Оценка бионакопления и токсического действия наночастиц оксидов алюминия и молибдена, используемых в качестве активного компонента бактерицидных средств

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Введение. Наночастицы (НЧ) оксида алюминия (Al2O3) и оксида молибдена (MoO3) обладают потенциалом применения в качестве активного компонента бактерицидных средств. Одновременно с этим в научной литературе имеются сведения о негативных эффектах данных НЧ для организма. В связи с этим актуальным является изучение и сравнительный анализ токсичности НЧ Al2O3 и MoO3.

Материал и методы. Исследованы физические свойства НЧ Al2O3 и MoO3. В эксперименте на крысах линии Wistar изучены особенности бионакопления и токсического действия тестируемых наноматериалов при многократной ингаляционной экспозиции. 

Результаты. По параметрам размера, формы, площади поверхности и суммарного объёма пор изучаемые образцы являются наноматериалами. При экспозиции НЧ Al2O3 установлено статистически значимое относительно контроля увеличение концентрации алюминия в лёгких, головном мозге, печени и крови; при экспозиции НЧ MoO3 — молибдена в сердце, лёгких, головном мозге, почках и крови. При экспозиции НЧ MoO3 установлен более широкий спектр измененных относительно контроля биохимических показателей негативных эффектов (повышение активности щелочной фосфатазы (ЩФ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ), концентрации билирубина общего и прямого, мочевины, креатинина), чем при экспозиции НЧ Al2O3 (повышение активности аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартатаминотрансферазы (АСТ), ЩФ, ЛДГ, концентрации билирубина прямого).

Патоморфологические изменения тканей лёгких, головного мозга, сердца и печени установлены при воздействии НЧ Al2O3; тканей лёгких, головного мозга и печени — при воздействии НЧ MoO3. Однако изменения тканей при экспозиции НЧ MoO3 более выражены, что при воздействии НЧ Al2O3. 

Ограничения исследования. Исследование выполнено только при многократной ингаляционной экспозиции НЧ Al2O3 и MoO3 на крысах линии Wistar.

Заключение. Различия в токсикокинетике НЧ Al2O3 и MoO3 не позволяет выделить среди них более опасное для здоровья человека, в связи с чем необходимы дополнительные исследования.

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 (протоколы № 5 и 6 от 20.01.2021 г.).

Конфликт интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Исследование выполнено за счёт федерального бюджета.

Поступила в редакцию: 23 января 2023 / Принята в печать: 26 мая 2023 / Опубликована: 30 июня 2023

Об авторах

Марк Сергеевич Степанков

ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Автор, ответственный за переписку.
Email: stepankov@fcrisk.ru

Аспирант, младший научный сотрудник отдела биохимических и цитогенетических методов диагностики ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Роспотребнадзора, 614045, Пермь, Российская Федерация. 

