Исследование и оценка подострой токсичности наночастиц оксида молибдена (VI) при ингаляционном пути поступления в организм крыс линии Wistar в сравнении с микроразмерным химическим аналогом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Наночастицы оксида молибдена (VI) (НЧ МоО3) активно внедряются в практическое использование в составе катализаторов, оптики, пластика, текстиля, покрытий и смазочных материалов, газовых сенсоров и в процессах переработки сырой нефти. Известно, что НЧ МоО3 при взаимодействии с живыми системами проявляют токсические свойства. Загрязнение атмосферного воздуха потенциально опасными НЧ МоО3 может способствовать ингаляционной экспозиции населения и, как следствие, развитию нарушений здоровья, вызванных токсическим действием наноматериала. В связи с этим актуально изучение негативных эффектов, обусловленных НЧ МоО3, поступающими в организм при аэрогенной экспозиции.

Цель работы — исследование и оценка подострой токсичности НЧ МоО3 при ингаляционном пути поступления в организм в сравнении с микроразмерным химическим аналогом.

Материалы и методы. Исследованы физические свойства НЧ МоО3 в сравнении с микрочастицами (МЧ). В эксперименте на крысах линии Wistar выполнен сравнительный анализ и дана характеристика патогенетических особенностей токсического действия частиц при подострой ингаляционной экспозиции в концентрации 1,84 мг/м3.

Результаты. По совокупности физических свойств исследуемый образец МоО3 является наноматериалом со средним размером частиц 58,8 нм, составляющих 84,2% от общего количества частиц. НЧ МоО3 накапливаются в сердце, лёгких, почках и головном мозге. Концентрация молибдена в 2,5–15,85 раза выше контрольных уровней. Наибольшее содержание изучаемого элемента установлено в лёгких. Бионакопление МЧ МоО3 отмечено только в лёгких, при этом концентрация молибдена в 3 раза ниже в сравнении с экспозицией НЧ. При экспозиции НЧ МоО3 отмечены более выраженные изменения биохимических (увеличение активности ЩФ, ЛДГ, концентрации билирубина общего и креатинина в 1,29–2,11 раза) и гематологических (снижение количества тромбоцитов и тромбокрита в 1,2 раза) параметров крови относительно воздействия микроразмерного аналога. При воздействии НЧ и МЧ МоО3 развиваются патоморфологические изменения тканей лёгких, головного мозга и печени. При экспозиции НЧ установлены компенсаторная эмфизема в лёгких, очаговый микровезикулярный стеатоз гепатоцитов и острое полнокровие в печени, не выявленные при экспозиции МЧ.

Ограничения исследования. Исследование выполнено только при подострой ингаляционной экспозиции НЧ и МЧ МоО3 на крысах линии Wistar.

Заключение. НЧ МоО3 обладают большей степенью бионакопления и токсичности относительно МЧ. Результаты исследования позволяют расширить теоретические представления и получить новые знания в области нанотоксикологии об особенностях токсического действия наноразмерного МоО3 при многократном ингаляционном поступлении в организм в концентрации 1,84 мг/м3.

Соблюдение этических стандартов. Исследование выполнено в соответствии с Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных или в иных научных целях (ETS № 123), и требованиями этического комитета ФНЦ Медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения (протокол № 6 от 20.01.2021 г.).

Участие авторов:
Землянова М.А. — концепция и дизайн исследования, обработка материала, написание текста;
Зайцева Н.В. — концепция и дизайн исследования, статистическая обработка материала, редактирование;
Степанков М.С. — сбор материала, обработка материала.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование выполнено за счёт федерального бюджета.

