Современный человек окружен огромным количеством химических соединений, созданных человеком и отсутствующих в естественной среде. Влияние этих веществ на здоровье, как правило, недостаточно исследовано. В новой работе авторы применили инновационную платформу для высокопроизводительного скрининга и изучили воздействие 1823 химических веществ на олигодендроциты – клетки, поддерживающие функционирование нейронов мозга. Было установлено, что некоторые широко используемые в быту четвертичные производные аммония (используемые в косметике и дезинфицирующих средствах) и определенные фосфорорганические соединения (негорючие добавки) проявляют токсическое воздействие на олигодендроциты или препятствуют их нормальному развитию.
За недолгую историю своего существования люди создали, синтезировали и выбросили в окружающую среду огромное количество ксенобиотиков — химических соединений, в основном органического происхождения, которые отсутствуют в природе. Иногда они разлагаются крайне медленно разлагаются и оказывают плохо предсказуемый эффект на живые организмы, в том числе людей. Чтобы его описать, необходимо рассматривать множество веществ и их групп по отдельности и помнить, что в человеческом теле уживаются много разных клеток. Они отличаются набором рецепторов на поверхности и активностью генов, что определяет и разную чувствительность к чужеродным химическим веществам.
Авторы новой статьи в Nature Neuroscience взяли на себя конкретную часть этой большой задачи. Они выяснили, какие из распространенных химикатов влияют на рост олигодендроцитов — клеток глии, которые обслуживают работу нейронов в мозге. Точнее, служат изолирующей «обмоткой» для аксонов, способствуя быстрой передаче нервного импульса. Конструкция очень напоминает рулет, в котором нейрон служит «начинкой», завернутой в многочисленные слои глиальной клетки вместо теста.
Для поддержания нормального функционирования организма крайне важны олигодендроциты мозга — их дефицит может провоцировать развитие различных заболеваний, в том числе рассеянный склероз. Однако, при исследовании воздействия ксенобиотиков на мозг, им, в отличие от нервных клеток, обычно уделяется меньше внимания.
Для проведения нового исследования ученые разработали уникальную платформу, предназначенную для высокопроизводительного химического скрининга, что позволяет оценить воздействие химических веществ на клетки. В нее входит компьютерное моделирование, а также культивирование клеток и органоидов — трехмерных структур, имитирующих реальный орган человека, — их подвергали действию препаратов в эксперименте.
В ходе исследования было проанализировано 1823 соединения, широко применяемые в быту и промышленности и, как следствие, регулярно проникающие в организм человека. Подавляющее большинство из них (1539) не оказали влияния на олигодендроциты. Однако развитие клеток было заметно изменено 71 веществом, причем 22 из них ускорили этот процесс. Речь идет о соединениях, воздействующих на рецепторы тиреоидных гормонов, синтезируемых щитовидной железой. Роль этих соединений в дифференциации олигодендроцитов из предшественников ранее была известна ученым.
В то же время, рост этих клеток был нарушен 49 препаратами. Например, соединения четвертичного аммония проявили токсическое воздействие на олигодендроциты — клетки погибали за счет неспецифической реакции на стресс по механизму программируемой клеточной смерти (апоптоза). Результат настораживает, так как четвертичные производные аммония активно добавляют в косметику (в том числе кондиционеры для волос) и применяют для дезинфекции. Множество таких обеззараживающих средств (например, бензалкония хлорид) рекомендовали использовать для защиты от коронавируса во время пандемии Covid-19.
Органофосфаты, применяемые в качестве антипиренов для предотвращения возгорания добавок, не оказывали губительного воздействия на олигодендроциты, однако замедляли их созревание. Исследователи отмечают, что эти соединения способны преодолевать гемато-энцефалический барьер (ГЭБ) и оказывать влияние на развитие мозга ребенка как в период внутриутробного развития, так и после рождения.
Для бис(1,3-дихлор-2-пропионо)фосфата (BDCIPP), являющегося одним из органофосфатных диэфиров, были проведены эпидемиологические исследования. Это вещество было выявлено в моче практически у всех обследованных детей (у 99 процентов), и установлено, что воздействие BDCIPP связано с определенными признаками патологии развития мозга: грубыми двигательными нарушениями, потребностью в специальных условиях обучения и наблюдении у психиатра.