Влияние наночастиц диоксида кремния на морфологию внутренних органов у крыс при пероральном введении

Файл статьи: 
УДК: 
615.9, 614.7
Авторы: 

Н.В. Зайцева 1 , М.А. Землянова 1,2,4 , В.Н. Звездин 1,4 , А.А. Довбыш 1 , И.В. Гмошинский 3 , С.А. Хотимченко 3

Организация: 

1 Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, Россия, 614045, г. Пермь, Монастырская, 82
2 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29
3 Федеральный исследовательский центр питания и биотехнологии, Россия, 109240, г. Москва, Устьинский проезд, 2/14
4 Пермский государственный национальный исследовательский университет, Россия, 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15

Аннотация: 

Объектом исследования являлся аморфный диоксид кремния (SiO 2 ), который широко используется в качестве пищевой добавки (Е551), вспомогательного компонента в фармацевтических препаратах, в парфюмерно-косметической продукции и т.п. В спецификации JECFA на диоксид кремния отутствует информация о размере его частиц, что допускает использование в качестве пищевой добавки высокодисперсного аморфного SiO 2 , полученного газофазным гидролизом тетрахлорсилана. Данный материал, известный как «Аэросил», характеризуется размером удельной площади поверхности 300–380 м 2 /г и размером своих относительно слабо агломерированных частиц 6–30 нм, то есть является наноматериалом. На биологической модели исследованы морфологические изменения тканей органов и систем при пероральном введении наноразмерных частиц диоксида кремния. Крысы-самцы линии Вистар получали на протяжении 92 суток наноразмерный диоксид кремния с удельной площадью поверхности 300 м 2 /г и размером первичных наночастиц по данным электронной, атомно-силовой микроскопии и динамического рассеяния света в интервале 20–60 нм. Светооптическое морфологическое исследование органов крыс выявило относительно слабо выраженные воспалительные явления в структуре паренхиматозных органов (печень, почки), не демонстрирующие определенной зависимости от дозы наночастиц. Наиболее выраженными были изменения морфологии подвздошной кишки, состоящие в массивной лимфомакрофагальной и эозинофильной инфильтрации ворсинок, без видимого нарушения структуры их эпителиального пласта, что косвенно указывает на отсутствие нарушений барьерной функции кишечного эпителия. При максимальной из доз (100 мг/кг массы тела) усиление иммунной реакции в стенке подвздошной кишки было наиболее значительным. Полученные результаты указывают на возможные риски для здоровья человека при использовании SiO 2 с удельной площадью поверхности 300 м 2 /г и выше в составе пищевой продукции в качестве пищевой добавки.