Поступила: 21.08.2023 / Принята к печати: 26.09.2023 / Опубликована: 20.11.2023

Об авторах

Марина Александровна Землянова

ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»;
ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: zem@fcrisk.ru
ORCID iD: 0000-0002-8013-9613

Заведующая отделом биохимических и цитогенетических методов диагностики ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения», доктор медицинских наук, профессор; Россия, Пермь, ул. Монастырская, д. 82

e-mail: zem@fcrisk.ru

Россия

Нина Владимировна Зайцева

ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»;
ФГБУ «Российская академия наук»

Email: znv@fcrisk.ru
ORCID iD: 0000-0003-2356-1145

Научный руководитель ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения», доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, 614045, Россия, Пермь, ул. Монастырская, д. 82

e-mail: znv@fcrisk.ru

Россия

Марк Сергеевич Степанков

ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»

Email: stepankov@fcrisk.ru
ORCID iD: 0000-0002-7226-7682

Младший научный сотрудник, аспирант ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» 614045, Россия, Пермь, ул. Монастырская, д. 82

e-mail: stepankov@fcrisk.ru

Россия

Список литературы

  1. han I., Saeed K., Khan I. Nanoparticles: Properties, applications and toxicities. Arab. J. Chem. 2019; 12(7): 908–31. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2017.05.011
  2. ReportLinker. Molybdenum Oxide Nanopowder Global Market Report – 2023. Available at: https://www.reportlinker.com/p06456748/Molybdenum-Trioxide-Nanopowder-Global-Market-Report.html
  3. Transparency Market Research. Molybdenum Trioxide Nanopowder Market. Available at: https://www.transparencymarketresearch.com/molybdenum-trioxide-nanopowder-market.html
  4. Паренаго О.П., Бакунин В.Н., Кузьмина Г.Н., Суслов А.Ю., Веде-неева Л.М. Наночастицы сульфидов молибдена – новый класс добавок к углеводородным смазочным материалам. Доклады академии наук. 2002; 383(1): 84–6. https://elibrary.ru/ukifel
  5. Sobańska Z., Zapór L., Szparaga M., Stȩpnik M. Biological effects of molybdenum compounds in nanosized forms under in vitro and in vivo conditions. Int. J. Occup. Med. Environ. Health. 2020; 33(1): 1–19. https://doi.org/10.13075/ijomeh.1896.01411
  6. Sonwani S., Madaan S., Arora J., Suryanarayan S., Rangra D., Mongia N., et al. Inhalation exposure to atmospheric nanoparticles and Its associated impacts on human health: a review. Front. Sustain. Cities. 2021; 3: 1–20. https://doi.org/10.3389/frsc.2021.690444
  7. Indrakumar J., Korrapati P.S. Steering efficacy of nano molybdenum towards cancer: Mechanism of action. Biol. Trace Elem. Res. 2020; 194(1): 121–34. https://doi.org/10.1007/s12011-019-01742-2
  8. Božinović K., Nestić D., Centra U.G., Ambriović-Ristov A., Dekanić A., de Bisschop L., et al. In-vitro toxicity of molybdenum trioxide nanoparticles on human keratinocytes. Toxicology. 2020; 444: 152564. https://doi.org/10.1016/j.tox.2020.152564
  9. Tran T.A., Krishnamoorthy K., Song Y.W., Cho S.K., Kim S.J. Toxicity of nano molybdenum trioxide toward invasive breast cancer cells. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014; 6(4): 2980–6. https://doi.org/10.1021/am405586d
  10. Assadi F., Amirmoghadami H.R., Shamseddin M., Nedaei K., Heidari A. Effect of molybdenum trioxide nanoparticles (MoO3 NPs) on thyroid hormones in female rats. J. Hum. Environ. Health Promot. 2016; 1(4): 189–95. https://doi.org/10.29252/jhehp.1.4.189
  11. Сизова Е.А., Мирошников С.А., Калашников В.В. Цитоморфологические и биохимические показатели крыс линии Wistar под влиянием молибденсодержащих наночастиц. Сельскохозяйственная биология. 2016; 51(6): 929–36. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2016.6.929rus https://elibrary.ru/xgvren
