Preview

Российские нанотехнологии

Расширенный поиск

ОЦЕНКА IN VIVO ПОДОСТРОЙ ПЕРОРАЛЬНОЙ ТОКСИЧНОСТИ МНОГОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК. ХАРАКТЕРИСТИКА НАНОМАТЕРИАЛА И ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Полный текст:

Аннотация

Благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам углеродные нанотрубки (УНТ) пользуются большим спросом в нанотехнологической промышленности. Пероральный сценарий воздействия УНТ на человека возможен при их миграции в пищевые продукты из перспективных композитных упаковочных материалов, систем для очистки воды, в сельском хозяйстве — при использовании в качестве стимуляторов роста растений, носителей для агрохимикатов и др. В цели работы входили разработка метода перорального введения УНТ лабораторным крысам, допускающего использование в подостром или хроническом токсикологическом эксперименте продолжительностью не менее 3 месяцев, и предварительная оценка влияния УНТ на интегральные и физиологические показатели организма животных при пероральном введении. Объектом исследований являлся препарат многослойных УНТ (МУНТ) «Таунит-М®» с наружным диаметром частиц 15–40 нм, диаметром внутренней полости 3–8 нм, средней длиной более 2 мкм. Препарат ежедневно давали растущим крысам-самцам линии Вистар в дозах от 0.01 до 10 мг/кг м. т. в течение 100 дней. Введение МУНТ осуществляли с питьевой жидкостью в виде водных дисперсий, стабилизированных поверхностно-активным веществом (ПАВ) Tween-20. МУНТ были охарактеризованы методами динамического лазерного светорассеяния, трансмиссионной электронной микроскопией и спектроскопией комбинационного рассеяния. В ходе эксперимента, а также по его окончании у животных определяли интегральные показатели, уровень тревожности и когнитивную функцию с использованием теста «Условный рефлекс пассивного избегания», содержание макромолекул овальбумина (ОВА) в сыворотке крови и величину всасывания ОВА. По результатам не было выявлено влияния потребления дисперсии МУНТ на состояние когнитивной функции у крыс. Отмечены достоверные изменения массы внутренних органов крыс, среди которых снижение массы тимуса животных на 28–37 % во всем интервале доз МУНТ, повышение на 23–32 % массы головного мозга независимо от доз и массы надпочечников. При определении проницаемости кишечного барьера для макромолекул ОВА было установлено, что всасываемость этого белкового антигена у животных, получавших только ПАВ, оказывается значительно большей, чем у животных, получающих для питья дистиллированную воду. Вместе с тем наличие МУНТ в составе потребляемого крысами раствора ПАВ не только не приводит к дальнейшему усилению этого эффекта, но, напротив, способствует кажущейся «нормализации» макромолекулярной проницаемости. Выявленные в настоящем исследовании изменения относительной массы внутренних органов отмечались уже при дозе МУНТ 0.01 мг/кг м. т., что приводит к оценке пороговой токсической дозы (LOAEL), во всяком случае, менее 0.1 мг/кг м. т.

Об авторах

В. А. Шипелин
Федеральный исследовательский центр питания и биотехнологии
Россия
109240, Москва, Устьинский проезд, 2/14


А. А. Шумакова
Федеральный исследовательский центр питания и биотехнологии
Россия
109240, Москва, Устьинский проезд, 2/14


А. Г. Масютин
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия
119991, Москва, Ленинские горы, 1


А. И. Чернов
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Россия
119991, Москва, ул. Вавилова, 38


Ю. С. Сидорова
Федеральный исследовательский центр питания и биотехнологии
Россия
109240, Москва, Устьинский проезд, 2/14


И. В. Гмошинский
Федеральный исследовательский центр питания и биотехнологии
Россия
109240, Москва, Устьинский проезд, 2/14


С. А. Хотимченко
Федеральный исследовательский центр питания и биотехнологии
Россия
109240, Москва, Устьинский проезд, 2/14


Список литературы

1. Future Markets Inc: The global market for carbon nanotubes to 2020. Dublin, Ireland, Future Markets Inc. 2015. V. 70. P. 1–229.

2. Schrand A.M., Johnson J., Dai L., Hussain S.M., Schlager J.J., Zhu L., et al. Cytotoxicity and genotoxicity of carbon nanomaterials. In: Safety of Nanoparticles. Nanostructure Science and Technology, Webster T. J., ed. by. 2009. New York: Springer. P. 159–187.

