已知鐵對腦細胞有毒，並且微小的磁性鐵顆粒（磁鐵礦）被認為與神經疾病的發展有關。 現在，我們第一次有了 確定 這些高反應性粒子在人類大腦中的存在。
以往的研究 建議 阿爾茨海默氏症患者腦中的磁鐵礦含量增加，這些顆粒可能與疾病的發展有關。 我們想知道這種增加的腦磁鐵礦是否可能來自吸入污染的空氣。
由磁鐵礦（稱為磁鐵礦納米球）製成的非常小的圓形顆粒在城市空氣污染中很豐富。 它們在高溫下形成，並在冷卻時凝結成富含鐵的液滴。 這些顆粒的直徑範圍從小於5nm（納米）到大於100nm（為了比較，HIV的直徑為120nm），並且經常與由其他金屬製成的污染顆粒一起發現。
車輛是這些磁鐵礦納米球的主要來源。 它們由燃料燃燒（特別是柴油），發動機缸體的鐵磨損和剎車片的摩擦加熱產生。 除了一些職業環境之外，高濃度的磁鐵礦污染納米顆粒可能在室內通過明火或用於烹飪或加熱的密封不良的爐子產生。
較大的磁鐵礦顆粒直徑可以超過10微米（大約是雲水滴的大小）並且來自工業來源，例如發電站，但只有小於200nm的磁鐵礦污染顆粒可以通過呼吸直接進入大腦通過鼻子。 然後他們可以穿過嗅球的神經細胞（見插圖）。
繞過血腦屏障。 Patrick J. Lynch，CC BY血腦屏障 - 防止有害物質進入大腦的保護性細胞壁 - 不能防止這種類型的鼻腔進入，因此這些小顆粒可以相對不受阻礙地進入大腦。 納米粒子進入這些嗅覺區域後，它們可以擴散到大腦的其他部位，包括海馬和大腦皮層，這些都是阿爾茨海默病的影響區域。
磁鐵礦在大腦中的存在可能引發導致神經退行性疾病的事件。 磁鐵礦含有兩種鐵的混合物，稱為鐵和亞鐵。 已經證明亞鐵是用於產生被稱為“活性氧物質”的非常活潑和破壞性分子的有效催化劑。 已知由這些類型的分子引起的腦損傷 發生得很早 在阿爾茨海默病的過程中。
這種疾病的大腦關鍵變化是“形成”老年斑“，這是在神經細胞之間發現的異常蛋白質團塊。 已發現磁鐵礦顆粒與這些顆粒直接相關 老年斑，以及增強在每個中心發現的蛋白質的毒性。
為了檢查來自外部來源的磁鐵礦是否存在於人腦中，我們使用磁性，電子顯微鏡和其他技術來檢查37屍體的腦樣本 - 死亡時年齡為3至92年 - 曾住在墨西哥城或曼徹斯特，英國。 我們發現，許多高磁性大腦樣本來自墨西哥城40年齡段的人，他們曾暴露於高水平的空氣污染，以及曼徹斯特老年病例（死亡時間超過65年），中度至重度阿爾茨海默病。
大腦樣本中的大多數磁鐵礦顆粒是球形的，並且大小和形狀與人和動物中天然存在的磁鐵礦顆粒不同。 它們的直徑範圍從5nm到150nm，並與含有其他金屬（如鉑，鎳和鈷）的納米粒子一起被發現，這些金屬不會在大腦中自然發生。 我們還使用酶從腦中提取磁鐵礦顆粒。 酶溶解腦組織並使磁鐵礦顆粒保持完整。 然後使用磁鐵提取這些顆粒。 這些顆粒與空氣污染中的磁鐵礦納米球非常匹配。
由於少於5％的阿爾茨海默病病例是直接遺傳的，因此環境可能在該疾病中起主要作用。 由於它們非常微小，已知對大腦有毒，並且在空氣污染中非常常見，因此需要檢查磁鐵礦污染納米粒子作為腦疾病的可能風險，包括阿爾茨海默氏症。 如果發現與人類健康的聯繫，這將對限制暴露於此類空氣污染的法律產生重大影響。
關於作者
Barbara Maher，蘭開斯特大學環境科學教授。 蘭開斯特世界領先的環境磁性與古磁性研究中心聯合主任
David Allso，蘭開斯特大學神經科學教授
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