Ключевые слова: 
наночастицы, диоксид кремния, морфологические исследования, пероральное поступление, подострая токсичность, риск здоровью
Влияние наночастиц диоксида кремния на морфологию внутренних органов у крыс при пероральном введении / Н.В. Зайцева, М.А. Землянова, В.Н. Звездин, А.А. Довбыш, И.В. Гмошинский, С.А. Хотимченко // Анализ риска здоровью. – 2016. – №4. – С. 80–94. DOI: 10.21668/health.risk/2016.4.10
Список литературы: 
  1. Меркулов Г.А. Курс патологогистологической техники. – Л.: Медицина, Ленинградское отделение, 1969. – 424 с.
  2. Методические подходы к оценке безопасности наноматериалов / Г.Г. Онищенко, А.И. Арчаков, В.В. Бессонов, Б.Г. Бокитько, А.Л. Гинцбург, И.В. Гмошинский, А.И. Григорьев, Н.Ф. Измеров, М.П. Кирпичников, Б.С. Народицкий, В.И. Покровский, А.И. Потапов, Ю.А. Рахманин, В.А. Тутельян, С.А. Хотим-ченко, К.В. Шайтан, С.А. Шевелева // Гигиена и cанитария. – 2007. – № 6. – С. 3–10.
  3. Микроскопическая техника: руководство / под ред. Д.С. Саркисова и Ю.Л. Петрова. – М.: Медицина, 1996. – 544 с.
  4. МУ 1.2.2520–09. Токсиколого-гигиеническая оценка безопасности наноматериалов: методические указания. – М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. – 35 с.
  5. Об утверждении правил лабораторной практики: Приказ Минздравсоцразвития России № 708Н от 23.08.2010 г. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.consultpharma.ru/index.php/ru/documents/drugs/299-708-23-2010 (дата обращения: 10.10.2016).
  6. Онищенко Г.Г., Тутельян В.А. О концепции токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов // Вопросы питания. – 2007. – Т. 76, № 6. – С. 4–8.
  7. Токсикологическая оценка наноструктурного диоксида кремния. Параметры острой токсичности / Н.В.Зайцева, М.А.Землянова, В.Н. Звездин, Довбыш А.А., И.В. Гмошинский, С.А. Хотимченко, И.В. Сафенкова, Т.И. Акафьева // Вопросы питания. – 2014. – Т. 83, № 2. – С. 42–49.
  8. Токсикологическая оценка наноструктурного диоксида кремния. I. Интегральные показатели, аддукты ДНК, уровень тиоловых соединений и апоптоз клеток печени / А.А. Шумакова, Е.А. Арианова, В.А. Шипелин, Ю.С. Сидорова, А.В. Селифанов, Э.Н. Трушина, О.К. Мустафина, И.В. Сафенкова, И.В. Гмошинский, С.А. Хотимченко, В.А. Тутельян // Вопросы питания. – 2014. – Т. 83, № 3. – С. 52–62.
  9. Токсикологическая оценка наноструктурного диоксида кремния. II. Энзимологические, биохимические показатели, состояние системы антиоксидантной защиты / А.А. Шумакова, Л.И. Авреньева, Г.В. Гусева, Л.В. Кравченко, С.Х. Сото, И.В. Ворожко, Т.Б. Сенцова, И.В. Гмошинский, С.А. Хотимченко, В.А. Тутельян // Вопросы питания. – 2014. – Т. 83, № 4. – С. 58–66.
  10. Токсикологическая оценка наноструктурного диоксида кремния. III. Микроэкологические, гема-тологические показатели, состояние системы иммунитета / А.А. Шумакова, Н.Р. Ефимочкина, Л.П. Минаева, И.Б. Быкова, С.Ю.Батищева, Ю.М. Маркова, Э.Н. Трушина, Мустафина О.К., Н.Э. Шаранова, И.В. Гмошинский, Р.А. Ханферьян, С.А. Хотимченко, С.А.Шевелева, В.А. Тутельян // Вопросы питания. – 2015. – Т. 84, № 4. – С. 55–65.
  11. Токсикологическая оценка наноструктурного диоксида кремния. IV. Иммунологические и аллергологические показатели у животных, сенсибилизированных пищевым аллергеном, и заключительное обсуждение / А.А. Шумакова В.А. Шипелин, Э.Н. Трушина, О.К. Мустафина, И.В. Гмошинский, Р.А. Ханферьян, С.А. Хотимченко, В.А. Тутельян // Вопросы питания. – 2015. – Т. 84, № 5. – С. 102–111.
  12. Adverse Effect of Nano-Silicon Dioxide on Lung Function of Rats with or without Ovalbumin Immunization / B. Han, J. Guo, T. Abrahaley [et al.] // PLoS One. – 2011. – Vol. 6, № 2. – P. e17236.
  13. Amorphous silica nanoparticles aggregate human platelets: potential implications for vascular homeostasis / J.J. Corbalan, C. Medina, A. Jacoby [et al.] // Int. J. Nanomedicine. – 2012. – Vol. 7. – P. 631–639.
