Анализ генотоксичности нанокомпозита железа арабиногалактана методом ДНК-комет

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Введение. Для успешного внедрения в практику железосодержащих наночастиц необходимо понимать их влияние на здоровье человека. Одним из важнейших этапов определения безопасности железосодержащих наночастиц в составе нанокомпозитов является исследование их генотоксических свойств как после экспозиции, так и в отдалённом периоде.

Материалы и методы. Самцам белых крыс перорально вводили в течение 10 дней водный раствор нанокомпозита Fe арабиногалактана в дозах 500 и 5000 мкг/кг. Образцы крови брали из хвостовой вены. Оценку генотоксического эффекта нанокомпозита Fe арабиногалактана на лейкоциты проводили по процентному содержанию ДНК в хвосте ДНК-комет в три срока методом ДНК-комет в щелочной версии: на следующие сутки после окончания экспозиции, через два и четыре месяца для выявления сохранения или отсутствия эффекта.

Результаты. В представленном исследовании на всех этапах эксперимента не выявлено статистически значимого увеличения повреждений ДНК при применении исследуемого нанокомпозита в дозе 500 мкг/кг. При этом было обнаружено, что нанокомпозит Fe арабиногалактан оказывает негативное воздействие на структуру ДНК в дозе 5000 мкг/кг через сутки после экспозиции.

Ограничения исследования. Эксперимент ограничен исследованием генотоксического эффекта нанокомпозита Fe арабиногалактана в дозах 500 и 5000 мкг/кг на самцах белых крыс на следующие сутки после десятидневной экспозиции и в отдалённом периоде через два и четыре месяца.

Заключение. Установлено, что статистически значимые повреждения ДНК клеток крови вызывает применение только нанокомпозита Fe арабиногалактана сразу после экспозиции и в наиболее высокой концентрации 5000 мкг/кг, со временем же возникшие повреждения ДНК нивелируются системами репарации. Следовательно, потенциальный генотоксический эффект при применении исследуемого нанокомпозита для клеток крови весьма невысок.

Соблюдение этических стандартов. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБНУ ВСИМЭИ (протокол № 1 от 18.12.2017 г.), проведено в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS N 123), директивой Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/63/EC от 22.09.2010 г. о защите животных, используемых для научных целей.

Участие авторов:
Тютрина В.А. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, статистическая обработка данных, написание текста, редактирование;
Соседова Л.М. — концепция и дизайн исследования, редактирование;
Новиков М.А. — концепция и дизайн исследования.
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. Работа выполнена по плану НИР в рамках государственного задания.

Поступила: 10.08.2024 / Поступила после доработки: 30.09.2024 / Принята к печати: 02.10.2024 / Опубликована: 19.11.2024

Об авторах

Вера Александровна Тютрина

ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»

Email: tyutrina.v.a@yandex.ru

Канд. фарм. наук, науч. сотр. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ ВСИМЭИ, 665827, Ангарск, Россия

e-mail: tyutrina.v.a@yandex.ru

Лариса Михайловна Соседова

ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»

Email: sosedlar@mail.ru

Доктор мед. наук, профессор, зав. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ ВСИМЭИ, 665827, Ангарск, Россия

e-mail: sosedlar@mail.ru

Михаил Александрович Новиков

ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»

Автор, ответственный за переписку.
Email: novik-imt@mail.ru

Канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ ВСИМЭИ, 665827, Ангарск, Россия

