Сравнительный анализ цитологических показателей жидкости бронхоальвеолярного лаважа крыс после однократного воздействия металооксидных наночастиц

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Введение. Производственная деятельность человека (металлургическая и горнодобывающая промышленность, производство и переработка электроники, аккумуляторов) связана с загрязнением воздуха рабочей зоны и среды обитания аэрозолями сложного состава. Наиболее опасными среди компонентов таких аэрозолей считаются ультрамалые частицы нанометрового диапазона, в том числе нанооксиды металлов. В связи с их распространенностью исследования по оценке цитотоксичности металлооксидных наночастиц являются актуальными.

Материал и методы. Суспензии наночастиц (НЧ) CuO, PbO, CdO, Fe2O3, NiO были получены методом лазерной абляции. Исследования проводились на белых аутбредных крысах-самках. Проведена однократная интратрахеальная инстилляция НЧ различной химической природы в дозе 0,5 мг/животное; контрольные животные получали аналогичный объем деионизированной воды. Через 1 сут после введения НЧ у животных проводился бронхоальвеолярный лаваж (БАЛ) с последующей оценкой его цитологических показателей.

Результаты. Цитотоксическое действие исследованных НЧ, исходя из цитологических параметров жидкости БАЛ, изменяется следующим образом (от большего к меньшему): НЧ CuO > НЧ CdO > НЧ PbO > НЧ NiO > НЧ Fe2O3.

Ограничения исследования. Такие физические характеристики наночастиц, как растворимость в воде и биологических жидкостях, заряд, адсорбционная способность, устойчивость к агрегации, гидрофобность, адгезия к поверхности, способность генерировать свободные радикалы, не были изучены. Экстраполяцию данных от грызунов на человека следует проводить с осторожностью, поскольку цитотоксичность охарактеризована только на основе цитологических показателей.

Заключение. Таким образом, сравнительный анализ изменений цитологических показателей бронхоальвеолярного лаважа может быть использован как эффективный скрининговый метод цитотоксического действия НЧ.

Соблюдение этических стандартов. Работа одобрена Локальным независимым этическим комитетом ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора (протокол № 2 от 20.04.2020).

Участие авторов:
Сутункова М.П., Минигалиева И.А., Привалова Л.И. — концепция и дизайн исследования, редактирование;
Клинова С.В., Рябова Ю.В. — проведение эксперимента, сбор и обработка материала, написание текста, редактирование;
Тажигулова А.В. — проведение эксперимента, сбор и обработка материала, редактирование.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Благодарность. Авторы выражают благодарность коллективу Уральского центра коллективного пользования «Современные нанотехнологии» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
и лично директору УЦКП СН, профессору, д.ф-м.н. Шуру Владимиру Яковлевичу за синтез суспензий, исследованных наночастиц заданной характеристики на базе УЦКП СН УрФУ.

Конфликт интересов. Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Дата поступления: 18 мая 2023 / Дата принятия в печать: 03 декабря 2023 / Дата публикации: 29 декабря 2023

 

Об авторах

Светлана Владиславовна Клинова

ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Автор, ответственный за переписку.
Email: klinova.svetlana@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0927-4062

Кандидат биологических наук, научный сотрудник ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, г. Екатеринбург, Российская Федерация

e-mail: klinova.svetlana@gmail.com

Россия

Марина Петровна Сутункова

ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: sutunkova@ymrc.ru
ORCID iD: 0000-0002-1743-7642

Доктор медицинских наук, директор ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: sutunkova@ymrc.ru

Россия

Ильзира Амировна Минигалиева

ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: ilzira-ilzira@ymrc.ru
ORCID iD: 0000-0002-0097-7845

LДоктор биологических наук, заведующая отделом токсикологии и биопрофилактики ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: ilzira-ilzira@ymrc.ru

Россия

Юлия Владимировна Рябова

ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: ryabova@ymrc.ru
ORCID iD: 0000-0003-2677-0479

Заведующая лабораторией научных основ биопрофилактики ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: ryabova@ymrc.ru  

Россия

Анастасия Валерьевна Тажигулова

ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: tazhigulovaav@ymrc.ru
ORCID iD: 0000-0001-9384-8550

Младший научный сотрудник лаборатории научных основ биопрофилактики ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: tazhigulovaav@ymrc.ru

Россия

Лариса Ивановна Привалова

ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: privalovali@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0002-1442-6737

