已知铁对脑细胞是有毒的，并且认为微小的磁性铁颗粒（磁铁矿）参与了神经疾病的发展。 现在，我们第一次了 确定 这些高反应性粒子在人类大脑中的大量存在。
以往的研究 建议 阿尔茨海默氏症患者大脑中磁铁矿数量增加，这些颗粒可能与疾病的发展有关。 我们想知道这个增加的大脑磁铁矿是否可能来自吸入污染的空气。
由磁铁矿（称为磁铁矿纳米球）制成的非常小的圆形颗粒在城市空气污染中是非常丰富的。 它们在高温下形成，并在冷却时像富铁液滴一样冷凝。 这些粒子的直径从小于5nm（纳米）到大于100nm（为了比较，HIV是直径为120nm），并且经常与由其他金属制成的污染颗粒一起被发现。
车辆是这些磁铁矿纳米球的主要来源。 它们由燃料燃烧（特别是柴油），发动机缸体的铁磨损以及刹车片的摩擦加热产生。 除了一些职业环境之外，高浓度的磁铁矿污染纳米颗粒可能在室内通过明火或用于烹饪或加热的密封不良的炉灶产生。
较大的磁铁矿颗粒直径可以大于10微米（约为云水滴的大小），来自工业来源，如发电站，但只有小于200nm的磁铁矿污染颗粒才能通过呼吸直接进入大脑通过鼻子。 然后他们可以穿过嗅球的神经细胞（参见图解）。
绕过血脑屏障。 Patrick J. Lynch，CC BY血脑屏障 - 防止有害物质进入大脑的保护性细胞壁 - 并不能防止这种类型的鼻进入，所以这些小颗粒可以相对不受阻碍地进入大脑。 在纳米粒子进入这些嗅觉区域之后，它们可以扩散到大脑的其他部分，包括海马和大脑皮层，这些区域是阿尔茨海默氏病的感染区域。
磁铁矿在脑中的存在可能引发导致神经退行性疾病的事件。 磁铁矿含有两种类型的铁的混合物，称为铁和亚铁。 亚铁已被证明是一种有效的催化剂，用于生产称为“活性氧物质”的非常活泼和破坏性的分子。 由这些类型的分子引起的脑损伤是已知的 发生得很早 在阿尔茨海默病的过程中。
在这种疾病的大脑中的一个关键的变化是形成“老年斑“，这是在神经细胞之间发现的异常蛋白质团块。 磁铁矿颗粒被发现与这些直接相关 老年斑并且增强在每个中心发现的蛋白质的毒性。
为了检查人类大脑中是否存在外部磁铁矿，我们使用磁学，电子显微镜和其他技术来检测37尸体的脑部样本，这些尸体是在墨西哥城或曼彻斯特居住的三岁至92年的死亡时期，英国。 我们发现很多高度磁性的脑部样本来自墨西哥城的40年龄段的暴露于高空气污染水平的人群，以及年龄较大的曼彻斯特病例（死亡年数超过65年），中度至重度阿尔茨海默病。
脑部样品中的大多数磁铁矿颗粒是球形的，其大小和形状与人和动物中天然存在的磁铁矿颗粒不同。 它们的直径范围从5nm到150nm，并且与包含其他金属（例如铂，镍和钴）的纳米颗粒一起被发现，这些金属在大脑中不会自然发生。 我们还使用酶从脑中提取了磁铁矿颗粒。 该酶溶解脑组织并保持磁性颗粒完整。 然后用磁铁提取这些颗粒。 这些粒子与空气污染中发现的磁铁矿纳米球相当匹配。
由于不足5％的阿尔茨海默病病例是直接遗传的，所以环境可能在该疾病中起主要作用。 由于它们的组合非常微小，已知对大脑有毒，并且在空气污染中很常见，所以需要检查磁铁矿污染纳米颗粒作为脑疾病（包括阿尔茨海默氏病）的可能风险。 如果发现与人类健康的联系，这将对限制暴露于这类空气污染的法律产生重大影响。
作者简介
Barbara Maher，兰开斯特大学环境科学教授。 兰开斯特世界领先的环境磁性与古磁性研究中心联合主任
兰开斯特大学神经科学教授David Allso
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