Оценка влияния наночастиц оксида селена на морфофункциональное состояние печени (Экспериментальные данные)

Файл статьи: 
Иконка PDF health-risk-analysis-2023-1-14.pdf
УДК: 
613.6.02
DOI: 
10.21668/health.risk/2023.1.14
Авторы: 

Ю.В. Рябова, М.П. Сутункова, А.И. Чемезов, И.А. Минигалиева, Т.В. Бушуева, И.Г. Шеломенцев, С.В. Клинова, Р.Р. Сахаутдинова

Организация: 

Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий, Россия, 620014, г. Екатеринбург, ул. Попова, 30

Аннотация: 

Предприятия медеплавильной промышленности являются источниками поступления в окружающую среду аэрозоля сложного состава, включающего в том числе селенсодержащие наночастицы. Адекватная оценка опасности последних затруднена ввиду недостаточности данных, полученных в сравнительно небольшом числе экспериментальных исследований с несколько противоречивыми результатами.
Таким образом, цель исследования состояла в уточнении токсических эффектов селенсодержащих наночастиц с особым вниманием к состоянию печени, являющейся жизненно важным органом и органом-мишенью для воздействия селена в солевой форме.

В субхроническом эксперименте на белых аутбредных крысах-самцах изучено токсическое действие водной суспензии наночастиц оксида селена, полученной методом лазерной абляции из пластинок селена 99%-ной чистоты, на состояние печени. Методом электронной микроскопии оценены ультраструктурные изменения, проведена цитологическая и гистологическая оценка печени, выполнены биохимический анализ и метаболомный скрининг крови.

У экспонированных животных обнаружены признаки повреждения печени и угнетения ее секреторных функций на разных уровнях, от молекулярного до организменного, а именно: снижение числа нормальных и нормально-везикулярных митохондрий в клетках печени на 7,78 %, p < 0,05, по данным электронной микроскопии; снижение уровня гликохолевой кислоты в сыворотке крови по данным метаболомного скрининга, р < 0,001; повышение уровня аланинаминотрансферазы в сыворотке крови на 30 %, p < 0,05; рост числа безъядерных гепатоцитов в 3,1 раза, p < 0,05, при гистологической оценке препаратов печени; рост числа дегенеративно-измененных гепатоцитов в 2,2 раза, p < 0,05, при оценке мазков-отпечатков печени.

Полученные экспериментальные данные могут быть использованы для оценки потенциальной опасности селенсодержащих наночастиц для нужд социально-гигиенического мониторинга и медико-биологического прогнозиро-вания ущерба, причиняемого здоровью под воздействием таких наночастиц. Изменение содержания лизофосфати-дилинозитолов может служить отправной точкой для поиска предикторов ранней диагностики нарушений, опосредованных воздействием изученных наночастиц.