e-mail: stepankov@fcrisk.ru

Россия

Список литературы

  1. Global nanomaterials market (2021 to 2029) – featuring BASF, Bayer and Chasm Technologies among others. Research and Markets. Available at: https://clck.ru/34jnqj (accessed 05.12.2022)
  2. Nanotechnology market – size, share, COVID impact analysis and forecast to 2027. Research and Markets. Available at: https://clck.ru/34kxtw (accessed 05.12.2022)
  3. Borodianskiy K., Zinigrad M. Nanomaterials applications in modern metallurgical processes. Diffusion Foundations. 2016; 9: 30–41. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DF.9.30
  4. Neme K., Nafady A., Uddin S., et al. Application of nanotechnology in agriculture, postharvest loss reduction and food processing: food security implication and challenges. Heliyon. 2021; 7(12): 1–12. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e08539
  5. Shafique M., Luo X. Nanotechnology in transportation vehicles: an overview of Its applications, environmental, health and safety concerns. Materials (Basel). 2019; 12(15): 1–32. https://doi.org/10.3390/ma12152493
  6. Salata O.V. Applications of nanoparticles in biology and medicine. J. Nanobiotechnology. 2004; 2(1): 1–6. https://doi.org/10.1186/1477-3155-2-3
  7. Xie G., Bai H., Miao G. The applications of ultra-thin nanofilm for aerospace advanced manufacturing technology. Nanomaterials (Basel). 2021; 11(12): 1–9. https://doi.org/10.3390/nano11123282
  8. Fu L., Liao K., Tang B. Applications of graphene and Its derivatives in the upstream oil and gas industry: a systematic review. Nanomaterials (Basel). 2020; 10(6): 1–31. https://doi.org/10.3390/nano10061013
  9. Shafiq M., Anjum S., Hano C., et al. An Overview of the Applications of Nanomaterials and Nanodevices in the Food Industry. Foods. 2020; 9(2): 1–27. https://doi.org/10.3390/foods9020148
  10. Piracha S., Saleem S., Momil et al. Nanoparticle: role in chemical industries, potential sources and chemical catalysis applications. Sch. Int. J. Chem. Mater. Sci. 2021; 4(4): 40–5. https://doi.org/10.36348/sijcms.2021.v04i04.006
  11. Rouch D.A., Lee B.T., Morby A.P. Understanding cellular responses to toxic agents: a model for mechanism‐choice in bacterial metal resistance. J. Ind. Microbiol. 1995; 14(2): 132–41. https://doi.org/10.1007/BF01569895
  12. Xu C., Akakuru O.U., Zheng J., Wu A. Applications of Iron Oxide-Based Magnetic Nanoparticles in the Diagnosis and Treatment of Bacterial Infections. Front. Bioeng. Biotechnol. 2019; 7: 1–17. https://doi.org/10.3389/fbioe.2019.00141
  13. Gold K., Slay B., Knackstedt M., Gaharwar A.K. Antimicrobial Activity of Metal and Metal-Oxide Based Nanoparticles. Adv. Ther. 2018; 1(3): 1–15. https://doi.org/10.1002/adtp.201700033
  14. Raghunath A., Perumal E. Metal oxide nanoparticles as antimicrobial agents: A promise for the future. Int. J. Antimicrob. Agents. 2017; 49: 137–52. https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2016.11.011
  15. Susanty D., Haris M.S., Taher M., Khotib J. Natural Products-Based Metallic Nanoparticles as Antimicrobial Agents. Front. Pharmacol. 2022; 13: 1–14. https://doi.org/10.3389/fphar.2022.895616
  16. Sanchez-Lopez E., Gomes D., Esteruelas G., et al. Metal-Based Nanoparticles as Antimicrobial Agents: An Overview. Nanomaterials. 2020; 10(2): 1–39. https://doi.org/10.3390/nano10020292
  17. Gudkov S.V., Burmistrov D.E., Smirnova V.V. et al. A Mini Review of Antibacterial Properties of Al2O3 Nanoparticles. Nanomaterials. 2022; 12(15): 1–17. https://doi.org/10.3390/nano12152635
  18. Picarra S., Lopes E., Almeida P. Novel coating containing molybdenum oxide nanoparticles to reduce Staphylococcus aureus contamination on inanimate surfaces. PLoS One. 2019; 14(3): 1–11. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0213151
  19. Dighore N., Jadhav S., Anandgaonker P., et al. Molybdenum Oxide Nanoparticles as Antimicrobial Agents. J. Clust. Sci. 2017; 28: 109–18. https://doi.org/10.1007/s10876-016-1048-1
  20. 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
  21. Fakhri A., Nejad P.A. Antimicrobal, antioxidant and cytotoxic effect of molybdenum trioxide nanoparticles and application of this for degradation of ketamine under different light illumination. J. Photochem. Photobiol. B. 2016; 159: 211–7. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2016.04.002
  22. Arul Prakash F., Dushendra Babu G.J., Lavanya M., et al. Toxicity studies of aluminium oxide nanoparticles in cell lines. Int. J. Nanotech. Appl. 2011; 5(2): 99–107.
  23. El-Hussainy el-H.M., Hussein A.M., Abdel-Aziz A. et al. Effects of aluminum oxide (Al2O3) nanoparticles on ECG, myocardial inflammatory cytokines, redox state, and connexin 43 and lipid profile in rats: possible cardioprotective effect of gallic acid. Can. J. Physiol. Pharmacol. 2016; 94(8): 868–78. https://doi.org/10.1139/cjpp-2015-0446
  24. 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
  25. Chen L., Yokel R., Henning B., et al. Manufactured aluminum oxide nanoparticles decrease expression of tight junction proteins in brain vasculature. J. Neuroimmune. Pharmacol. 2008; 3(4): 286–95. https://doi.org/10.1007/s11481-008-9131-5
  26. Pham-Huy L.A., He H., Pham-Huy C. Free radicals, antioxidants in disease and health. Int. J. Biomed. Sci. 2008; 4(2): 89–96.
  27. Phanindra A., Jestadi D.B., Periyasamy L. Free radicals: properties, sources, targets, and their implication in various diseases. Indian J. Clin. Biochem. 2015; 30(1): 11–26. https://doi.org/10.1007%2Fs12291-014-0446-0
  28. Božinović K., Nestić D., Centra U.G. et al. In-vitro toxicity of molybdenum trioxide nanoparticles on human keratinocytes. Toxicology. 2020; 444: 1–11. https://doi.org/10.1016/j.tox.2020.152564
  29. Sirajuddin A., Raparia K., Lewis V.A., et al. Primary pulmonary lymphoid lesions: radiologic and pathologic findings. Radiographics. 2016; 36(1): 53–70. https://doi.org/10.1148/rg.2016140339
  30. Kaptein F.H.J., Kroft L.J.M., Hammerschlag G., et al. Pulmonary infarction in acute pulmonary embolism. Thromb. Res. 2021; 202: 162–9. https://doi.org/10.1016/j.thromres.2021.03.022
  31. 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
  32. 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://dx.doi.org/10.1093/toxsci/kfi256
  33. Strukov A.I., Serov V.V. Pathological anatomy a textbook [Patologicheskaya anatomiya: uchebnik]. Мoscow: Litterra; 2010 (In Russian)
  34. Струков А.И., Серов В.В. Патологическая анатомия: учебник. М.: Литтерра; 2010.
  35. 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
  36. Carvajai S., Perramón M., Oró D. et al. Cerium oxide nanoparticles display antilipogenic effect in rats with non-alcoholic fatty liver disease. Sci. Rep. 2019; 9(1): 1–21. https://doi.org/10.1038/s41598-019-49262-2
  37. Nazarenko G.I., Kishkun A.A. Clinical evaluation of laboratory results [Klinicheskaya ocenka rezul’tatov laboratornyh issledovanij]. Мoscow: Medicina; 2006. (In Russian)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Степанков М.С., 2023


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.