Die mütterliche Exposition gegenüber Luftverschmutzung wird epidemiologisch zunehmend mit ungünstigen Schwangerschaftsausgängen wie Frühgeburtlichkeit und niedrigem Geburtsgewicht in Verbindung gebracht. Zu den neu auftretenden Schadstoffen zählen Cerdioxid-Nanopartikel, sogenannte Nanoceria, die als katalytische Additive in Dieselkraftstoffen und Zigaretten verwendet und anschließend in die Umwelt freigesetzt werden. Aufgrund ihres hohen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses und ihrer Reaktivität bilden diese Nanopartikel während der Verbrennung eine Oberflächenbeschichtung aus, die weitere aus den Kraftstoffen stammende Verbindungen einlagern kann. Dies ist der Fall bei Benzo[a]pyren, einem polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoff, der als krebserzeugend, mutagen und reproduktionstoxisch gilt, was die Frage nach der kombinierten Wirkung dieser beiden Schadstoffe auf die menschliche Gesundheit aufwirft.
Um sich realen Umweltbedingungen anzunähern, stellten die Autoren mit Benzo[a]pyren beschichtete Cerdioxid-Nanopartikel her und exponierten damit primäre humane Trophoblasten sowie Chorionzotten. Die Plazenta, ein komplexes transientes Organ, gewährleistet den Austausch zwischen Mutter und Fötus sowie eine endokrine Funktion. Ihre funktionelle Einheit, die Chorionzotte, ist vom Synzytiotrophoblasten bedeckt, einer mehrkernigen Schicht, die durch die Fusion der darunterliegenden villösen Zytotrophoblasten erneuert wird. Die Forscher untersuchten insbesondere die Aktivierung des Signalwegs des Arylhydrocarbon-Rezeptors (AhR), die trophoblastäre Differenzierungsfähigkeit, die Synzytiumbildung, den mitochondrialen Phänotyp und die mitochondriale Funktion sowie die plazentare Steroidogenese.
Die mit Benzo[a]pyren beschichteten Nanopartikel aktivieren den AhR-Signalweg und fördern die trophoblastäre Differenzierung sowie die Synzytiumbildung, wobei sich die Effekte von denen von Benzo[a]pyren oder den Nanopartikeln allein sowie von deren bloßer, nicht gebundener Mischung unterscheiden. Bemerkenswerterweise übte die niedrigste Dosis den ausgeprägtesten Effekt auf die Differenzierung und die AhR-Aktivierung aus: Die Analyse der Internalisierung zeigt, dass dieses Ergebnis nicht auf eine höhere zelluläre Aufnahme zurückzuführen ist, sondern auf eine bessere Bioverfügbarkeit, wobei sich die Bioverfügbarkeit als ausschlaggebender erweist als die absolute intrazelluläre Beladung. Das Team bestätigt darüber hinaus, dass die Internalisierung über einen von Lipid Rafts abhängigen Weg erfolgt. Die unbeschichteten Nanopartikel störten für sich allein die mitochondriale Homöostase und veränderten die plazentare Steroidogenese, indem sie den Estron-Spiegel erhöhten und den Dehydroepiandrosteron-Spiegel senkten, mit vom plazentaren Geschlecht abhängigen Effekten. Während die Einzelexpositionen keinen nachweisbaren Einfluss auf die zelluläre Atmung hatten, führte eine parallele Ko-Exposition zu einer geringfügigen, aber signifikanten Verringerung der basalen Atmung.
Diese Arbeit weist darauf hin, dass Cerdioxid-Nanopartikel die biologischen Effekte von Benzo[a]pyren in der menschlichen Plazenta modulieren können, indem sie die trophoblastäre Differenzierung beeinflussen und die mitochondriale Homöostase sowie die Steroidproduktion stören. Die Autoren betonen die Bedeutung, an Nanopartikel gebundene Schadstoffe in Exposom-Studien zu berücksichtigen, da diese Formen eine andere Bioverfügbarkeit, Persistenz und metabolische Wirkung aufweisen können als die der freien Schadstoffe, mit potenziellen Folgen für die Schwangerschaftsausgänge in belasteter Umwelt.