К оценке потенциального риска дозозависимых эффектов гепатотоксичности наночастиц оксида селена

Файл статьи: 
Иконка PDF health-risk-analysis-2025-2-10.pdf
УДК: 
613.6.02
DOI: 
10.21668/health.risk/2025.2.10
Авторы: 

М.П. Сутункова1,2, И.А. Минигалиева1, В.Г. Панов1,3, Т.В. Махорина1, М.С. Унесихина1, И.Г. Шеломенцев1, Р.Р. Сахаутдинова1

Организация: 

1Екатеринбургский медицинский – научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий, Российская Федерация, 620014, г. Екатеринбург, ул. Попова, 30
2Уральский государственный медицинский университет, Российская Федерация, 620028, г. Екатеринбург, ул. Репина, 2
3Институт промышленной экологии Уральского отделения Российской академии наук, Российская Федерация, 620108, г. Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, 20

Аннотация: 

Наночастицы селена (НЧ Se) нашли широкое применение во многих отраслях хозяйственной деятельности чело-века. В связи с этим необходимо прогнозировать и оценивать возникающие потенциальные риски здоровью. Наноток-сиканты могут оказывать воздействие на организм, вызывая негативные эффекты, имеющие нелинейную зависимость проявляющихся эффектов от дозы токсического вещества. Не выработано единого мнения о LD50 НЧ Se. В исследованиях, посвященных изучению дозозависимой реакции печени на различные экспозиции наночастиц селена, присутствуют противоречивые данные.

Изучены и описаны потенциально опасные для здоровья дозозависимые эффекты в печени под воздействием наночастиц оксида селена в субхроническом эксперименте с применением математических моделей.

Экспозиция моделировалась на крысах-самцах в возрасте 3–4 месяцев по 12 животных в каждой группе. Для изучения зависимости «доза – ответная реакция» использовано три уровня доз наночастиц оксида селена, и суммарная доза воздействия на массу тела в течение всего периода субхронической экспозиции составила 3,6, 18 и 36 мг/кг. Исследование было одобрено локальным этическим комитетом ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора (протокол № 2 от 20.04.2021).

Выявлена нетипичная дозоответная зависимость изменений в печени от нанооксида селена. Наблюдались выраженные изменения в митохондриях клеток печени, нарушенный баланс ферментов крови и клеточного состава печени, что может указывать на повреждение органа и нарушение секреторных функций под действием низких и средних концентраций наночастиц оксида селена.

Полученные данные могут быть использованы в рамках определения стандартов химической безопасности наночастиц оксида селена и в оценке риска здоровью.

