Effects of gold- and silver nanoparticles on the retina

University dissertation from Lund University, Faculty of Science, Department of Biology

Abstract: Att silver har en bakteriedödande effekt har varit känt sedan många århundraden. Historien om silver sträcker sig ända tillbaka till 4000 år före Kristus då de antika Kaldeérna använde silver och det var på den tiden en av mest använda metallerna tillsammans med guld och koppar. Persiska kungar föredrog att dricka vatten endast från bägare gjorda av silver för att vattnet kunde bevaras friskt och rent i flera år. Silver var viktigt för samhället, speciellt i krig och konflikter då friskt vatten inte fanns tillgängligt. Man använde även silver i flera medicinska tillstånd, mest på måfå och långt innan man hade en aning om att det faktiskt var mikrober som orsakade infektioner.När sedan antibiotikan uppfanns och började användas omkring andra världskriget så minskades användningen av silver som ett bakteriedödande ämne. Men, snabbt efter upptäckten av antibiotikan så började man hitta resistensta bakteriestammar som t.ex. CA-MRSA och HA-MRSA. Idag är det välkänt att resistensen hos bakterierna ökar i en okontrollerad takt och det finns en mängd kända resistenta stammar. Detta gjorde emellertid att silver fick uppmärksamheten tillbaka i den vetenskapliga världen. Med nya vetenskapliga framgångar och upptäckten av elektronmikroskop så öppnade sig en ny värld, ”nanovärlden”. Den lite smått obegripliga definitionen ”en miljarddels meter” är ofta svår att greppa, men man kan föreställa sig att en nanopartikel är stor som en fotboll och jämföra den med jordklotet där själva jordklotet är fotbollen! Nanoteknologin öppnar upp många nya möjligheter inom medicin och läkemedel. Först och främst så kan nanopartiklar ta sig igenom alla barriärer och röra sig obehindrat inne i kroppen. De har också en mycket större yta per volym i förhållande till större partiklar vilket leder till hög biotillgänglighet med hög precision, det vill säga förmågan att leverera läkemedel där det behövs som mest. Detta är ett vanligt problem inom cellgiftsbehandling där den låga precisionen ofta leder till negativa och oönskade bieffekter. Ett bra exempel på detta är cancerläkemedel som binder in till tumörer. Dessa läkemedel är vanligtvis extremt giftiga och då är det extra viktigt med hög precision. Nanopartiklar har potentiellt större precision men även mindre interaktion med själva läkemedlet i sig vilket leder till mindre kontakt med andra läkemedel som tas simultant.The eye is a part of the sensitive central nervous system. The retina, which is located in the back of the eye, is a complex organized structure and contains sensory neurons that are highly responsible for our visual sight. These neurons are very vulnerable for damage and any disturbance can cause visual loss. The ocular research is spending enormous resources to investigate the use of nanomaterials for therapeutic applications, including nanoparticles. Ögat är en del av det känsliga centrala nervsystemet. Näthinnan, som finns längst bak i ögat är en komplext organiserad struktur och som innehåller sensoriska nerver som är väldigt viktiga för vår synförmåga. Dessa nerver är mycket känsliga för skada eller annan yttre påverkan och detta kan leda till förlorad syn. Den okulära forskningen spenderar enorma resurser för att ta reda på huruvida nano material kan tillämpas inom ögon terapi och detta inkluderar även nanopartiklar.I denna studie fokuserar vi på två av de vanligaste metalliska nanopartiklarna som används inom medicinsk forskning, silver och guld. Silver, som också är det vanligaste materialet i kommersiella produkter är även relativt enkelt att tillverka samt har en välkänd antibakteriell förmåga. Guld, har en förmåga att hettas upp av energin från infrarött ljus, vilket kan används inom diagnostik eller som terapi t.ex. kemoterapi när guldnanopartiklar används för att nå tumören och sedan hettas upp för att förstöra tumörcellerna vilket är mycket enklare än dagens kirurgi. Fördelarna med den nya nanoteknologin är många, men det innebär även att man måste titta på eventuella bieffekter för att kunna tillverka säkra läkemedel inom medicinsk forskning.Ögat och dess näthinna är en väldigt känslig del av kroppen…Vi karakteriserar och undersöker vad som händer med nanopartiklarna när de exponeras för en biologisk omgivning (Artikel 1). Runt partiklarna bildas det ett lager med protein, så kallad protein corona, från den biologiska omgivningen. Vi fann även att nanopartiklarna kan transporteras genom näthinnevävnaden och kan hittas i alla olika delar i cellerna. I en annan studie så undersöker vi hur immunförsvaret reagerar på en artificiell infektion med fokus på mikroglia cellerna som är de vanligaste immuncellerna i centrala nervsystemet (artikel 2). Immuncellerna visar en tydlig reaktion genom ett ”inflammationssvar” i form av att både föröka sig och bli mer aktiva. Till sist så tillsätter vi nanopartiklar till samma system och undersöker hur immunsystemet reagerar på dessa (artikel 3). Här ser vi en lite starkare reaktion från immunförsvaret och speciellt då vi tillsätter silverjoner som till och med förstör vävnaden i näthinnan. Vi fann även att exponering av silver och guldpartiklar leder till nervcellsdöd i näthinnan.Sammantaget visar resultaten i denna avhandling att silver- och guldnanopartiklar är väldigt skadliga för näthinnan och detta bevisas genom den ökade aktiviteten i immunförsvaret samt att nervceller dör. Med dessa resultat som grund kan man uppmana till försiktighet, och grundliga undersökningar innan man börjar använda nanopartiklar i produkter som ska appliceras på eller i ögat.

  CLICK HERE TO DOWNLOAD THE WHOLE DISSERTATION. (in PDF format)