Оценка влияния наночастиц металлов и их оксидов на элементный состав органов лабораторных животных и их способность к накоплению

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. Интенсивное развитие нанотехнологий, использование результатов исследований во многих отраслях промышленности, в том числе сельском хозяйстве и медицине, требуют всестороннего изучения воздействия веществ в ультрадисперсном состоянии на человека и животных. В настоящее время сведения о влиянии наночастиц на микроэлементный состав органов и тканей ограничены. Между тем с учётом растущего производства и выброса наночастиц в окружающую среду в ходе технологических процессов необходимо учитывать как прямое, так и опосредованное воздействие частиц различной химической природы.

Цель. Оценить влияние наночастиц меди (Cu), кобальта (Co) и оксида меди (CuO) на поведенческие реакции и микроэлементный состав печени, почек и репродуктивной системы лабораторных животных, а также исследовать их способность к накоплению при внутрижелудочном введении.

Материалы и методы. Эксперимент проведён на самцах мышей линии ICR, разделённых на четыре вариативных группы по 6 особей в каждой, которым вводили внутрижелудочно дистиллированную воду (контроль) или суспензии наночастиц Cu, Co и CuO в течение 20 дней один раз в день в дозах 0,02 мг/кг. Оценивали динамику массы тела, а также уровень тревожности животных (количество вертикальных стоек с опорой и без опоры и количество актов кратковременного груминга). По завершении эксперимента проводили эвтаназию, забор печени, почек и репродуктивных органов, в которых определяли микроэлементный состав методом энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализа.

Результаты. Введение всех протестированных наночастиц вызывало у животных проявление признаков тревожности: наблюдалось увеличение количества стоек с опорой (группа, получавшая наночастицы Со) и снижение числа стоек без опоры, сопровождавшееся увеличением актов кратковременного груминга (группы животных, получавших наночастицы Cu и CuO). В этих же группах (Cu, CuO) наблюдалось снижение массы тела животных по сравнению с контрольной группой. Анализ уровня микроэлементов в печени, почках и репродуктивных органах выявил неоднозначные изменения концентрации калия, кальция и серы, увеличение содержания кислорода в семенниках с придатками. Признаков накопления наночастиц Cu, СuO и Co в исследуемых органах не выявлено. Таким образом, токсичность наночастиц реализуется опосредованно, через изменение микроэлементного состава органов, и характеризуется быстрой элиминацией наночастиц.

Заключение. Наночастицы меди, кобальта и оксида меди оказывают разнонаправленное влияние на физиологические показатели и поведение животных, реализуемое опосредованно, через изменение элементного состава их органов. Накопления наночастиц меди, кобальта, оксида меди в исследуемых органах не обнаружено.

Об авторах

Инна Вячеславовна Обидина

Рязанский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова

Автор, ответственный за переписку.
Email: inna.obidina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7235-6415
SPIN-код: 8087-7620

канд. биол. наук, доцент

Россия, Рязань

Геннадий Иванович Чурилов

Рязанский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова

Email: genchurilov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4056-9248
SPIN-код: 2096-4817

д-р биол наук, профессор

Россия, Рязань

Юлия Николаевна Иванычева

Рязанский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова

Email: julnic79@mail.ru
ORCID iD: 0009-0007-6930-7296
SPIN-код: 1636-3360

канд. биол. наук, доцент

Россия, Рязань

Елизавета Михайловна Пронина

Рязанский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова

Email: pronina.em2002@yandex.ru
Россия, Рязань

Тамрико Игоревна Матуа

Рязанский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова

Email: matua.2001@mail.ru
Россия, Рязань

Иван Владимирович Черных

Рязанский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова

Email: ivchernykh88@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5618-7607
SPIN-код: 5238-6165

