Preview

Российские нанотехнологии

Расширенный поиск

ТОКСИЧНОСТЬ ОДНОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК, ИССЛЕДОВАННАЯ НА РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ КУЛЬТУР КЛЕТОК (ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ)

Полный текст:

Аннотация

Одновременно с ростом глобального рынка углеродных наноматериалов, в том числе одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ), растет число лиц, потенциально экспонированных к аэрозолю углеродных нанотрубок. Для ускорения процесса оценки токсичности ОУНТ перспективными станут системы in vitro. За последнее десятилетие проведено изучение токсического действия ОУНТ на разных типах культур клеток, однако результаты противоречивы. В ряде исследований прослеживается дозозависимая степень проявления таких эффектов, как цитотоксичность, снижение жизнеспособности клеток, ингибирование клеточной пролиферации, апоптоз, высвобождение оксида азота, оксидативный стресс, снижение уровня антиоксидантов. Некоторые исследователи сообщили о незначительном цитотоксическом действии либо об отсутствии цитотоксичности ОУНТ на разных культурах клеток. Данные по сравнительной токсичности ОУНТ и МУНТ на сегодняшний день носят разнонаправленный характер. Одни исследователи обнаружили, что ОУНТ обладают большей цитотоксичностью, другие сообщили об отсутствии выраженных токсических эффектов для обоих типов УНТ. Оптимальный метод диспергирования ОУНТ для тестов in vitro с сохранением стабильности дисперсии остается одной из важных методологических проблем.

Об авторах

Г. А. Тимербулатова
Казанский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
420012, Казань, ул. Бутлерова, 49


Л. М. Фатхутдинова
Казанский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
420012, Казань, ул. Бутлерова, 49


Список литературы

1. Transparency Market Research [Электронный ресурс]. URL: https://www.transparencymarketresearch.com/pressrelease/ carbon-nano-tubes-market.htm (дата обращения: 12.04.2018).

2. OCSiAl [Электронный ресурс]. URL: https://ocsial.com/en/ material-solutions/tuball/ (дата обращения: 12.04.2018).

3. Francis A.P., Devasena T. Toxicity of carbon nanotubes: A review // Toxicology аnd Industrial Health. 2018. V. 34. № 3. P. 200–210.

4. Liu Y., Zhao Y., Sun B., Chen C. Understanding the toxicity of carbon nanotubes // Accounts of Chemical Research. 2013. V. 46. № 3. P. 702–713.

5. Ren H., Chen X., Liu J., Gu N., Huang X. Toxicity of singlewalled carbon nanotube: How we were wrong? // Materials Today. 2010. V. 13. № 1–2. P. 6–8.

6. Hitoshi K., Katoh M., Suzuki T., Ando Y., Nadai M. Differential effects of single-walled carbon nanotubes on cell viability of human lung and pharynx carcinoma cell lines // J. Toxicol. Sci. 2011. V. 36. Р. 379–387.

7. Herzog E., Byrne H.J., Casey A., Davoren M., Lenz A.G., Maier K.L., Duschl A., Oostingh G.J. SWCNT suppress inflammatory mediator responses in human lung epithelium in vitro // Toxicol. Appl. Pharmacol. 2009 V. 234. P. 378–390.

8. Wadhwa S., Rea C., O’Hare P., Mathur A., Roy S.S., Dunlop P.S., Byrne J.A., Burke G., Meenan B., McLaughlin J.A. Comparative in vitro cytotoxicity study of carbon nanotubes and titania nanostructures on human lung epithelial cells // J. Hazard Mater. 2011. V. 191. P. 56–61.

9. Baktur R., Patel H., Kwon S. Effect of exposure conditions on SWCNT-induced inflammatory response in human alveolar epithelial cells // Toxicol. In Vitro. 2011. V. 25. Р. 1153–1160.

10. Herzog E., Casey A., Lyng F.M., Chambers G., Byrne H.J., Davoren M. A new approach to the toxicity testing of carbonbased nanomaterials—the clonogenic assay // Toxicol. Lett. 2007. V. 174. № 1–3. Р. 49–60.

11. Park E.J., Zahari N.E., Lee E.W., Song J., Lee J.H., Cho M.H., Kim J.H. SWCNTs induced autophagic cell death in human bronchial epithelial cells // Toxicol. In Vitro. 2014. V. 28. V. 3. Р.442–450.