  14. Amorphous silica nanoparticles trigger nitric oxide/peroxynitrite imbalance in human endothelial cells: inflammatory and cytotoxic effects / J.J. Corbalan, C. Medina, A. Jacoby [et al.] // Int. J. Nanomedicine. – 2011. – Vol. 6. – P. 2821–2835.
  15. Chen Q., Xue Y., Sun J. Kupffer cell-mediated hepatic injury induced by silica nanoparticles in vitro and in vivo // Int. J. Nanomedicine. – 2013. – Vol. 8. – P. 1129–1140.
  16. Eom H.-J., Choi J. SiO2 Nanoparticles Induced Cytotoxicity by Oxidative Stress in Human Bronchial Ep-ithelial Cell, Beas-2B // Environ. Health Toxicol. – 2011. – Vol. 26. – P. e2011013.
  17. 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. – 246 p. [Электронный ресурс]. – URL: https://grants.nih.gov/grants/olaw/Guide-for-the-Care-and-use-of-laborat... (дата обращения: 10.10.2016).
  18. In vitro developmental toxicity test detects inhibition of stem cell differentiation by silica nanoparticles / M.V. Park, W. Annema, A. Salvati, A. Lesniak, A. Elsaesser, C. Barnes, G. McKerr, C.V. Howard, I. Lynch, K.A. Dawson, A.H. Piersma, W.H. de Jong // Toxicol. Appl. Pharmacol. – 2009. – Vol. 240, № 1. – P. 108–116.
  19. Inflammatory and cytotoxic responses of an alveolar-capillary coculture model to silica nanoparticles: Comparison with conventional monocultures / J. Kasper, M.I. Hermanns, C. Bantz [et al.] // Part. Fibre Toxicol. – 2011. – Vol. 8. – Р. 6.
  20. Microsomal glutathione transferase 1 protects against toxicity induced by silica nanoparticles but not by zinc oxide nanoparticles / J. Shi, H.L. Karlsson, K. Johansson [et al.] // ACS Nano. – 2012. – Vol. 6, № 3. – P. 1925–1938.
  21. Nano-SiO2 induces apoptosis via activation of p53 and Bax mediated by oxidative stress in human hepatic cell line / Y. Ye, J. Liu, J. Xu, L. Sun, M. Chen, M. Lan // Toxicol. In Vitro. − 2010. – Vol. 24, № 3. – P. 751–758.
  22. Park E.J., Park K. Oxidative stress and pro-inflammatory responses induced by silica nanoparticles in vi-vo and in vitro // Toxicol. Lett. – 2009. – Vol. 184, № 1. – P. 18–25.
  23. Silica nanoparticles as hepa-totoxicants / H. Nishimori, M. Kondoh, K. Isoda [et al] // Eur. J. Pharm. Bi-opharm. – 2009. – Vol. 72, № 3. – P. 496–501.
  24. Silica nanoparticles enhance autophagic activity, disturb endothelial cell homeostasis and impair angi-ogenesis / J. Duan, Yo. Yu, Ya. Yu, Y. Li, P. Huang, X. Zhou, S. Peng, Z. Sun // Part. Fibre Toxicol. – 2014. – Vol. 11, № 1. – P. 50.
  25. Silicon dioxide, amorphous. Rome: JECFA. – 1973–1992. – 2 p. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.fao.org/fileadmin/user_upload/jecfa_additives/docs/Monograph1... (дата обращения: 10.10.2016).
  26. Size-dependent cytotoxicity of monodisperse silica nanoparticles in human endothelial cells / D. Na-pierska, L.C. Thomassen, V. Rabolli, D. Lison, L. Gonzalez, M. Kirsch-Volders, J.A. Martens, P.H. Hoet // Small. – 2009. – Vol. 5, № 7. – P. 846–853.
  27. Sub-chronic toxicity study in rats orally exposed to nanostructured silica / M. van der Zande, R.J. Vandebriel, M.J. Groot, E.Kramer, Z.E.H. Rivera, K.Rasmussen, J.S.Ossenkoppele, P. Tromp, E.R. Gremmer, R.J.B. Peters, P.J. Hendriksen, H.J.P. Marvin, R.L.A.P. Hoogenboom, A.A.M. Peijnenburg, H. Bouwmeester // Part. Fibre Toxicol. – 2014. – Vol. 11. – P. 8.
  28. The comparative immunotoxicity of mesoporous silica nanoparticles and colloidal silica nanoparticles in mice / S. Lee, M.-S. Kim, D. Lee, T.K. Kwon, D. Khang, H.-S.Yun, S.-H. Kim // Int. J. Nanomedicine. – 2013. – Vol. 8. – P. 147–158.
  29. Yoshida T., Yoshioka Y., Fujimura M. et al. Promotion of allergic immune responses by intranasally-administrated nanosilica particles in mice // Nanoscale Res. Lett. – 2011. – Vol. 6, № 1. – P. 192–204.

Вы здесь