Eikosanoidien rooli hengitettyjen nanohiukkasten sydän- ja verisuonitoiminnassa (ECOARM)

Tämä tutkimus tutkii erilaisten nanopartikkelien hengittämisen biologisia vaikutuksia terveillä vapaaehtoisilla. Vertailemme neljää erityyppistä nanopartikkelia: dieselpakokaasun nanopartikkelit (nanohiukkaset, jossa on monimutkainen kemikaalien seos), hiilimustan nanohiukkasia ("yksinkertainen, puhdas" hiilinanohiukkanen) ja kahta eri kokoista grafeenioksidia (hiilen litteitä hiutaleita), sekä suodatetun ilman hengittäminen vertailun vuoksi. Vapaaehtoiset jaetaan satunnaisesti kahteen ryhmään ja jokainen altistetaan kolmelle nanohiukkaselle erikseen satunnaistetussa järjestyksessä siten, että altistusten välillä on vähintään 2 viikkoa (kohorttitutkimus kaksoissokkoutetulla satunnaistetulla ristikkäissuunnittelulla).

Seulontakäynti Rekrytoidaan 30 tervettä tupakoimatonta vapaaehtoista. Vapaaehtoinen osallistuu seulontavierailulle Edinburghin kuninkaallisen sairaalan (RIE) kliiniseen tutkimuslaitokseen (CRF). Kelpoisuus vahvistetaan ja suostumus otetaan. Tehdään keuhkojen toiminnan (FEV1, FVC), verenpaineen ja veren biokemian perusmittaukset. Osallistujaa pyydetään suorittamaan lyhyt harjoitustesti paikallaan polkupyörällä päätutkimuksen polkupyörän kuormituksen määrittämiseksi.

Opintokäynti Jokaisella vierailulla CRF:ssä tehdään perustoimenpiteet. Osallistuja viedään liikkuvaan laitokseen hengittämään sisään tietyn määrän nanopartikkeleita (tavoitepitoisuus 200 mikrogrammaa kuutiometrissä) kasvonaamion kautta 2 tunnin ajaksi ajoittain pyöräillessä. Liikkuva altistuskammio mahdollistaa sen, että vapaaehtoiset voivat hengittää tiettyjä ilman epäpuhtauksia (tyypillisiä kaupunkiympäristölle), nanohiukkasia tai kaasuja tarkalla pitoisuudella harjoituksen aikana. Nanohiukkasia saadaan standardeina vertailumateriaaleina tai mukautetulla synteesillä Manchesterin yliopiston National Graphene Institutessa. Kaikki nanopartikkelien suspensiot ovat hyvin karakterisoituja, kontaminaatiovapaita ja niitä on testattu laajasti prekliinisissä malleissa.

Altistuksen jälkeen osallistuja palaa CRF:ään ja keuhkojen toimintaan sekä verenpaineen uudelleen mittaukseen. Veri otetaan käsivarren suuresta laskimoon olevasta kanyylistä tiettyinä aikoina altistuksen jälkeen (15 min, 2 h, 4 h) eikosanoidien ja muiden hematologisen vasteen (esim. tulehdusvasteen) indikaattoreiden mittaamiseksi. Veri vedetään hitaasti (10 ml/min 5 minuutin ajan) putken kautta pieneen laitteeseen, jota kutsutaan Badimon Chamberiksi, joka mittaa kuinka helposti veri hyytyy. Käsivarren verisuonten herkkyys mitataan sitten kyynärvarren pletysmografia-nimisellä tekniikalla. Tässä hihansuut täytetään ranteen ja käsivarren yläosan ympärille, ja verenkiertoa mitataan herkällä mittarilla kyynärvarren ympäriltä. Käsivarren valtimoon infusoidaan kahta eri verisuonia laajentavaa lääkettä (asetyylikoliini ja natriumnitroprussidi), jotta nähdään, kuinka nanohiukkasten altistuminen on muuttanut tapaa, jolla käsivarren verisuonet reagoivat näihin lääkkeisiin. Veri otetaan myös jokaisen lääkkeen jälkeen valtimoiden seinämästä vapautuvien aineiden mittaamiseksi, jotta saadaan lisätietoa valtimon terveydestä. Kanyyli poistetaan ja keuhkojen toiminta ja verenpaine mitataan uudelleen. Osallistuja saa levätä ruoan ja juoman kera ennen sairaalasta poistumista.

Biologisia näytteitä (veri ja virtsa) käytetään sydän- ja verisuoniparametrien mittaamiseen RIE:ssä ja Edinburghin yliopistossa. Tutkimuksen ensisijainen päätepiste on eikosanoideiksi kutsuttujen lipidivälittäjien paneelin mittaus, jonka suorittavat yhteistyökumppanimme Highlands and Islandsin yliopistossa, joilla on erikoistuneet lipidomiset tilat ja kokemusta tällä alalla.

Lyhennetty protokolla Lisäksi 12 vapaaehtoista rekrytoidaan suorittamaan lyhennetty versio pääprotokollasta. Protokolla on identtinen yllä olevan kanssa sillä poikkeuksella, että kyynärvarren verenkierto, Badimon-tutkimus ja t=4 aikapiste on poistettu. Näitä tutkimuksia käytetään mahdollistamaan nanohiukkasten vaikutuksen lisäseuranta ensikäyntien aikana.