12. Kisin E.R., Murray A.R., Keane M.J., Shi X.C., Schwegler-Berry D., Gorelik O., Arepalli S., Castranova V., Wallace W.E., Kagan V.E., Shvedova A.A. Single-walled carbon nanotubes: genoand cytotoxic effects in lung fibroblast V79 cells // J. Toxicol. Environ. Health A. 2007. V. 70. № 24. Р. 2071–2079.

13. Sharma S.C., Sarkar S., Periyakaruppan A., Barr J., Wise K., Thomas R., Wilson B.L., Ramesh G.T. Single-walled carbon nanotube induces oxidative stress in rat lung epithelial cells // J. Nanosci. Nanotechnol. 2007. V. 7. № 7. P. 2466–2472.

14. Wick P., Manser P., Limbach L.K., Dettlaff-Weglikowska U., Krumeich F., Roth S, Stark W.J., Bruinink A. The degree and kind of agglomeration affect carbon nanotube cytotoxicity // Toxicol. Lett. 2007. V. 168. P. 121–131.

15. Stoker E., Purser F., Kwon S., Park Y.B, Lee J.S. Alternative estimation of human exposure of single-walled carbon nanotubes using three-dimensional tissue-engineered human lung // Int. J. Toxicol. 2008. V. 27. № 6. Р. 441–448.

16. Davoren M., Herzog E., Casey A., Cottineau B., Chambers G., Byrne H.J., Lyng F.M. In vitro toxicity evaluation of single walled carbon nanotubes on human A549 lung cells // Toxicol. In Vitro. 2007. V. 21. № 3. P. 438–448.

17. Pulskamp K., Diabaté S., Krug H.F. Carbon nanotubes show no sign of acute toxicity but induce intracellular reactive oxygen species in dependence on contaminants // Toxicol. Lett. 2007. V. 168. Р. 58–74.

18. Wörle-Knirsch J.M., Pulskamp K., Krug H.F. Oops they did it again! Carbon nanotubes hoax scientists in viability assays // Nano Lett. 2006. V. 6. № 6. Р. 1261–1268.

19. Fujita K., Fukuda M., Endoh S., Kato H., Maru J., Nakamura A., Uchino K, Shinohara N., Obara S., Nagano R., Horie M., Kinugasa S., Hashimoto H., Kishimoto A. Physical properties of single-wall carbon nanotubes in cell culture and their dispersal due to alveolar epithelial cell response // Toxicol. Mech. Methods. 2013. V. 23. № 8. Р. 598–609.

20. Wang L., Mercer R.R., Rojanasakul Y., Qiu A., Lu Y., Scabilloni J.F., Wu N., Castranova V. Direct fibrogenic effects of dispersed single-walled carbon nanotubes on human lung fibroblasts // J. Toxicol. Environ. Health A. 2010. V. 73. № 5. Р. 410–422.

21. Manke A., Luanpitpong S., Dong C., Wang L., He X., Battelli L. Derk R., Stueckle T.A., Porter D.W., Sager T., Gou H., Dinu C.Z., Wu N., Mercer R.R., Rojanasakul Y. Effect of fiber length on carbon nanotube-induced fibrogenesis // Int. J. Mol. Sci. 2014. V. 15. № 5. Р. 7444–7461.

22. Luanpitpong S., Wang L., Castranova V., Rojanasakul Y. Induction of stem-like cells with malignant properties by chronic exposure of human lung epithelial cells to single-walled carbon nanotubes // Particle and Fibre Toxicology. 2014. V. 11. P. 22.

23. Wang L., Luanpitpong S., Castranova V., Tse W., Lu Y., Pongrakhananon V., Rojanasakul Y. Carbon nanotubes induce malignant transformation and tumorigenesis of human lung epithelial cells // Nano Lett. 2011. V. 11. № 7. P. 2796–2803.

24. Dumortier H., Lacotte S., Pastorin G., Marega R., Wu W., Bonifazi D., Briand J.P., Prato M., Muller S., Bianco A. Functionalized carbon nanotubes are non-cytotoxic and preserve the functionality of primary immune cells // Nano Lett. 2006. V. 6. № 7. P. 1522–1528.

25. Clift M.J., Endes C., Vanhecke D., Wick P., Gehr P., Schins R.P., Petri-Fink A., Rothen-Rutishauser B. A comparative study of different in vitro lung cell culture systems to assess the most beneficial tool for screening the potential adverse effects of carbon nanotubes // Toxicol Sci. 2014. V. 137. № 1. Р. 55–64.