Ключевые слова: 
токсичность, оценка опасности, наночастицы, селен, печень, механизмы действия, in vivo, эксперимент
Оценка влияния наночастиц оксида селена на морфофункциональное состояние печени (экспериментальные данные) / Ю.В. Рябова, М.П. Сутункова, А.И. Чемезов, И.А. Минигалиева, Т.В. Бушуева, И.Г. Шеломенцев, С.В. Клинова, Р.Р. Сахаутдинова // Анализ риска здоровью. – 2023. – № 1. – С. 147–156. DOI: 10.21668/health.risk/2023.1.14
Список литературы: 
  1. Experimental research into metallic and metal oxide nanoparticle toxicity in vivo / B.A. Katsnelson, L.I. Privalova, M.P. Sutunkova, I.A. Minigalieva, V.B. Gurvich, V.Ya. Shur, E.V. Shishkina, O.H. Makeyev [et al.] // Bioactivity of Engineered Nanoparticles. – 2017. – Chapter 11. – P. 259–319.
  2. Maroney M.J., Hondal R.J. Selenium versus sulfur: Reversibility of chemical reactions and resistance to permanent oxidation in proteins and nucleic acids // Free Radic. Biol. Med. – 2018. – Vol. 127. – P. 228–237. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2018.03.035
  3. Use of an antiarrhythmic drug against acute selenium toxicity / Y.U. Mercan, Y. Başbuğan, A. Uyar, A.U. Kömüroğlu, Ö.F. Keleş // J. Trace Elem. Med. Biol. – 2020. – Vol. 59. – Р. 126471. DOI: 10.1016/j.jtemb.2020.126471
  4. Redox-active selenium compounds – from toxicity and cell death to cancer treatment / S. Misra, M. Boylan, A. Selvam, J.E. Spallholz, M. Björnstedt // Nutrients. – 2015. – Vol. 7, № 5. – Р. 3536–3556. DOI: 10.3390/nu7053536
  5. Полубояринов П.А., Елистратов Д.Г., Швец В.И. Метаболизм и механизм токсичности селенсодержащих препаратов, используемых для коррекции дефицита микроэлемента селена // Тонкие химические технологии. – 2019. – Т. 14, № 1. – С. 5–24. DOI: 10.32362/2410-6593-2019-14-1-5-24
  6. Steinbrenner H., Duntas L.H., Rayman M.P. The role of selenium in type-2 diabetes mellitus and its metabolic comorbidities // Redox Biol. – 2022. – Vol. 50. – Р. 102236. DOI: 10.1016/j.redox.2022.102236
  7. Selenium neurotoxicity in humans: Bridging laboratory and epidemiologic studies / M. Vinceti, J. Mandrioli, P. Borella, B. Michalke, A. Tsatsakis, Y. Finkelstein // Toxicol. Lett. – 2014. – Vol. 230, № 2. – Р. 295–303. DOI: 10.1016/j.toxlet.2013.11.016
  8. A selenium species in cerebrospinal fluid predicts conversion to Alzheimer’s dementia in persons with mild cognitive impairment / M. Vinceti, A. Chiari, M. Eichmüller, K.J. Rothman, T. Filippini, C. Malagoli, J. Weuve, M. Tondelli [et al.] // Alzheimers Res. Ther. – 2017. – Vol. 9, № 1. – Р. 100. DOI: 10.1186/s13195-017-0323-1
  9. Long-term selenium exposure / C.J. Diskin, C.L. Tomasso, J.C. Alper, M.L. Glase, S.E. Fliegel // Arch. Intern. Med. – 1979. – Vol. 139, № 7. – P. 824–826.
  10. The Functions of Selenium and Selenoproteins Relating to the Liver Diseases / N. Shang, X. Wang, Q. Shu, H. Wang, L. Zhao // J. Nanosci. Nanotechnol. – 2019. – Vol. 19, № 4. – Р. 1875–1888. DOI: 10.1166/jnn.2019.16287
  11. Toxicological effects of nanoselenium in animals / I. Bano, S. Skalickova, S. Arbab, L. Urbankova, P. Horky // J. Anim. Sci. Biotechnol. – 2022. – Vol. 13, № 1. – P. 72. DOI: 10.1186/s40104-022-00722-2
  12. Comparison of short-term toxicity between Nano-Se and selenite in mice / J. Zhang, H. Wang, X. Yan, L. Zhang // Life Sci. – 2005. – Vol. 76, № 10. – P. 1099–1109. DOI: 10.1016/j.lfs.2004.08.015