Ключевые слова: 
наночастицы, in vivo, доза – эффект, оксид селена, гепатотоксичность, клетки Купфера, гепатоциты, риск здоровью
К оценке потенциального риска дозозависимых эффектов гепатотоксичности наночастиц оксида селена / М.П. Сутункова, И.А. Минигалиева, В.Г. Панов, Т.В. Махорина, М.С. Унесихина, И.Г. Шеломенцев, Р.Р. Сахаутдинова // Анализ риска здоровью. – 2025. – № 2. – С. 114–125. DOI: 10.21668/health.risk/2025.2.10
Список литературы: 
  1. Tsivileva O., Pozdnyakov A., Ivanova A. Polymer Nanocomposites of Selenium Biofabricated Using Fungi // Molecules. – 2021. – Vol. 26, № 12. – P. 3657. DOI: 10.3390/molecules26123657
  2. Selenium Analysis and Speciation in Dietary Supplements Based on Next-Generation Selenium Ingredients / D. Con-stantinescu-Aruxandei, R.M. Frîncu, L. Capră, F. Oancea // Nutrients. – 2018. – Vol. 10, № 10. – P. 1466. DOI: 10.3390/nu10101466
  3. Therapeutic applications of selenium nanoparticles / A. Khurana, S. Tekula, M.A. Saifi, P. Venkatesh, C. Godugu // Bio-med. Pharmacother. – 2019. – Vol. 111. – P. 802–812. DOI: 10.1016/j.biopha.2018.12.146
  4. Synthesis and comparative assessment of antiradical activity, toxicity, and biodistribution of κ-carrageenan-capped sele-nium nanoparticles of different size: in vivo and in vitro study / M. Lesnichaya, R. Shendrik, E. Titov, B. Sukhov // IET Nanobi-otechnol. – 2020. – Vol. 14, № 6. – P. 519–526. DOI: 10.1049/iet-nbt.2020.0023
  5. Dual-Targeted Selenium Nanoparticles for Synergistic Photothermal Therapy and Chemotherapy of Tumors / X. Fang, C. Li, L. Zheng, F. Yang, T. Chen // Chem. Asian J. – 2018. – Vol. 13, № 8. – P. 996–1004. DOI: 10.1002/asia.201800048
  6. Synthesis, toxicity evaluation and determination of possible mechanisms of antimicrobial effect of arabinogalactane-capped selenium nanoparticles / M. Lesnichaya, A. Perfileva, O. Nozhkina, A. Gazizova, I. Graskova // J. Trace Elem. Med. Biol. – 2022. – Vol. 69. – P. 126904. DOI: 10.1016/j.jtemb.2021.126904
  7. Духновский Е.А. Применение наночастиц селена в онкологии (обзор) // Разработка и регистрация лекарственных средств. – 2023. – Т. 12, № 2. – С. 34–43. DOI: 10.33380/2305-2066-2023-12-2-34-43
  8. 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
  9. Selenium Nanoparticles Act Potentially on the Growth Performance, Hemato-Biochemical Indices, Antioxidative, and Immune-Related Genes of Euro-pean Seabass (Dicentrarchus labrax) / M.F. Abd El-Kader, A.F. Fath El-Bab, M.F. Abd-Elghany, A.-W.A. Abdel-Warith, E.M. Younis, M.A.O. Dawood // Biol. Trace Elem. Res. – 2021. – Vol. 199, № 8. – P. 3126–3134. DOI: 10.1007/s12011-020-02431-1
  10. Selenium nanoparticles derived from Proteus mirabilis YC801 alleviate oxidative stress and inflammatory response to promote nerve repair in rats with spinal cord injury / X. Liu, Y. Mao, S. Huang, W. Li, W. Zhang, J. An, Y. Jin, J. Guan [et al.] // Regen. Biomater. – 2022. – Vol. 9. – P. rbac042. DOI: 10.1093/rb/rbac042
  11. Safety of selenium exposure and limitations of selenoprotein maximization: Molecular and epidemiologic perspectives / M. Vinceti, T. Filippini, E. Jablonska, Y. Saito, L.A. Wise // Environ. Res. – 2022. – Vol. 211. – P. 113092. DOI: 10.1016/j.envres.2022.113092
  12. Subacute oral toxicity investigation of selenium nanoparticles and selenite in rats / N. Hadrup, K. Loeschner, K. Man-drup, G. Ravn-Haren, H.L. Frandsen, E.H. Larsen, H.R. Lam, A. Mortensen // Drug Chem. Toxicol. – 2019. – Vol. 42, № 1. – P. 76–83. DOI: 10.1080/01480545.2018.1491589
  13. Age-Dependent Assessment of Selenium Nanoparticles: Biodistribution and Toxicity Study in Young and Adult Rats / H. Singh, J. Kaur, A.K. Datusalia, S. Naqvi // Nanomedicine (Lond.). – 2023. – Vol. 18, № 27. – P. 2021–2038. DOI: 10.2217/nnm-2023-0204
  14. 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
  15. Absorption, distribution, metabolism and excretion of selenium following oral administration of elemental selenium na-noparticles or selenite in rats / K. Loeschner, N. Hadrup, M. Hansen, S.A. Pereira, B. Gammelgaard, L. Hyrup Møller, A. Mortensen, H.R. Lam, E.H. Larsen // Metallomics. – 2014. – Vol. 6, № 2. – P. 330–337. DOI: 10.1039/c3mt00309d
  16. 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