e-mail: novik-imt@mail.ru

Список литературы

  1. Shabatina T.I., Vernaya O.I., Shabatin V.P., Melnikov M.Ya. Magnetic nanoparticles for biomedical purposes: modern trends and prospects. Magnetochemistry. 2020; 6(3): 30. https://doi.org/10.3390/magnetochemistry6030030
  2. Perecin C.J., Tirich B.M., Nagamine L.C.С.М., Porto G., Rocha F.V., Cerize N.N.P., et al. Aqueous synthesis of magnetite nanoparticles for magnetic hyperthermia: Formation mechanism approach, high water-dispersity and stability. Colloid Surface A. 2021; (627): 127169. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.127169
  3. Surowiec Z., Miaskowski A., Budzyński M. Investigation of magnetite Fe3O4 nanoparticles for magnetic hyperthermia. Nukleonika. 2017; 62(2): 183–6. https://doi.org/10.1515/nuka-2017-0028
  4. Туранская С.П., Четыркин А.Д., Дубровин И.В., Туров В.В., Горбик П.П. Синтез свойства и применение в экспериментальной медицине и биологии магниточувствительных нанокомпозитов, содержащих благородные металлы. Поверхность. 2011; (3): 343–66.
  5. Александрова Г.П., Грищенко Л.А., Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. Полимерстабилизированные многофункциональные нанобиокомпозиты. В кн.: Сборник тезисов докладов II Всероссийской конференции по наноматериалам «НАНО 2007». Новосибирск; 2007: 346. https://elibrary.ru/wikqvh
  6. Nel A., Xia T., Mädler L., Li N. Toxic potential of materials at the nanolevel. Science. 2006; 311(5761): 622–7. https://doi.org/10.1126/science.1114397
  7. Olive P.L. DNA damage and repair in individual cells: applications of the comet assay in radiobiology. Int. J. Radiat. Biol. 1999; 75(4): 395–405. https://doi.org/10.1080/095530099140311
  8. Дурнев А.Д., Жанатаев А.К., Анисина Е.А., Сиднева Е.С., Никитина В.А., Оганесянц Л.А. и др. Применение метода щелочного гель-электрофореза изолированных клеток для оценки генотоксических свойств природных и синтетических соединений: Методические рекомендации. М.; 2006. https://elibrary.ru/sevvqt
  9. Дурнев А.Д., Меркулов В.А., Жанатаев А.К., Никитина В.А., Воронина Е.С., Середенин С.Б. Методические рекомендации по оценке ДНК-повреждений методом щелочного гель-электрофореза отдельных клеток в фармакологических исследованиях. В кн.: Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть 1. М.: Гриф и К; 2012; 115–28. https://elibrary.ru/wxwgpv
  10. Тютрина В.А., Соседова Л.М., Вокина В.А. Фрагментация ДНК как биоиндикатор воздействия дыма торфяных пожаров. Гигиена и санитария. 2023; 102(7): 653–7. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2023-102-7-653-657 https://elibrary.ru/znogca
  11. Paunovic J., Vucevic D., Radosavljevic T., Mandić-Rajčević S., Pantic I. Iron-based nanoparticles and their potential toxicity: Focus on oxidative stress and apoptosis. Chem. Biol. Interact. 2020; 316: 108935. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2019.108935
  12. Kornberg T.G., Stueckle T.A., Antonini J.A., Rojanasakul Y., Castranova V., Yang Y., et al. Potential toxicity and underlying mechanisms associated with pulmonary exposure to iron oxide nanoparticles: conflicting literature and unclear risk. Nanomaterials (Basel). 2017; 7(10): 307. https://doi.org/10.3390/nano7100307
  13. Wang B., Feng W., Zhu M., Wang Y., Wang M., Gu Y., et al. Neurotoxicity of low-dose repeatedly intranasal instillation of nano- and submicron-sized ferric oxide particles in mice. J. Nanopart. Res. 2009; 11(1): 41–53. https://doi.org/10.1007/s11051-008-9452-6
  14. Peters A., Veronesi B., Calderón-Garcidueñas L., Gehr P., Chen L.C., Geiser M., et al. Translocation and potential neurological effects of fine and ultrafine particles a critical update. Part Fibre. Toxicol. 2006; 3: 13. https://doi.org/10.1186/1743-8977-3-13
  15. Miller R.M., Kiser G.L., Kaysser-Kranich T.M., Lockner R.J., Palaniappan C., Federoff H.J. Robust dysregulation of gene expression in substantia nigra and striatum in Parkinson’s disease. Neurobiol Dis. 2006; 21(2): 305–313. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2005.07.010
  16. Evans S.J., Clift M.J., Singh N., de Oliveira Mallia J., Burgum M., Wills J.W., et al. Critical review of the current and future challenges associated with advanced in vitro systems towards the study of nanoparticle (secondary) genotoxicity. Mutagenesis. 2017; 32(1): 233–41. https://doi.org/10.1093/mutage/gew054