  13. Wang H., Zhang J., Yu H. Elemental selenium at nano size possesses lower toxicity without compromising the fundamental effect on selenoenzymes: comparison with selenomethionine in mice // Free Radic. Biol. Med. – 2007. – Vol. 42, № 10. – P. 1524–1533. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2007.02.013
  14. Zhang J., Wang X., Xu T. Elemental Selenium at Nano Size (Nano-Se) as a Potential Chemopreventive Agent with Reduced Risk of Selenium Toxicity: Comparison with Se-Methylselenocysteine in Mice // Toxicol. Sci. – 2008. – Vol. 101, № 1. – Р. 22–31. DOI: 10.1093/toxsci/kfm221
  15. Effects of Sub-Lethal Doses of Selenium Nanoparticles on the Health Status of Rats / L. Urbankova, S. Skalickova, M. Pribilova, A. Ridoskova, P. Pelcova, J. Skladanka, P. Horky // Toxics. – 2021. – Vol. 9, № 2. – P. 28. DOI: 10.3390/toxics9020028
  16. Systematic acute and subchronic toxicity evaluation of polysaccharide-protein complex-functionalized selenium nanoparticles with anticancer potency / Z. Zhang, Y. Du, T. Liu, K.H. Wong, T. Chen // Biomater. Sci. – 2019. – Vol. 7, № 12. – P. 5112–5123. DOI: 10.1039/c9bm01104h
  17. Toxicity of selenium nanoparticles in male Sprague-Dawley rats at supranutritional and nonlethal levels / Y. He, S. Chen, Z. Liu, C. Cheng, H. Li, M. Wang // Life Sci. – 2014. – Vol. 115, № 1–2. – P. 44–51. DOI: 10.1016/j.lfs.2014.08.023
  18. Absorption, distribution, metabolism and excretion of selenium following oral administration of elemental selenium nanoparticles or selenite in rats / K. Loeschner, N. Hadrup, M. Hansen, S.A. Pereira, B. Gammelgaard, L.H. Møller, A. Mortensen, H.R. Lam, E.H. Larsen // Metallomics. – 2014. – Vol. 6, № 2. – P. 330–337. DOI: 10.1039/c3mt00309d
  19. Synthesis and comparative assessment of antiradical activity, toxicity, and biodistribution of κ-carrageenan-capped selenium nanoparticles of different size: in vivo and in vitro study / M. Lesnichaya, R. Shendrik, E. Titov, B. Sukhov // IET nano-biotechnology. – 2020. – Vol. 14, № 6. – P. 519–526. DOI: 10.1049/iet-nbt.2020.0023
  20. Fernandes A.P., Gandin V. Selenium compounds as therapeutic agents in cancer // Biochim. Biophys. Acta. – 2015. – Vol. 1850, № 8. – P. 1642–1660. DOI: 10.1016/j.bbagen.2014.10.008
  21. Нарциссов Р.П. Применение n-нитротетразоли фиолетового для количественной цитохимии дегидрогеназ лимфоцитов человека // Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. – 1969. – Т. 56, № 5. – С. 85–91.
  22. Correlated three-dimensional light and electron microscopy reveals transformation of mitochondria during apoptosis / M.G. Sun, J. Williams, C. Munoz-Pinedo, G.A. Perkins, J.M. Brown, M.H. Ellisman, D.R. Green, T.G. Frey // Nat. Cell Biol. – 2007. – Vol. 9, № 9. – P. 1057–1065. DOI: 10.1038/ncb1630
  23. Wojtczak L. Effect of long-chain fatty acids and acyl-CoA on mitochondrial permeability, transport, and energy-coupling processes // J. Bioenerg. Biomembr. – 1976. – Vol. 8, № 6. – P. 293–311. DOI: 10.1007/BF00765158
  24. Accumulation of long-chain acylcarnitine and 3-hydroxy acylcarnitine molecular species in diabetic myocardium:   identification of alterations in mitochondrial fatty acid processing in diabetic myocardium by shotgun lipidomics / X. Su, X. Han, D.J. Mancuso, D.R. Abendschein, R.W. Gross // Biochemistry. – 2005. – Vol. 44, № 13. – P. 5234–5245. DOI: 10.1021/bi047773a
  25. Carnitine palmitoyltransferase 2 and carnitine/acylcarnitine translocase are involved in the mitochondrial synthesis and export of acylcarnitines / S. Violante, L. Ijlst, H. Te Brinke, I. Tavares de Almeida, R.J.A. Wanders, F.V. Ventura, S.M. Houten // FASEB J. – 2013. – Vol. 27, № 5. – P. 2039–2044. DOI: 10.1096/fj.12-216689