  12. Fazelipour S., Assadi F., Tootian Z., Sheibani M.T., Dahmardeh M., Zentabvar O., et al. Effect of molybdenum trioxide nanoparticles on histological changes of uterus and biochemical parameters of blood serum in rat. Comp. Clin. Pathol. 2020; 29(6): 991–9. https://doi.org/10.1007/s00580-020-03137-5
  13. Zhang N., Xiong G., Liu Z. Toxicity of metal-based nanoparticles: Challenges in the nano era. Front. Bioeng. Biotechnol. 2022; 10: 1001572. https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.1001572
  14. Peña-Bahamonde J., Wu C., Fanourakis S.K., Louie S.M., Bao J., Rodrigues D.F. Oxidation state of Mo affects dissolution and visible-light photocatalytic activity of MoO3 nanostructures. J. Catal. 2020; 381(1): 508–19. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.11.035
  15. Moldoveanu B., Otmishi P., Jani P., Walker J., Sarmiento X., Guardiola J., et al. Inflammatory mechanisms in the lung. J. Inflamm. Res. 2009; 2: 1–11.
  16. Sirajuddin A., Raparia K., Lewis V.A., Franks T.J., Dhand S., Galvin J.R., et al. Primary pulmonary lymphoid lesions: radiologic and pathologic findings. Radiographics. 2016; 36(1): 53–70. https://doi.org/10.1148/rg.2016140339
  17. Lentsch A.B., Ward P.A. Regulation of inflammatory vascular damage. J. Pathol. 2000; 190(3): 343–8. https://clck.ru/36cVko
  18. Kaptein F.H.J., Kroft L.J.M., Hammerschlag G., Ninaber M.K., Bauer M.P., Huisman M.V., et al. Pulmonary infarction in acute pulmonary embolism. Thromb. Res. 2021; 202: 162–9. https://doi.org/10.1016/j.thromres.2021.03.022
  19. Hsia C.C.W. Signals and mechanisms of compensatory lung growth. J. Appl. Physiol. 2004; 97(5): 1992–8. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00530.2004
  20. Fuller G., Manford M. Subarachnoid hemorrhage. In: Neurology. London: Elsevier; 2010: 72–3.
  21. Weng Y. Investigation of molecular regulation mechanism under the pathophysiology of subarachnoid hemorrhage. Open Life Sci. 2021; 16(1): 1377–92. https://doi.org/10.1515/biol-2021-0138
  22. Струков А.И., Серов В.В. Патологическая анатомия. М.: Литтерра; 2010. https://elibrary.ru/qlvnot
  23. Braydich-Stolle L., Hussain S., Schlager J.J., Hoffman M.C. In vitro cytotoxicity of nanoparticles in mammalian germline stem cells. Toxicol. Sci. 2005; 88(2): 412–9. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfi256
  24. Цыркунов В.М., Прокопчик Н.И., Андреев В.П., Кравчук Р.И. Клиническая морфология печени: дистрофии. Гепатология и гастроэнтерология. 2017; 1(2): 140–51. https://elibrary.ru/fkfyxz
  25. Abdelhalim M.A.K., Jarrar B.M. Gold nanoparticles induced cloudy swelling to hydropic degeneration, cytoplasmic hyaline vacuolation, polymorphism, binucleation, karyopyknosis, karyolysis, karyorrhexis and necrosis in the liver. Lipids Health Dis. 2011; 10: 166. https://doi.org/10.1186/1476-511X-10-166
  26. Li Z.Z., Berk M., McIntyre T.M., Gores G.J., Feldstein A.E. The lysosomal-mitochondrial axis in free fatty acid-induced hepatic lipotoxicity. Hepatology. 2008; 47(5): 1495–503. https://doi.org/10.1002/hep.22183
  27. Carvajai S., Perramón M., Oró D., Casals E., Fernandez-Varo G., Casals G., et al. Cerium oxide nanoparticles display antilipogenic effect in rats with non-alcoholic fatty liver disease. Sci. Rep. 2019; 9(1): 1–20. https://doi.org/10.1038/s41598-019-49262-2
  28. Kapp R.W Jr. Molybdenum. In: Encyclopedia of Toxicology. Waltham: Elsevier; 2014: 383–8.
  29. Назаренко Г.И., Кишкун А.А. Клиническая оценка результатов лабораторных исследований. М.: Медицина; 2006.
  30. Mitchell O., Feldman D.M., Diakow M., Sigal S.H. The pathophysiology of thrombocytopenia in chronic liver disease. Hepat. Med. 2016; 8: 39–50. https://doi.org/10.2147/HMER.S74612

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Землянова М.А., Зайцева Н.В., Степанков М.С., 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 - 37884 от 02.10.2009.