д-р биол. наук, доцент

Россия, Рязань

Список литературы

  1. Gmoshinski IV, Shipelin VA, Khotimchenko SA. Nanomaterials in food products and their package: comparative analysis of risks and advantages. Health Risk Analysis. 2018;(4):134–142. doi: 10.21668/health.risk/2018.4.16 EDN: YUGSCD
  2. Vershinina IA, Lebedev SV. Investigation of the responses of the Eisenia fetida worms when copper and zinc nanoparticles are introduced into the habitat. Bulletin of Nizhnevartovsk State University. 2022;(1):45–54. doi: 10.36906/2311-4444/22-1/05 EDN: FYMTIA
  3. Sutunkova MP, Solovyеva SN, Chernyshov IN, et al. Manifestations of subacute systemic toxicity of lead oxide nanoparticles in rats after an inhalation exposure. Toxicological Review. 2020;(6):3–13. doi: 10.36946/0869-7922-2020-6-3-13 EDN: GPVVHA
  4. Oberdorster G, Oberdorster E, Oberdorster J. Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environ Health Perspect. 2005;113(7):823–839. doi: 10.1289/ehp.7339
  5. Chernykh IV, Kopanitsa MA, Shchulkin AV, et al. Evaluation of cytotoxicity of gold glyconanoparticles of human colon adenocarcinoma cells. I.P. Pavlov Russian Medical Biological Herald. 2023;31(2):255–264. doi: 10.17816/PAVL0VJ112525 EDN: BBWWHG
  6. Sutunkova MP, Minigalieva IA, Privalova LI, et al. Impact of toxicity effects of zinc oxide nanoparticles in rats within acute and subacute experiments. Hygiene and Sanitation. 2021;100(7):704–710. doi: 10.47470/0016-9900-2021-100-7-704-710 EDN: GTJKCC
  7. Antsiferova AA, Kopaeva MYu, Kochkin VN, Kashkarov PK. Effects of long-term oral administration of silver nanoparticles on the cognitive functions of mammals. Toxicological Review. 2021;29(6):33–38. doi: 10.36946/0869-7922-2021-29-6-33-38 EDN: WASEGZ
  8. Lutkovskaya YaV, Sizova EA, Kamirova AM. Ultrafine forms of trace elements in the diet of ruminants: impact on productivity and health. The Agrarian Scientific Journal. 2024;(5):96–104. doi: 10.28983/asj.y2024i5pp96-104 EDN: KQORQF
  9. Onishchenko GG, Tutelyan VA, Gmoshinskiy IV, Khotimchenko SA. Evelopment of the system for nanomaterials and nanotechnology safety in Russian Federation. Hygiene and Sanitation. 2013;92(1):4–11. EDN: PVFGVB
  10. Awashra M, Młynarz P. The toxicity of nanoparticles and their interaction with cells: an in vitro metabolomic perspective. Nanoscale Adv. 2023;5(10):2674–2723. doi: 10.1039/d2na00534d
  11. Polishchuk SD, Churilov DG, Churilov GI, et al. Determining the common patterns of nanoparticle effects on physiological and biochemical processes in plants. E3S Web of Conferences. 2023;411:02051. doi: 10.1051/e3sconf/202341102051
  12. Stepanova IA, Polischuk SD, Churilov DG, et al. Biological activity of cobalt and zinc oxide nanoparticles and their bioaccumulation on the example of vetch. Herald of Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev. 2019;(1):62–67. EDN: EQVUFC
  13. Churilov GI, Obidina IV, Churilov DG, Polishchuk SD. Influence of the size and concentration of metal nanoparticles on their biological activity. Modern Science: Actual Problems of Theory and Practice. 2020;(3):62–69. EDN: KOWNLD
  14. Churilov GI, Obidina IV, Churilov DG, et al. Comparative toxicological characteristics of cobalt, copper, copper oxide and zinc nanoparticles. Modern Science: Actual Problems of Theory and Practice. 2020;(4):28–34. doi: 10.37882/2223-2966.2020.04.38EDN: ASCFPX
  15. Stepanova IA. Mineral and lipid metabolism indicators in livestock after administration of metal nanopowders [dissertation]. Ryazan; 2018. 158 p. (In Russ.) EDN: GYKDWE
  16. Lee IC, Ko JW, Park SH, et al. Comparative toxicity and biodistribution in rats following subchronic oral exposure to copper nanoparticles and microparticles. Part Fibre Toxicol. 2016;13(1):56. doi: 10.1186/s12989-016-0169-x
  17. Zinkovskaya I, Ivlieva AL, Petritskaya EN, Rogatkin DA. Unexpected reproductive effect of prolonged oral administration of silver nanoparticles in laboratory mice. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2020;27(10):23–30. doi: 10.33396/1728-0869-2020-10-23-30 EDN: DMCCCS
  18. Elyasin PA, Zalavina SV, Mashak AN, Skalny AV. Peculiarities of mineral exchange of liver and structure of the mesenterial lymph node of adolescent rats in conditions of lead chronic intoxication. The Siberian Scientific Medical Journal. 2018;38(6):24–28. doi: 10.15372/SSMJ20180604 EDN: YPPDUL
  19. Apukhtin KV, Shevlyakov AD, Kotova MM, et al. Analyses of rodent grooming and its behavioral microstructure in modern neurobiological studies. Russian Journal of Physiology. 2024;110(6):889–914. doi: 10.31857/S0869813924060022 EDN: BFDDUM