Доктор медицинских наук, профессор, главный научный сотрудник отдела токсикологии и биопрофилактики 
ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: privalovali@yahoo.com

Россия

Список литературы

  1. Privalova L.I., Katsnelson B.A., Loginova N.V., Gurvich V.B., Shur V.Y., Valamina I.E., et al. Subchronic toxicity of copper oxide nanoparticles and its attenuation with the help of a combination of bioprotectors. Int J Mol Sci. 2014, 15(7): 12379-406.
  2. Sukhanova A., Bozrova S., Sokolov P., Berestovoy M., Karaulov A., Nabiev I. Dependence of Nanoparticle Toxicity on Their Physical and Chemical Properties. Nanoscale Res. Lett. 2018; 13(1): 44.
  3. Darquenne C. Aerosol deposition in health and disease. J. Aerosol Med. Pulm. Drug. Deliv. 2012; 25(3): 140–7.
  4. Prasad R.Y., McGee J.K., Killius M.G., Suarez D.A., Blackman C.F., DeMarini D.M., et al. Investigating oxidative stress and inflammatory responses elicited by silver nanoparticles using high-throughput reporter genes in HepG2 cells: effect of size, surface coating, and intracellular uptake. Toxicol. In Vitro. 2013; 27(6): 2013–21.
  5. Huang Y.W., Cambre M., Lee H.J. The Toxicity of Nanoparticles Depends on Multiple Molecular and Physicochemical Mechanisms. Int. J. Mol. Sci. 2017; 18(12): 2702.
  6. Wu Y., Wang M., Luo S., Gu Y., Nie D., Xu Z., et al. Comparative Toxic Effects of Manufactured Nanoparticles and Atmospheric Particulate Matter in Human Lung Epithelial Cells. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2020; 18(1): 22.
  7. Lin W., Huang Y.W., Zhou X.D., Ma Y. In vitro toxicity of silica nanoparticles in human lung cancer cells. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2006; 217(3): 252–9.
  8. Xie S., Zhu J., Yang D., Xu Y., Zhu J., He D. Low Concentrations of Zinc Oxide Nanoparticles Cause Severe Cytotoxicity Through Increased Intracellular Reactive Oxygen Species. J. Biomed. Nanotechnol. 2021; 17(12): 2420–32.
  9. Lai X., Wei Y., Zhao H., Chen S., Bu X., Lu F., et al. The effect of Fe2O3 and ZnO nanoparticles on cytotoxicity and glucose metabolism in lung epithelial cells. J. Appl. Toxicol. 2015; 35(6): 651–64.
  10. Zhang X., Zhang H., Liang X., Zhang J., Tao W., Zhu X., et al. Iron Oxide Nanoparticles Induce Autophagosome Accumulation through Multiple Mechanisms: Lysosome Impairment, Mitochondrial Damage, and ER Stress. Mol. Pharmaceutics. 2016; 13(7): 2578–87.
  11. Liu N., Guan Y., Zhou C., Wang Y., Ma Z., Yao S. Pulmonary and Systemic Toxicity in a Rat Model of Pulmonary Alveolar Proteinosis Induced by Indium-Tin Oxide Nanoparticles. Int. J. Nanomedicine. 2022; 17: 713–31.
  12. Lai X., Zhao H., Zhang Y., Guo K., Xu Y., Chen S., et al. Intranasal Delivery of Copper Oxide Nanoparticles Induces Pulmonary Toxicity and Fibrosis in C57BL/6 mice. Sci. Rep. 2018; 8(1): 4499.
  13. Sutunkova M.P., Solovyeva S.N., Minigalieva I.A., Gurvich V.B., Valamina I.E., Makeyev O.H., et al. Toxic Effects of Low-Level Long-Term Inhalation Exposures of Rats to Nickel Oxide Nanoparticles. Int. J. Mol. Sci. 2019; 20(7): 1778.
  14. Dumková J., Smutná T., Vrlíková L., Le Coustumer P., Večeřa Z., Dočekal B., et al. Sub-chronic inhalation of lead oxide nanoparticles revealed their broad distribution and tissue-specific subcellular localization in target organs. Part. Fibre Toxicol. 2017; 14: 55.
  15. Morimoto Y., Izumi H., Yoshiura Y., Tomonaga T., Lee B.W., Okada T., et al. Comparison of pulmonary inflammatory responses following intratracheal instillation and inhalation of nanoparticles. Nanotoxicology. 2016; 10(5): 607–18.
