Исследование и сравнительная оценка бионакопления и негативных эффектов при хроническом ингаляционном воздействии нано- и микрочастиц оксида алюминия в эксперименте

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Введение. В связи с загрязнением атмосферного воздуха наночастицами Al2O3 (НЧ), обладающими отличными от микрочастиц (МЧ) физическими свойствами, актуальным является выявление особенностей негативного воздействия НЧ Al2O3 при длительном ингаляционном поступлении.

Цель работы — исследование и сравнительная оценка бионакопления и негативных эффектов, ассоциированных с хроническим ингаляционным воздействием нано- и микрочастиц Al2O3, в эксперименте.

Материалы и методы. Исследованы физические свойства НЧ Al2O3 в сравнении с МЧ. На крысах линии Wistar определены отличительные особенности бионакопления и негативные эффекты, ассоциированные с хронической ингаляционной экспозицией НЧ Al2O3 в концентрации 0,017 мг/м3
в течение 180 сут.

Результаты. НЧ Al2O3 обладают меньшим размером, большей удельной площадью поверхности и суммарным объёмом пор, что способствует их лучшей по сравнению с МЧ проникающей активности через защитные барьеры. Благодаря этому в соответствующих органах биораспределения НЧ обладают большей степенью бионакопления. Воздействие НЧ вызывает окислительно-восстановительный дисбаланс, цитолиз, гепатотоксический эффект, нарушение процессов возбуждения и торможения нервной системы, тромбоцитоз. При экспозиции МЧ менее выражены окислительно-восстановительный дисбаланс, цитолиз и нарушение нейропередачи возбуждения. НЧ вызывают патоморфологические изменения в виде воспаления и нарушения циркуляции крови в тканях лёгких, нарушения циркуляции крови в головном мозге и печени. При экспозиции МЧ установлено лишь развитие воспалительного процесса в лёгких.

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

Заключение. НЧ Al2O3 обладают более выраженным бионакоплением, большим спектром и степенью проявления негативных эффектов в сравнении с МЧ. Полученные результаты целесообразно применять для повышения эффективности научного обоснования рекомендаций, направленных на предотвращение и минимизацию негативных эффектов со стороны здоровья, ассоциированных с хроническим ингаляционным воздействием НЧ Al2O3.

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 № 3 от 27.03.2018 г.).

Участие авторов:
Землянова М.А. — концепция и дизайн исследования, обработка материала, редактирование;
Степанков М.С. — сбор материала, обработка материала, написание текста.
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: 03.04.2024 / Принята к печати: 19.06.2024 / Опубликована: 17.07.202

Об авторах

Марк Сергеевич Степанков

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: stepankov@fcrisk.ru
ORCID iD: 0000-0002-7226-7682

Мл. науч. сотр., аспирант ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН», 614045, Пермь, Россия

e-mail: stepankov@fcrisk.ru

Россия

Марина Александровна Землянова

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

Email: zem@fcrisk.ru
ORCID iD: 0000-0002-8013-9613

Доктор мед. наук, доцент, зав. отд. биохимических и цитогенетических методов диагностики ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН», 614045, Пермь, Россия