3. Fatkhutdinova L.M., Khaliullin T.O., Shvedova A.A. Carbon nanotubes exposure risk assessment: From toxicology to epidemiologic studies (Overview of the current problem) // Nanotechnologies in Russia. 2015. V. 10. № 5–6. P. 144–150.

4. Buford M.C., Hamilton J., Raymond F., Holian A. A comparison of dispersing media for various engineered carbon nanoparticles // Part. Fibre Toxicol. 2007. V. 4. № 6.

5. Jackson P., Jacobsen N.R., Baun A., Birkedal R., Kühnel D., Jensen K.A., Vogel U., Wallin H. Bioaccumulation and ecotoxicity of carbon nanotubes // Chem. Central J. 2013. V. 7. № 1. P. 154.

6. Kavoosi G., Dadfar S.M., Dadfar S.M., Ahmadi F., Niakosari M. Investigation of gelatin/multi-walled carbon nanotube nanocomposite films as packaging materials // Food Sci Nutr. 2014. V. 2. № 1. P. 65–73.

7. Ferguson P.L., Chandler G.T., Templeton R.C., Demarco A., Scrivens W.A., Englehart B.A. Influence of sediment-amendment with single-walled carbon nanotubes and diesel shoot on bioaccumulation of hydrophobic organic contaminants by bentic invertebrates // Environ Sci Technol. 2008. V. 42. № 10. P. 3879.

8. Vasyukova I.A., Gribanovskii S.L., Gusev A.A., Ubogov A.Y., Khaliullin T.O., Fatkhutdinova L.M., Tkachev A.G., et al. Assessment of reproductive toxicity of multiwalled carbon nanotubes and their putative effects on population ecology of mouselike rodents // Nanotechnologies in Russia. 2015. V. 10. № 5–6. P. 458–467.

9. Order of the Ministry of Health and Social Development of the Russian Federation 23.08.2010, № 708n «On approval of the Rules of laboratory practice».

10. Guide for the care and use of laboratory animals. Eighth Edition / Committee for the Update of the Guide for the Care and Use of Laboratory Animals; Institute for Laboratory Animal Research (ILAR); Division on Earth and Life Studies (DELS); National Research Council of the national academies. Washington: The National Academies Press. 2011.

11. Shumakova A.A., Arianova E.A., Shipelin V.A., SidorovaYu.S., Selifanov A.V., Trushina E.N.,Mustafina O.K., Safenkova I.V., Gmoshinsky I.V., Khotimchenko S.A., Tutelyan V.A. Toxicological assessment of nanostructured silica. I. Integral indices, adducts of DNA, tissue thiols and apoptosis in liver // Voprosy pitaniya. 2014. V. 83. № 3. P. 52–62.

12. Stuart C.A., Twistelton R., Nicholas M.K., Hide D.W. Passage of cow’s milk proteins in breast milk // Clin. Allergy. 1984. V. 14. № 6. P. 533–535.

13. John H. Lehmana, Mauricio Terronesb, Elisabeth Mansfielde, Katherine E. Hurst, Vincent Meunierg. Evaluating the characteristics of multiwall carbon nanotubes// Carbon. 2011. V. 49. № 8. P. 2581–2602.

14. Bokova-Sirosh S.N., Kuznetsov V.L., Romanenko A.I., Kazakova M.A., Krasnikov D.V., Tkachev E.N., Yuzyuk Y.I., Obraztsova E.D. Investigation of defectiveness of multiwalled carbon nanotubes produced with Fe–Co catalysts of different composition // J. Nanophotonics. 2016. V. 10. № 1. P. 012526.

15. Udall J.N., Pang K., Fritze L., Kleinman R., Walker W.A. Development of gastrointestinal mucosal barrier. I. The effect of age on intestinal permeability to macromolecules // Pediat. Res. 1981. V. 15. № 3. P. 241–244.

16. Shumakova A.A., Shipelin V.A., Sidorova Yu.S., Trushina E.N., Mustafina O.K., Pridvorova S.M., Gmoshinsky I.V., Khotimchenko S.A. Toxicological evaluation of nanosized colloidal silver, stabilized with polyvinylpyrrolidone. I. Characterization of nanomaterial, integral, hematological parameters, level of thiol compounds and liver cell apoptosis // Voprosy pitaniya. 2015. V. 84. № 6. P. 46–57.