  20. Pronina IV, Mochalova ES, Efimova YuA, Postnikov PV. Biological functions of cobalt and its toxicology and detection in anti-doping control. Fine Chemical Technologies. 2021;16(4):318–336. doi: 10.32362/2410-6593-2021-16-4-318-336 EDN: SLGLNG
  21. Sutunkova MP. Toxicological-hygienic criteria and risk management for health impacts of metal-containing nanoparticles [dissertation]. Yekaterinburg; 2019. 317 p. (In Russ.) EDN: RHVLXY
  22. Zemlyanova MA, Stepankov MS, Ignatova AM. Features of bioaccumulation and toxic effects of copper (II) oxide nanoparticles under the oral route of intake into the body. Toxicological Review. 2021;29(6):47–53. doi: 10.36946/0869-7922-2021-29-6-47-53 EDN: PHYHZY
  23. Zaytsev VV. Pharmacotoxicological properties and efficacy of cobalt and copper nanoparticle-based compounds in hypomicroelementoses [dissertation]. Astrakhan; 2022. 155 p. (In Russ.) EDN: BFIMNX
  24. Zelepukin IV. Novel approaches to controlling nanoparticle pharmacokinetics [dissertation]. Moscow; 2021. 109 p. EDN: HIEHCE
  25. Triboulet S, Aude-Garcia C, Carrière M, et al. Molecular responses of mouse macrophages to copper and copper oxide nanoparticles: proteomic analyses. Mol Cell Proteomics. 2013;12(11):3108–3122. doi: 10.1074/mcp.M112.025205
  26. Franovskii SYu, Turbinskii VV, Oks EI, Bortnikova SB. Elemental markers of exposure under combined oral introduction of chemical mixtures with prevalent antimony and arsenic into white Wistar rats . Health Risk Analysis. 2019;(3):94–103. doi: 10.21668/health.risk/2019.3.11 EDN: WGXHOB
  27. Glukhcheva Y, Tinkov AA, Ajsuvakova OP, et al. The impact of perinatal cobalt exposure on iron, copper, manganese, and zinc metabolism in immature ICR mice. Problems of Biological, Medical and Pharmaceutical Chemistry. 2019;22(3):3–8. doi: 10.29296/25877313-2019-03-01 EDN: YWEEZL
  28. Sizova EA, Miroshnikov SA, Lebedev SV, Glushchenko NN. Effect of multiple doses of nanoparticles copper on the elemental composition of rat liver. Vestnik of the Orenburg State University. 2012;(6):188–190. EDN: PDQWHL
  29. Akhpolova VO, Brin VB. Calcium exchange and its hormonal regulation. Journal of Fundamental Medicine and Biology. 2017;(2):38–46. EDN: ZHRGCH
  30. Manke A, Wang L, Rojanasakul Y. Mechanisms of nanoparticle-induced oxidative stress and toxicity. Biomed Res Int. 2013;2013:942916. doi: 10.1155/2013/942916
  31. Sakovets TG, Bogdanov EI. Hypokalemic myoplegia. Kazan Medical Journal. 2013;94(6):933–938. doi: 10.17816/KMJ1822 EDN: RSHIY
  32. Cremades A, Sanchez-Capelo A, Monserrat A, et al. Potassium deficiency effects on potassium, polyamines and amino acids in mouse tissues. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol. 2003;134(3):647–654. doi: 10.1016/s1095-6433(02)00369-0
  33. Huang CC, Aronstam RS, Chen DR, Huang YW. Oxidative stress and gene expression in lung cells exposed to ZnO nanoparticles. Toxicol In Vitro. 2010;24(1):45–55. doi: 10.1016/j.tiv.2009.09.007
  34. Iskakova SA. Lipid peroxidation in organs of rats after subchronic sulfur vapor exposure. In: The dynamics of scientific research. Ecology. Publishing house Education and Science s.r.o.; 2008.
  35. Nimni ME, Han B, Cordoba F. Are we getting enough sulfur in our diet? Nutr Metab. 2007;4:24. doi: 10.1186/1743-7075-4-24
  36. Min Y, Suminda GGD, Heo Y, et al. Metal-based nanoparticles and their oxidative stress mechanisms. Antioxidants. 2023;12(3):703. doi: 10.3390/antiox12030703
  37. Hersh AM, Alomari S, Tyler BM. Crossing the Blood-Brain Barrier: Advances in Nanoparticle Technology for Drug Delivery in Neuro-Oncology. Int J Mol Sci. 2022;23(8):4153. doi: 10.3390/ijms23084153
  38. Zaitseva NV, Zemlyanova MA, Stepankov MS, Ignatova AM. Copper (II) oxide nanoparticles toxicity and potential human health hazards. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2021;28(11):50–57. doi: 10.33396/1728-0869-2021-11-50-57 EDN: BBNUWI
  39. Zhang H, Wu X, Mehmood K, et al. Intestinal epithelial cell injury induced by copper nanoparticles in piglets. Environ Toxicol Pharmacol. 2017;56:151–156. doi: 10.1016/j.etap.2017.09.010
  40. Poon W, Zhang YN, Ouyang B, et al. Elimination pathways of nanoparticles. ACS Nano. 2019;13(5):5785–5798. doi: 10.1021/acsnano.9b01383
  41. Ivlieva AL, Zinkovskaia I, Petriskaya EN, Rogatkin DA. Nanoparticles and nanomaterials as inevitable modern toxic agents. Review. Part 2. Main areas of research on toxicity and techniques to measure a content of nanoparticles in tissues. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2022;29(3):147–162. doi: 10.17816/humeco100156 EDN: CUXNFJ
  42. Habas K, Demir E, Guo I, et al. Toxicity mechanisms of nanoparticles in the male reproductive system. Drug Metab Rev. 2021;53(4):604–617. doi: 10.1080/03602532.2021.1917597

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».