26. Witasp E., Shvedova A.A., Kagan V.E., Fadeel B. Single-walled carbon nanotubes impair human macrophage engulfment of apoptotic cell corpses // Inhal. Toxicol. 2009. V. 21. Р. 131–136.

27. Dong P.X., Wan B., Guo L.H. In vitro toxicity of acid-functionalized single-walled carbon nanotubes: effects on murinemacrophages and gene expression profiling // Nanotoxicology. 2012. V. 6. № 3. Р. 288–303.

28. Khaliullin T.O., Kisin E.R., Murray A.R., Yanamala N., Shurin M.R., Gutkin D.W., Fatkhutdinova L.M., Kagan V.E., Shvedova A.A. Mediation of the single-walled carbon nanotubes induced pulmonary fibrogenic response by osteopontin and TGF-β1 // Exp. Lung. Res. 2017. V. 43. № 8. Р. 311–326.

29. Shvedova A.A., Kisin E.R., Mercer R., Murray A.R., Johnson V.J., Potapovich A.I., Tyurina Y.Y., Gorelik O., Arepalli S., Schwegler-Berry D., Hubbs A.F., Antonini J., Evans D.E., Ku B.K., Ramsey D., Maynard A., Kagan V.E., Castranova V., Baron P. Unusual inflammatory and fibrogenic pulmonary responses to single-walled carbon nanotubes in mice // Am. J. Physiol. Lung. Cell Mol. Physiol. 2005. V. 289. № 5. Р. 698–708.

30. Murr L.E., Garza K.M., Soto K.F., Carrasco A., Powell T.G., Ramirez D.A., Guerrero P.A., Lopez D.A., Venzor J 3rd. Cytotoxicity assessment of some carbon nanotubes and related carbon nanoparticle aggregates and the implications for anthropogenic carbon nanotube aggregates in the environment // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2005. V. 2. № 1. P. 31–42.

31. Migliore L., Saracino D., Bonelli A., Colognato R., R.D’Errico M., Magrini A., Bergamaschi A., Bergamaschi E. Carbon nanotubes induce oxidative DNA damage in RAW264.7 cells // Environment. Molecular Mutagenesis. 2010. V. 51. Р. 294–303.

32. Wang J., Sun P., Bao Y., Liu J., An L. Cytotoxicity of single-walled carbon nanotubes on PC12 cells // Toxicol. In Vitro. 2011. V. 25. № 1. Р. 242–250.

33. Zhang Y., Ali S.F., Dervishi E., Xu Y., Li Z., Casciano D., Biris A.S. Cytotoxicity effects of graphene and single-wall carbon nanotubes in neural phaeochromocytoma-derived PC12 cells // ACS Nano. 2010. V. 4. № 6. Р. 3181–3186.

34. Belyanskaya L., Weigel S., Hirsch C., Tobler U., Krug H.F., Wick P. Effects of carbon nanotubes on primary neurons and glial cells // Neurotoxicology. 2009. V. 30. № 4. P. 702–711.

35. Pichardo S., Gutiérrez-Praena D., Puerto M., Sánchez E., Grilo A., Cameán A.M., Jos A. Oxidative stress responses to carboxylic acid functionalized single wall carbonnanotubes on the human intestinal cell line Caco-2 // Toxicol. In Vitro. 2012. V. 26. № 5. Р. 672–677.

36. Albini A., Mussi V., Parodi A., Ventura A., Principi E., Tegami S., Rocchia M., Francheschi E., Sogno I., Cammarota R., Finzi G., Sessa F., Noonan D.M., Valbusa U. Interactions of single-wall carbon nanotubes with endothelial cells // Nanomedicine. 2010. V. 6. № 2. Р. 277–288.

37. Walker V.G., Li Z., Hulderman T., Schwegler-Berry D., Kashon M.L., Simeonova P.P. Potential in vitro effects of carbon nanotubes on human aortic endothelial cells // Toxicol. Appl. Pharmacol. 2009. V. 236. № 3. Р. 319–328.

38. Aminzadeh Z., Jamalan M., Chupani L., Lenjannezhadian H., Ghaffari M.A., Aberomand M., Zeinali M. In vitro reprotoxicity of carboxyl-functionalised single- and multi-walled carbon nanotubes on human spermatozoa // Andrologia. 2017. V. 49. № 9. Article № e12941.

39. Cicchetti R., Divizia M., Valentini F., Argentin G. Effects of single-wall carbon nanotubes in human cells of the oral cavity: geno-cytotoxic risk // Toxicol. In Vitro. 2011. V. 25. № 8. Р. 1811–1819.