  26. Selenium at the redox interface of the genome, metabolome and exposome / J. Fernandes, X. Hu, M. Ryan Smith, Y.-M. Go, D.P. Jones // Free Radic. Biol. Med. – 2018. – Vol. 127. – P. 215–227. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2018.06.002
  27. Wu T., Tang M. Review of the effects of manufactured nanoparticles on mammalian target organs // J. Appl. Toxicol. – 2018. – Vol. 38, № 1. – Р. 25–40. DOI: 10.1002/jat.3499
  28. Joles J.A., Stroes E.S., Rabelink T.J. Endothelial function in proteinuric renal disease // Kidney Int. Suppl. – 1999. – Vol. 71. – P. S57–S61. DOI: 10.1046/j.1523-1755.1999.07115.x
  29. Emerging roles of lysophospholipids in health and disease / S.T. Tan, T. Ramesh, X.R. Toh, L.N. Nguyen // Progress in Lipid Research. – 2020. – Vol. 80. – P. 101068. DOI: 10.1016/j.plipres.2020.101068
  30. Qin X., Qiu C., Zhao L. Lysophosphatidylcholine perpetuates macrophage polarization toward classically activated phenotype in inflammation // Cell. Immunol. – 2014. – Vol. 289, № 1–2. – P. 185–190. DOI: 10.1016/j.cellimm.2014.04.010
  31. Apoptotic Cells Induce Migration of Phagocytes via Caspase-3-Mediated Release of a Lipid Attraction Signal / K. Lauber, E. Bohn, S.M. Kröber, Y. Xiao, S.G. Blumenthal, R.K. Lindemann, P. Marini, C. Wiedig [et al.] // Cell. – 2003. – Vol. 113, № 6. – P. 717–730. DOI: 10.1016/S0092-8674(03)00422-7
  32. Lysophosphatidylethanolamine Affects Lipid Accumulation and Metabolism in a Human Liver-Derived Cell Line / Y. Yamamoto, T. Sakurai, Z. Chen, N. Inoue, H. Chiba, S.-P. Hui // Nutrients. – 2022. – Vol. 14, № 3. – P. 579. DOI: 10.3390/nu14030579
  33. Darnell J.C., Osterman D.G., Saltiel A.R. Synthesis of phosphatidylinositol in rat liver microsomes is accompanied by the rapid formation of lysophosphatidylinositol // Biochim. Biophys. Acta. – 1991. – Vol. 1084, № 3. – P. 269–278. DOI: 10.1016/0005-2760(91)90069-t
  34. Poccia D.L., Larijani B. Phosphatidylinositol metabolism and membrane fusion. // Biochem. J. – 2009. – Vol. 418, № 2. – P. 233–246. DOI: 10.1042/bj20082105
  35. Piñeiro R., Falasca M. Lysophosphatidylinositol signalling: new wine from an old bottle // Biochim. Biophys. Acta. – 2012. – Vol. 1821, № 4. – P. 694–705. DOI: 10.1016/j.bbalip.2012.01.009
  36. Arifin S.A., Falasca M. Lysophosphatidylinositol Signalling and Metabolic Diseases // Metabolites. – 2016. – Vol. 6, № 1. – P. 6. DOI: 10.3390/metabo6010006
  37. Novel lysophosphoplipid receptors: their structure and function / K. Makide, A. Uwamizu, Y. Shinjo, J. Ishiguro, M. Okutani, A. Inoue, J. Aoki // J. Lipid Res. – 2014. – Vol. 55, № 10. – P. 1986–1995. DOI: 10.1194/jlr.R046920
  38. The L-α-Lysophosphatidylinositol/G Protein-Coupled Receptor 55 System Induces the Development of Nonalcoholic Steatosis and Steatohepatitis / M.F. Fondevila, U. Fernandez, M.J. Gonzalez-Rellan, N. Da Silva Lima, X. Buque, A. Gonzalez-Rodriguez, C. Alonso, M. Iruarrizaga-Lejarreta [et al.] // Hepatology. – 2021. – Vol. 73, № 2. – P. 606–624. DOI: 10.1002/hep.31290
  39. The oncogenic lysophosphatidylinositol (LPI) /GPR55 signaling / A. Calvillo-Robledo, R.D. Cervantes-Villagrana, P. Morales, B.A. Marichal-Cancino // Life Sci. – 2022. – Vol. 301. – P. 120596. DOI: 10.1016/j.lfs.2022.120596
Получена: 
15.09.2022
Одобрена: 
03.02.2023
Принята к публикации: 
10.03.2023

Вы здесь

Главная