映出了含铁物质一开始被加热,后又冷却结晶的过程。这种高温、纳米粒径的磁性颗粒在大气颗粒污染物中普遍存在、含量很高。这些富含铁的颗粒由煅烧产生,在空气中往往与其他过渡金属结合,氧化、冷凝,形成融合了二价和三价铁(Fe2+/Fe3+)的铁氧化物,而这种铁氧化物是有磁性的。这种带磁的颗粒污染物直径在200nm以下,比我们熟知的PM2.5要小得多,可以通过嗅神经直接进入大脑。它们在大脑中的存在证明,外源性含铁纳米粒子能够直接进入大脑。由于其独特的氧化还原活性、表面电荷,以及强磁性,它们对大脑的潜在影响不可小觑,威胁着人类健康。

大脑中存在的磁性纳米粒子在磁共振成像研究中已经被证实与细胞对外界磁场的反应有着因果关系,此外,这些粒子的存在跟衰老、神经退行性疾病的发生也都有因果关系。2003年、2008年的两项研究也曾报道了这些粒子在大脑中的数量与阿尔茨海默病的发生有着密切的关系。

这些小磁铁究竟从哪儿来的呢?交通、地铁、工厂、多种有机物质的燃烧都是其来源,而且往往还伴随其他污染纳米粒子的形成,比如铂(Pt)的释放就与车辆使用的催化式排气净化系统有关,再比如盘式制动器在摩擦生热过程中也会产生高温磁性纳米粒子。

控制、解决空气污染,已经没有理由再拖延!

参考文献:Proceedings of the National Academy of Sciences 2016;113:10797-10801

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