40. Cui D., Tian F., Ozkan C.S., Wang M., Gao H. Effect of single wall carbon nanotubes on human HEK293 cells // Toxicol Lett. 2005. V. 155. № 1. P. 73–85.

41. Shvedova A.A., Castranova V., Kisin E.R., Schwegler-Berry D., Murray A.R., Gandelsman V.Z., Maynard A., Baron P. Exposure to carbon nanotube material: assessment of nanotube cytotoxicity using human keratinocyte cells // J. Toxicol. Environ. Health A. 2003. V. 66. № 20. P. 1909–1926.

42. Manna S.K., Sarkar S., Barr J., Wise K., Barrera E.V., Jejelowo O., Rice-Ficht A.C., Ramesh G.T. Single-walled carbon nanotube induces oxidative stress and activates nuclear transcription factor-kappa B in human keratinocytes // Nano Lett. 2005. V. 5. № 9. P. 1676–1684.

43. Murray A.R., Kisin E., Leonard S.S., Young S.H., Kommineni C., Kagan V.E., Castranova V., Shvedova A.A. Oxidative stress and inflammatory response in dermal toxicity of single-walled carbon nanotubes // Toxicology. 2009. V. 257. P. 161–171.

44. Tian F., Cui D., Schwarz H., Estrada G.G., Kobayashi H. Cytotoxicity of single-wall carbon nanotubes on human fibroblasts // Toxicol. In Vitro. 2006. V. 20. № 7. P. 1202–1212.

45. Jia G., Wang H., Yan L., Wang X., Pei R., Yan T., Zhao Y., Guo X. Cytotoxicity of carbon nanomaterials: single-wall nanotube, multi-wall nanotube, and fullerene // Environ. Sci. Technol. 2005. V. 39. № 5. P. 1378–1383.

46. Hu X., Cook S., Wang P., Hwang H.M., Liu X., Williams Q.L. In vitro evaluation of cytotoxicity of engineered carbon nanotubes in selected human cell lines // Sci. Total Environ. 2010. V. 408. № 8. P. 1812–1817.

47. Халиуллин Т.О., Кисин Е.Р, Мюррэй Э., Залялов Р.Р., Шведова А.А., Фатхутдинова Л.М. Токсические эффекты углеродных нанотрубок в культурах клеток макрофагов и бронхиального эпителия // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2014. Т. 25. № 1. С. 199–210.

48. Palomäki J., Karisola P., Pylkkänen L., Savolainen K., Alenius H. Engineered nanomaterials cause cytotoxicity and activation on mouse antigen presenting cells // Toxicology. 2010. № 267 (1– 3). P. 125–131.

49. Kharissova O.V., Kharisov B.I. Solubilization and dispersion of carbon nanotubes. Switzerland: Springer, 2017. 250 p.

50. Horie M., Stowe M, Tabei M., Kato H., Nakamura A., Endoh S., Morimoto Y., Fujita K. Dispersant affects the cellular influences of single-wall carbon nanotube: the role of CNT as carrier of dispersants // Toxicol. Mechanisms Methods. 2013. V. 23. № 5. Р. 315–322.

51. Kim J.S., Song K.S., Lee J.H., Yu I.J. Evaluation of biocompatible dispersants for carbon nanotube toxicity tests // Archives Toxicol. 2011. V. 85. № 12. Р. 1499–1508.

52. Sample preparation and characterization for safety testing of carbon nanotubes, and in vitro cell-based assay [Электронный ресурс]. 2014. URL: https://www.aistriss.jp/downloads/tej%20 20140507.pdf

53. Wang L., Castranova V., Mishra A., Chen B., Mercer R.R., Schwegler-Berry D., Rojanasakul Y. Dispersion of single-walled carbon nanotubes by a natural lung surfactant for pulmonary in vitro and in vivo toxicity studies // Particle and Fibre Toxicology. 2010. V. 7. URL: http://www.particleandfibretoxicology. com/content/7/1/31

54. Fujita K., Fukuda M., Endoh S., Maru J., Kato H., Nakamura A., Shinohara N., Uchino K., Honda K. Size effects of single-walled carbon nanotubes on in vivo and in vitro pulmonary toxicity // Inhalation Toxicol. 2015. V. 27. № 4. Р. 207–223.


Просмотров: 99


ISSN 1992-7223 (Print)