  17. Chaudière J. Biological and Catalytic Properties of Selenoproteins // Int. J. Mol. Sci. – 2023. – Vol. 24, № 12. – P. 10109. DOI: 10.3390/ijms241210109
  18. Lesnichaya M., Karpova E., Sukhov B. Effect of high dose of selenium nanoparticles on antioxidant system and bio-chemical profile of rats in correction of carbon tetrachloride-induced toxic damage of liver // Colloids Surf. B Biointerfaces. – 2021. – Vol. 197. – P. 111381. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2020.111381
  19. Dumore N.S., Mukhopadhyay M. Antioxidant properties of aqueous selenium nanoparticles (ASeNPs) and its catalysts activity for 1, 1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) reduction // Journal of Molecular Structure. – 2020. – Vol. 1205. – P. 127637. DOI: 10.1016/j.molstruc.2019.127637
  20. Histopathological assessment of protective effects of selenium nanoparticles on rat hepatocytes exposed to Gamma radiation / A. Sohrabi, A.A. Tehrani, S. Asri-Rezaei, A. Zeinali, M. Norouzi // Vet. Res. Forum. – 2020. – Vol. 11, № 4. – P. 347–353. DOI: 10.30466/vrf.2018.93499.2260
  21. Systematic acute and subchronic toxicity evaluation of polysaccharide–protein complex-functionalized selenium nano-particles 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
  22. Comparing the Influences of Selenium Nanospheres, Sodium Selenite, and Biological Selenium on the Growth Perfor-mance, Blood Biochemistry, and Antioxidative Capacity of Growing Turkey Pullets / S.E. Ibrahim, M.H. Alzawqari, Y.Z. Eid, M. Zommara, A.M. Hassan, M.A.O. Dawood // Biol. Trace Elem. Res. – 2022. – Vol. 200, № 6. – P. 2915–2922. DOI: 10.1007/s12011-021-02894-w
  23. Dose-dependent hepatic toxicity and oxidative stress on exposure to nano and bulk selenium in mice / P. Kondaparthi, M. Deore, S. Naqvi, S.J.S. Flora // Environ. Sci. Pollut. Res. – 2021. – Vol. 28, № 38. – P. 53034–53044. DOI: 10.1007/s11356-021-14400-9
  24. Pilot study of toxicological safety evaluation in acute and 28‐day studies of selenium nanoparticles decorated by poly-saccharides from Sargassum fusiforme in Kunming mice / H. Zhao, C. Liu, J. Song, X. Fan // J. Food Sci. – 2022. – Vol. 87, № 9. – P. 4264–4279. DOI: 10.1111/1750-3841.16289
  25. Elemental Selenium at Nano Size (Nano-Se) as a Potential Chemopreventive Agent with Reduced Risk of Selenium Toxicity: Comparison with Se-Methylselenocysteine in Mice / J. Zhang, X. Wang, T. Xu // Toxicol. Sci. – 2008. – Vol. 101, № 1. – P. 22–31. DOI: 10.1093/toxsci/kfm221
  26. Selenium Nanoparticles: A Comprehensive Examination of Synthesis Techniques and Their Diverse Applications in Medical Research and Toxicology Studies / S. Sampath, V. Sunderam, M. Manjusha, Z. Dlamini, A.V. Lawrance // Molecules. – 2024. – Vol. 29, № 4. – P. 801. DOI: 10.3390/molecules29040801
  27. Wang H., Zhang J., Yu H. Elemental selenium at nano size possesses lower toxicity without compromising the funda-mental 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
  28. Оценка влияния на биоэнергетические процессы клеток наночастиц селена как фактора химического риска про-изводственной и окружающей среды для здоровья / Ю.В. Рябова, М.П. Сутункова, А.И. Чемезов, И.А. Минигалиева, Т.В. Бушуева, И.Г. Шеломенцев, С.В. Клинова // Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. – 2022. – № 9. – С. 29–34. DOI: 10.35627/2219-5238/2022-30-9-29-34
  29. Some Peculiarities in the Dose Dependence of Separate and Combined In Vitro Cardiotoxicity Effects Induced by CdS and PbS Nanoparticles With Special Attention to Hormesis Manifestations / V. Panov, I. Minigalieva, T. Bushueva, E. Fröhlich, C. Meindl, M. Absenger-Novak, V. Shur, E. Shishkina [et al.] // Dose Response. – 2020. – Vol. 18, № 1. – P. 1559325820914180. DOI: 10.1177/1559325820914180
  30. Mathematical Modeling of Plant Allelopathic Hormesis Based on Ecological-Limiting-Factor Models / Y. Liu, X. Chen, S. Duan, Y. Feng, M. An // Dose Response. – 2010. – Vol. 9, № 1. – P. 117–129. DOI: 10.2203/dose-response.09-050.Liu
  31. Weiss B. The intersection of neurotoxicology and endocrine disruption // Neurotoxicology. – 2012. – Vol. 33, № 6. – P. 1410–1419. DOI: 10.1016/j.neuro.2012.05.014
  32. Predicting Hormetic Effects of Ionic Liquid Mixtures on Luciferase Activity Using the Concentration Addition Model / H.-L. Ge, S.-S. Liu, X.-W. Zhu, H.-L. Liu, L.-J. Wang // Environ. Sci. Technol. – 2011. – Vol. 45, № 4. – P. 1623–1629. DOI: 10.1021/es1018948