  16. Grommes J., Soehnlein O. Contribution of neutrophils to acute lung injury. Mol. Med. 2011; 17 (3–4): 293–307.
  17. Privalova L.I., Katsnelson B.A., Osipenko A.B., Yushkov B.N., Babushkina L.G. Response of a phagocyte cell system to products of macrophage breakdown as a probable mechanism of alveolar phagocytosis adaptation to deposition of particles of different cytotoxicity. Environ. Health Perspect. 1980; 35: 205–18.
  18. Chaudhary R.G., Bhusari G.S., Tiple A.D., Rai A.R., Somkuvar S.R., Potbhare A.K., et al. Metal/Metal Oxide Nanoparticles: Toxicity, Applications, and Future Prospects. Curr Pharm Des. 2019; 25(37): 4013–29.
  19. Karlsson H.L., Cronholm P., Gustafsson J., Möller L. Copper oxide nanoparticles are highly toxic: a comparison between metal oxide nanoparticles and carbon nanotubes. Chem. Res. Toxicol. 2008; 21(9): 1726–32.
  20. Pohanka M. Copper and copper nanoparticles toxicity and their impact on basic functions in the body. Bratisl. Lek. Listy. 2019; 120(6): 397–409.
  21. Kwon J.T., Kim Y., Choi S., Yoon B.L., Kim H.S., Shim I., et al. Pulmonary Toxicity and Proteomic Analysis in Bronchoalveolar Lavage Fluids and Lungs of Rats Exposed to Copper Oxide Nanoparticles. Int. J. Mol. Sci. 2022; 23(21): 13265.
  22. Cuillel M., Chevallet M., Charbonnier P., Fauquant C., Pignot-Paintrand I., Arnaud J., et al. Interference of CuO nanoparticles with metal homeostasis in hepatocytes under sub-toxic conditions. Nanoscale. 2014; 6: 1707–15.
  23. The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). Immediately Dangerous To Life or Health (IDLH) Values. Available online: https://www.cdc.gov/niosh/idlh/intridl4.html (accessed on 29 December 2022).
  24. Jeong M.J., Jeon S., Yu H.S., Cho W.S., Lee S., Kang D., et al. Exposure to Nickel Oxide Nanoparticles Induces Acute and Chronic Inflammatory Responses in Rat Lungs and Perturbs the Lung Microbiome. Int. J. Environ. Res. Public. Health. 2022; 19(1): 522.
  25. Bai K.J., Chuang K.J., Chen J.K., Hua H.E., Shen Y.L., Liao W.N., et al. Investigation into the pulmonary inflammopathology of exposure to nickel oxide nanoparticles in mice. Nanomedicine. 2018; 14(7): 2329–39.
  26. Mo Y., Zhang Y., Wan R., Jiang M., Xu Y., Zhang Q. miR-21 mediates nickel nanoparticle-induced pulmonary injury and fibrosis. Nanotoxicology. 2020; 14(9): 1175–97.
  27. Lee S., Hwang S.H., Jeong J., Han Y., Kim S.H., Lee D.K. et al. Nickel oxide nanoparticles can recruit eosinophils in the lungs of rats by the direct release of intracellular eotaxin. Particle and fibre toxicology. 2016; 13(1): 30.
  28. Zhou Y.M., Zhong C.Y., Kennedy I.M., Pinkerton K.E. Pulmonary responses of acute exposure to ultrafine iron particles in healthy adult rats. Environ. Toxicol. 2003; 18(4): 227–35.
  29. Teeguarden J.G., Mikheev V.B., Minard K.R., Forsythe W.C., Wang W., Sharma G., et al. Comparative iron oxide nanoparticle cellular dosimetry and response in mice by the inhalation and liquid cell culture exposure routes. Part. Fibre Toxicol. 2014; 11: 46.
  30. Guo C., Weber R.J.M., Buckley A., Mazzolini J., Robertson S., Delgado-Saborit J.M., et al. Environmentally Relevant Iron Oxide Nanoparticles Produce Limited Acute Pulmonary Effects in Rats at Realistic Exposure Levels. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22(2): 556.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Клинова С.В., Сутункова М.П., Минигалиева И.А., Рябова Ю.В., Тажигулова А.В., Привалова Л.И., 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 81728 от 11 декабря 2013.