17. Khripach L.V., Rakhmanin Iu.A., Mikhajlova R.I., Knyazeva T.D., Koganova Z.I., Zheleznyak E.V., Savostikova O.N., Alekseeva A.V., Ryzhova I.N., Kruglova E.V., Revazova T.L. Biochemical effects of chronic peroral administration of carbon nanotubes and activated charcoal in drinking water in rats // Gigiena i sanitariia. 2014. № 5. P. 36–42.

18. Vasjykova I.A., Gusev A.A., Khaliulin T.O., Phatkhutdinova L.M., Ubogov A.U. Multi-walled carbonic nanotubes and theirs impact on the mans childbearing system // Nanotechnology and health. 2014. V. 6. № 18. P. 10–15.

19. Haniu H. Saito N., Matsuda Y., Kim Y.-A., Park K.C., Tsukahara T., et al. Effect of dispersants of multi-walled carbon nanotubes on cellular uptake and biological responses // Int. J. Nanomedicine. 2011. V. 6. P. 3295–3307.

20. Polyoxyethylene (20) sorbitan monoesters of lauric, oleic, palmitic and stearic acid and triester оf stearic acid. Toxicological evaluation of some food additives including anticaking agents, antimicrobials, antioxidants, emulsifiers and thickening agents // WHO Food Additives Series. 1974. № 5. 8 р. http://www.inchem.org.

21. Perdue M.H. Intestinal permeability // Gut. 1988. V. 29. № 7. P. 1016.

22. Bolin T., Franzen L., Sjodahl R., Tagesson C. Passage of molecules through the wall of gastrointestinal tract. Influence of lysolecithin on rat ileal permeability to different sized molecules // Scand. J. Gastroenterol. 1986. V. 21. № 4. P. 441–448.

23. Jachak A., Lai S.K, Hida K., Suk J.S., Markovic N., Biswal S., et al. Transport of metal oxide nanoparticles and single-walled carbon nanotubes in human mucus // Nanotoxicology. 2012. V. 6. № 6. P. 614–622.

24. Guidance manual for the testing of manufactured nanomaterials: oecd sponsorship programme // OECD Environment, Health and Safety Publications Series on the Safety of Manufactured Nanomaterials. 2010. № 25. P. 92. http://www.oecd.org/ officialdocuments/publicdisplaydocumentpdf/?cote=env/jm/ mono (2009)20/rev&doclanguage=en

25. Philbrook N.A., Walker V.K., Afrooz A.R.M.N., Saleh N.B., Winn L.M. Investigating the effects of functionalized carbon nanotubes on reproduction and development in Drosophila melano-gaster and CD-1 mice // Reproductive Toxicology. 2011. V. 32. № 4. P. 442–448.

26. Li P., Lai X., Witzmann F.A., Blazer-Yost B.L. Bioinformatic analysis of differential protein expression in Calu-3 cells exposed to carbon nanotubes // Proteomes. 2013. V. 1. № 3. P. 219–239.

27. Gorsheneva E.B. Dose-dependent result multi-walled carbonic nanotubes and soot particles by oral introduction to laboratory mouses // Nanotechnology and health. 2014. V. 6. № 18. P. 48–55.

28. Bergin I.L. Witzmann F.A. Nanoparticle toxicity by the gastrointestinal route: evidence and knowledge gaps // Int. J. Biomed. Nanosci. Nanotechnol. 2013. V. 3. № 1–2.

29. Lim J.H., Kim S.H., Shin I.S., Park N.H., Moon C., Kang S.S., Kim S.H., Park S.C., Kim J.C. Maternal exposure to multi-wall carbon nanotubes does not induce embrio-fetal developmental toxicity in rats // Birth Defects Res. B. Dev. Reprod. Toxicol. 2011. V. 92. № 1. P. 69–76.

30. Masyutin A.G., Erokhina M.V., Sychevskaya K.A., Smirnova E.A., Onishchenko G.E., Gusev A.A., Vasyukova I.A., Tkachev A.G. Multiwalled Carbon Nanotubules Induce Pathological Changes in the Digestive Organs of Mice // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2016. V. 161. № 1. P. 143–148.

31. Kolosnjaj-Tabi J., Hartman K.B., Boudjemaa S., Ananta J.S., Morgant G., Szwarc H., et al. In vivo behavior of large doses of ultrashort and full-length single-walled carbon nanotubes after oral and intraperitoneal administration to Swiss mice // ACS Nano. 2010. V. 4. № 3. P. 1481–1492.


Просмотров: 48


ISSN 1992-7223 (Print)