  33. Modeling non-monotonic dose–response relationships: Model evaluation and hormetic quantities exploration / X.-W. Zhu, S.-S. Liu, L.-T. Qin, F. Chen, H.-L. Liu // Ecotoxicol. Environ. Saf. – 2013. – Vol. 89. – P. 130–136. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2012.11.022
  34. Nweke C.O., Ogbonna C.J. Statistical models for biphasic dose-response relationships (hormesis) in toxicological stud-ies // Ecotoxicology and Environmental Contamination. – 2017. – Vol. 12, № 1. – P. 39–55. DOI: 10.5132/eec.2017.01.06
  35. Prooxidation and Cytotoxicity of Selenium Nanoparticles at Nonlethal Level in Sprague-Dawley Rats and Buffalo Rat Liver Cells / H. Wang, Y. He, L. Liu, W. Tao, G. Wang, W. Sun, X. Pei, Z. Xiao [et al.] // Oxid. Med. Cell. Longev. – 2020. – Vol. 2020. – P. 7680276. DOI: 10.1155/2020/7680276
  36. Recent advances in 2D and 3D in vitro systems using primary hepatocytes, alternative hepatocyte sources and non-parenchymal liver cells and their use in investigating mechanisms of hepatotoxicity, cell signaling and ADME / P. Godoy, N.J. Hewitt, U. Albrecht, M.E. Andersen, N. Ansari, S. Bhattacharya, J.G. Bode, J. Bolleyn [et al.] // Arch. Toxicol. – 2013. – Vol. 87, № 8. – P. 1315–1530. DOI: 10.1007/s00204-013-1078-5
  37. Bilzer M., Roggel F., Gerbes A.L. Role of Kupffer cells in host defense and liver disease // Liver Int. – 2006. – Vol. 26, № 10. – P. 1175–1186. DOI: 10.1111/j.1478-3231.2006.01342.x
  38. Unveiling the power of microenvironment in liver regeneration: an in-depth overview / Y. Hu, R. Wang, N. An, C. Li, Q. Wang, Y. Cao, C. Li, J. Liu, Y. Wang // Front. Genet. – 2023. – Vol. 14. – P. 1332190. DOI: 10.3389/fgene.2023.1332190
  39. Bone marrow-derived monocytes give rise to self-renewing and fully differentiated Kupffer cells. / C.L. Scott, F. Zheng, P. De Baetselier, L. Martens, Y. Saeys, S. De Prijck, S. Lippens, C. Abels [et al.] // Nat. Commun. – 2016. – Vol. 7. – P. 10321. DOI: 10.1038/ncomms10321
  40. Combination of Mass Cytometry and Imaging Analysis Reveals Origin, Location, and Functional Repopulation of Liver Myeloid Cells in Mice / B.A. David, R.M. Rezende, M.M. Antunes, M. Morais Santos, M.A. Freitas Lopes, A. Barros Diniz, R. Vaz Sousa Pereira, S. Cozzer Marchesi [et al.] // Gastroenterology. – 2016. – Vol. 151, № 6. – P. 1176–1191. DOI: 10.1053/j.gastro.2016.08.024
  41. Wang J., Kubes P. A Reservoir of Mature Cavity Macrophages that Can Rapidly Invade Visceral Organs to Affect Tissue Repair // Cell. – 2016. – Vol. 165, № 3. – P. 668–678. DOI: 10.1016/j.cell.2016.03.009
  42. Kanta J. Collagen matrix as a tool in studying fibroblastic cell behavior // Cell Adh. Migr. – 2015. – Vol. 9, № 4. – P. 308–316. DOI: 10.1080/19336918.2015.1005469
  43. Strategies and endpoints of antifibrotic drug trials: Summary and recommendations from the AASLD Emerging Trends Conference, Chicago, June 2014 / N.J. Torok, J.A. Dranoff, D. Schuppan, S.L. Friedman // Hepatology. – 2015. – Vol. 62, № 2. – P. 627–634. DOI: 10.1002/hep.27720
  44. Eosinophils secrete IL-4 to facilitate liver regeneration / Y.P.S. Goh, N.C. Henderson, J.E. Heredia, A.R. Eagle, J.I. Odegaard, N. Lehwald, K.D. Nguyen, D. Sheppard [et al.] // Proc. Natl Acad. Sci. USA. – 2013. – Vol. 110, № 24. – P. 9914–9919. DOI: 10.1073/pnas.1304046110
  45. Novel IL-4/HB-EGF-dependent crosstalk between eosinophils and macrophages controls liver regeneration after is-chaemia and reperfusion injury / Y. Yang, L. Xu, C. Atkins, L. Kuhlman, J. Zhao, J.-M. Jeong, Y. Wen, N. Moreno [et al.] // Gut. – 2024. – Vol. 73, № 9. – P. 1543–1553. DOI: 10.1136/gutjnl-2024-332033
  46. Michalopoulos G.K., Bhushan B. Liver regeneration: biological and pathological mechanisms and implications // Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. – 2021. – Vol. 18, № 1. – P. 40–55. DOI: 10.1038/s41575-020-0342-4
  47. The Toxicity Phenomenon and the Related Occurrence in Metal and Metal Oxide Nanoparticles: A Brief Review From the Biomedical Perspective / S. Attarilar, J. Yang, M. Ebrahimi, Q. Wang, J. Liu, Y. Tang, J. Yang // Front. Bioeng. Biotechnol. – 2020. – Vol. 8. – P. 822. DOI: 10.3389/fbioe.2020.00822
Получена: 
20.03.2025
Одобрена: 
21.05.2025
Принята к публикации: 
22.06.2025

Вы здесь

Главная