e-mail: zem@fcrisk.ru

Россия

Список литературы

  1. Maximize Market Research. Aluminium Oxide Nanoparticles Market – Global Industry Analysis and Forecast (2021–2027) by Application, End-User and Region. Available at: https://www.maximizemarketresearch.com/market-report/global-aluminium-oxide-nanoparticles-market/44118/
  2. Piracha S., Saleem S., Basharat G., Anjum A., Yaseen Z. 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
  3. Shafiq M., Anjum S., Hano C., Anjum I., Abbasi B.H. An overview of the applications of nanomaterials and nanodevices in the food industry. Foods. 2020; 9(2): 148. https://doi.org/10.3390/foods9020148
  4. Shafique M., Luo X. Nanotechnology in transportation vehicles: an overview of its applications, environmental, health and safety concerns. Materials (Basel). 2019; 12(15): 2493. https://doi.org/10.3390/ma12152493
  5. Salata O. Applications of nanoparticles in biology and medicine. J. Nanobiotechnology. 2004; 2(1): 3. https://doi.org/10.1186/1477-3155-2-3
  6. Liu X., Luo L., Ding Y., Xu Y. Amperometric biosensors based on alumina nanoparticles-chitosan-horseradish peroxidase nanobiocomposites for the determination of phenolic compounds. Analyst. 2011; 136(4): 696–701. https://doi.org/10.1039/c0an00752h
  7. Robertson T.A., Sanchez W.Y., Roberts M.S. Are commercially available nanoparticles safe when applied to the skin? J. Biomed. Nanotechnol. 2010; 6(5): 452–68. https://doi.org/10.1166/jbn.2010.1145
  8. Krewski D., Yokel R.A., Nieboer E., Borchelt D., Cohen J., Harry J., et al. Human health risk assessment for aluminium, aluminium oxide, and aluminium hydroxide. J. Toxicol. Environ. Health B. Crit. Rev. 2007; 10(Suppl. 1): 1–269. https://doi.org/10.1080/10937400701597766
  9. Gupta R., Xie H. Nanoparticles in daily life: applications, toxicity and regulations. J. Environ. Pathol. Toxicol. Oncol. 2018; 37(3): 209–30. https://doi.org/10.1615/JEnvironPatholToxicolOncol.2018026009
  10. Boyuklieva R., Pilicheva B. Micro- and nanosized carriers for nose-to-brain drug delivery in neurodegenerative disorders. Biomedicines. 2022; 10(7): 1706. https://doi.org/10.3390/biomedicines10071706
  11. Yousef M.I., Roychoudhury S., Jafaar K.S., Slama P., Kesari K.K., Kamel M.A. Aluminum oxide and zinc oxide induced nanotoxicity in rat brain, heart, and lung. Physiol. Res. 2022; 71(5): 677–94. https://doi.org/10.33549/physiolres.934831
  12. Bhatti J.S., Bhatti G.K., Reddy P.H. Mitochondrial dysfunction and oxidative stress in metabolic disorders – A step towards mitochondria based therapeutic strategies. Biochim. Biophys. Acta Mol. Basis. Dis. 2017; 1863(5): 1066–77. https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2016.11.010
  13. Bosco M., Kish T. Hepatotoxicity with elevated bilirubin secondary to prophylactic doses of unfractionated heparin: a case report and review of heparin-induced hepatotoxicity. J. Pharm. Technol. 2019; 35(1): 36–40. https://doi.org/10.1177/8755122518803363
  14. Al-Megrin W.A., Alkhuriji A.F., Yousef A.O.S., Metwally D.M., Habotta O.A., Kassab R.B., et al. Antagonistic efficacy of luteolin against lead acetate exposure-associated with hepatotoxicity is mediated via antioxidant, anti-inflammatory, and anti-apoptotic activities. Antioxidants (Basel). 2019; 9(1): 10. https://doi.org/10.3390/antiox9010010
  15. Alhusaini A., Fadda L., Hasan I.H., Zakaria E., Alenazi A.M., Mahmoud A.M. Curcumin ameliorates lead-induced hepatotoxicity by suppressing oxidative stress and inflammation, and modulating Akt/GSK-3β signaling pathway. Biomolecules. 2019; 9(11): 703. https://doi.org/10.3390/biom9110703
  16. Ilesanmi O.B., Adeogun E.F., Odewale T.T., Chikere B. Lead exposure-induced changes in hematology and biomarkers of hepatic injury: protective role of TrévoTM supplement. Environ. Anal. Health Toxicol. 2022; 37(2): e2022007-0. https://doi.org/10.5620/eaht.2022007
  17. Назаренко Г.И., Кишкун А.А. Клиническая оценка результатов лабораторных исследований. М.: Медицина; 2006.
  18. Ahmed R.A. Hepatoprotective and antiapoptotic role of aged black garlic against hepatotoxicity induced by cyclophosphamide. J. Basic Appl. Zool. 2018; 79: 8. https://doi.org/10.1186/s41936-018-0017-7
  19. Modaberi S., Heysieattalab S., Shahbazi M., Naghdi N. Combination effects of forced mild exercise and GABAB receptor agonist on spatial learning, memory, and motor activity in striatum lesion rats. J. Mot. Behav. 2019; 51(4): 438–50. https://doi.org/10.1080/00222895.2018.1505711
  20. Kolasinski J., Hinson E.L., Divanbeighi Zand A.P., Rizov A., Emir U.E., Stagg C.J. The dynamics of cortical GABA in human motor learning. J. Physiol. 2019; 597(1): 271–82. https://doi.org/10.1113/JP276626
  21. Hsu Y.T., Chang Y.G., Chern Y. Insights into GABAAergic system alteration in Huntington’s disease. Open Biol. 2018; 8(12): 180165. https://doi.org/10.1098/rsob.180165
  22. Ambrad Giovannetti E., Fuhrmann M. Unsupervised excitation: GABAergic dysfunctions in Alzheimer’s disease. Brain Res. 2019; 1707: 216–26. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2018.11.042
  23. Kaur R., Mehan S., Singh S. Understanding multifactorial architecture of Parkinson’s disease: pathophysiology to management. Neurol. Sci. 2019; 40(1): 13–23. https://doi.org/10.1007/s10072-018-3585-x
  24. Diana A., Pillai R., Bongioanni P., O’Keeffe A.G., Miller R.G., Moore D.H. Gamma aminobutyric acid (GABA) modulators for amyotrophic lateral sclerosis/motor neuron disease. Cochrane Database Syst. Rev. 2017; 1(1): CD006049. https://doi.org/10.1002/14651858.CD006049.pub2
  25. Dicks O.A., Cottom J., Shluger A.L., Afanas’ev V.V. The origin of negative charging in amorphous Al2O3 films: the role of native defects. Nanotechnology. 2019; 30(20): 205201. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab0450
  26. Manuja A., Kumar B., Kumar R., Chhabra D., Ghosh M., Manuja M., et al. Metal/metal oxide nanoparticles: Toxicity concerns associated with their physical state and remediation for biomedical applications. Toxicol. Rep. 2021; 8: 1970–8. https://doi.org/10.1016/j.toxrep.2021.11.020
  27. 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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Степанков М.С., Землянова М.А., 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.