Liikenneperäiset ultrapienet hiukkaset häiritsevät hajuepiteelisolujen mitokondrioiden toimintaa

Ilmansaasteista pienimmät eli ultrapienet hiukkaset estävät mitokondrioiden toimintaa ihmisen hajuepiteelisoluissa, tuore Itä-Suomen yliopiston johtama tutkimus osoittaa. Liikenneperäiset ultrapienet hiukkaset heikensivät mitokondrioiden toimintaa ihmisperäisessä hajuepiteelin solumallissa vaikuttamalla soluhengitykseen ja antioksidatiiviseen aineenvaihduntaan. Tutkijat havaitsivat myös, että Alzheimerin tautia sairastavien henkilöiden solujen vasteet erosivat kognitiivisesti terveiden henkilöiden vasteista. Tulokset julkaistiin Redox Biology -lehdessä.

Ilmansaasteet aiheuttavat merkittävää terveystaakkaa maailmanlaajuisesti ja niiden tiedetään olevan dementian, mukaan lukien Alzheimerin taudin, riskitekijöitä. Ultrapienten hiukkasten rooli Alzheimerin tautiin johtavien solu- ja molekyylimuutosten taustalla ihmisaivoissa on kuitenkin kasvavasta tutkimusnäytöstä huolimatta edelleen epäselvä.

Hajuepiteeli on hajuaistimuksesta vastaava hermotettu kudos. Se on sekä suoraan alttiina ympäristölle että yhteydessä aivoihin, ja yksi Alzheimerin taudin varhaisimmista kliinisistä oireista onkin hajuaistin heikkeneminen. Katja Kannisen tutkimusryhmä Itä-Suomen yliopistossa hyödyntää ihmisperäistä hajuepiteelin in vitro -mallia, johon on kerätty hajuepiteelisoluja vapaaehtoisilta luovuttajilta yhteistyössä Kuopion yliopistollisen sairaalan kanssa. Kannisen tutkimusryhmä on aiemmin osoittanut, että kyseinen malli ilmentää Alzheimerin tautiin liittyviä solutason muutoksia, eli se soveltuu myös ilmansaasteiden ja Alzheimerin taudin välisen yhteyden tutkimiseen.

– Mitokondrioiden toimintahäiriöillä on keskeinen rooli neurodegeneratiivisten sairauksien, kuten Alzheimerin taudin, kehittymisessä ja etenemisessä, ja mitokondrioiden tiedetään olevan erityisen herkkiä ympäristömyrkyille. Tästä huolimatta ultrapienten hiukkasten ja mitokondrioiden toimintojen yhteyttä Alzheimerin tautiin ei ole aiemmin tutkittu ihmisen hajuepiteelissä, sanoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja, väitöskirjatutkija Laura Mussalo Itä-Suomen yliopistosta.

Tutkimuksessa selvitettiin liikenneperäisten ultrapienten hiukkasten molekyylitason vaikutuksia kognitiivisesti terveiden ja Alzheimerin tautia sairastavien henkilöiden hajuepiteelin solujen mitokondrioiden toimintaan. Tutkijat vertasivat näiden kahden ryhmän mitokondrioiden vasteita tutkimalla geenien ilmentymistä sekä toiminnallisilla kokeilla. Lisäksi tarkasteltiin, aiheuttavatko fossiiliset ja uusiutuvat dieselpolttoaineet erilaisia ​​vasteita, sekä miten moottorin nykyaikaiset jälkikäsittelytekniikat, kuten hiukkassuodattimet, vaikuttavat mitokondrioiden tasolla havaittuihin vasteisiin.

Tutkimus osoitti, että liikenteestä peräisin olevat ultrapienet hiukkaset voivat päästä jopa mitokondrioiden sisemmälle kalvolle, heikentää oksidatiivista fosforylaatiota ja aiheuttaa mitokondrioiden toimintahäiriöitä. Sekä muutokset geenien ilmentymisessä että toiminnalliset kokeet vahvistivat mitokondrioiden ja antioksidatiivisen järjestelmän toimintahäiriöt, mikä johti alentuneisiin ATP-tasoihin sekä lisääntyneeseen hapetusstressiin. Nämä muutokset olivat voimakkaimpia, kun käytettiin pakokaasunäytteitä, jotka olivat peräisin moottorista ilman jälkikäsittelytekniikoita. Jälkikäsittelytekniikoilla varustetun moottorin pakokaasut aiheuttivat vain hyvin pieniä muutoksia soluissa. Alzheimerin tautia sairastavien soluissa havaitut vasteet poikkesivat hieman kognitiivisesti terveiden verrokkien vasteista.

Ilmansaasteiden ja ihmisten terveyden välisestä yhteydestä tarvitaan lisää tietoa, jotta poliittista päätöksentekoa voidaan ohjata ilmansaasteiden tehokkaaseen vähentämiseen, mikä voisi pitkällä aikavälillä vähentää niiden haitallisten terveysvaikutusten aiheuttamaa taloudellista taakkaa. Nyt julkaistu tutkimus tarjoaa tärkeää tietoa Alzheimerin tautia sairastavien henkilöiden lisääntyneestä herkkyydestä ilmansaastealtistuksen vaikutuksille. Se tarjoaa myös uutta tietoa, jonka avulla ultrapienten hiukkasten terveyshaittoja voidaan vähentää ja ehkäistä.

Tutkimus on osa TUBE-hanketta, joka on saanut rahoitusta Euroopan unionin Horisontti 2020 -ohjelmasta. Tutkimus on myös osa Laura Mussalon väitöskirjatyötä, jota ovat rahoittaneet Kuopion Seudun Hengityssäätiö, Aivosäätiö, Yrjö Jahnssonin säätiö, Päivikki ja Sakari Sohlbergin säätiö sekä Suomen Kulttuurirahaston Pohjois-Savon rahasto.

Lisätietoja:

Nuorempi tutkija Laura Mussalo, laura.mussalo(a)uef.fi, https://uefconnect.uef.fi/henkilo/laura.mussalo/

Tutkimusartikkeli:

Mussalo, L., Lampinen, R., Avesani, S., Závodná, T., Krejčík, Z., Kalapudas, J., Penttilä, E., Löppönen, H., Koivisto, A. M., Malm, T., Topinka, J., Giugno, R., Jalava, P., & Kanninen, K. M. (2024). Traffic-related ultrafine particles impair mitochondrial functions in human olfactory mucosa cells – Implications for Alzheimer’s disease. Redox Biology, 75, 103272. https://doi.org/10.1016/J.REDOX.2024.103272