  17. Donaldson K., Poland C.A., Schins R.P. Possible genotoxic mechanisms of nanoparticles: criteria for improved test strategies. Nanotoxicology. 2010; 4: 414–20. https://doi.org/10.3109/17435390.2010.482751
  18. Magdolenova Z., Collins A., Kumar A., Dhawan A., Stone V., Dusinska M. Mechanisms of genotoxicity. A review of in vitro and in vivo studies with engineered nanoparticles. Nanotoxicology. 2014; 8(3): 233–78. https://doi.org/10.3109/17435390.2013.773464
  19. Kehrer J.P. The Haber-Weiss reaction and mechanisms of toxicity. Toxicology. 2000; 149(1): 43–50. https://doi.org/10.1016/s0300-483x(00)00231-6
  20. Zhu M.T., Feng W.Y., Wang B., Wang T.C., Gu Y.Q., Wang M., et al. Comparative study of pulmonary responses to nano- and submicron-sized ferric oxide in rats. Toxicology. 2008; 247(2–3): 102–11. https://doi.org/10.1016/j.tox.2008.02.011
  21. Marriott H.M., Jackson L.E., Wilkinson T.S., Simpson A.J., Mitchell T.J., Buttle D.J., et al. Reactive oxygen species regulate neutrophil recruitment and survival in pneumococcal pneumonia. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2008; 177(8): 887–95. https://doi.org/10.1164/rccm.200707-990OC
  22. Stone V., Miller M.R., Clift M.J.D., Elder A., Mills N.L., Møller P., et al. Nanomaterials versus ambient ultrafine particles: an opportunity to exchange toxicology knowledge. Environ. Health Perspect. 2017; 125(10): 106002. https://doi.org/10.1289/EHP424
  23. Berry C.C., Wells S., Charles S., Aitchison G., Curtis A.S. Cell response to dextran-derivatised iron oxide nanoparticles post internalisation. Biomaterials. 2004; 25(23): 5405–13. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2003.12.046
  24. Berry C.C., Wells S., Charles S., Curtis A.S. Dextran and albumin derivatised iron oxide nanoparticles: influence on fibroblasts in vitro. Biomaterials. 2003; 24(25): 4551–7. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(03)00237-0
  25. Groman E.V., Enriquez P.M., Jung C., Josephson L. Arabinogalactan for hepatic drug delivery. Bioconjug. Chem. 1994; 5(6): 547–56. https://doi.org/10.1021/bc00030a010
  26. Hong S.C., Lee J.H., Lee J., Kim H.Y., Park J.Y., Cho J., et al. Subtle cytotoxicity and genotoxicity differences in superparamagnetic iron oxide nanoparticles coated with various functional groups. Int. J. Nanomedicine. 2011; 6: 3219–31. https://doi.org/10.2147/IJN.S26355
  27. Magdolenova Z., Drlickova M., Henjum K., Rundén-Pran E., Tulinska J., Bilanicova D., et al. Coating-dependent induction of cytotoxicity and genotoxicity of iron oxide nanoparticles. Nanotoxicology. 2015; 9(Suppl. 1): 44–56. https://doi.org/10.3109/17435390.2013.847505
  28. Auffan M., Decome L., Rose J., Orsiere T., De Meo M., Briois V., et al. In vitro interactions between DMSA-coated maghemite nanoparticles and human fibroblasts: A physicochemical and cyto-genotoxical study. Environ. Sci. Technol. 2006; 40(14): 4367–73. https://doi.org/10.1021/es060691k
  29. Lima R.D., Oliveira J.L., Murakami P.S.K., Molina M.A.M., Itri R., Haddad P. Iron oxide nanoparticles show no toxicity in the comet assay in lymphocytes: A promising vehicle as a nitric oxide releasing nanocarrier in biomedical applications. J. Phys.: Conf. Ser. 2013; 429: 012021. https://doi.org/10.1088/1742-6596/429/1/012021
  30. Feng Q., Liu Y., Huang J., Chen K., Huang J., Xiao K. Uptake, distribution, clearance, and toxicity of iron oxide nanoparticles with different sizes and coatings. Sci. Rep. 2018; 8(1): 2082. https://doi.org/10.1038/s41598-018-19628-z
  31. Wu L., Wen W., Wang X., Huang D., Cao J., Qi X., et al. Ultrasmall iron oxide nanoparticles cause significant toxicity by specifically inducing acute oxidative stress to multiple organs. Part Fibre. Toxicol. 2022; 19(1): 24. https://doi.org/10.1186/s12989-022-00465-y
  32. Титов Е.А., Соседова Л.М., Новиков М.А. Анализ токсичности нанокомпозита оксида железа, инкапсулированного в полимерную матрицу арабиногалактана. Гигиена и санитария. 2021; 100(3): 285–9. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-3-285-289 https://elibrary.ru/wiwjmo

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© , 2025


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.