Современные данные о пульмоно-, гепато- и кардиотоксичности наночастиц in vivo (литературный обзор)

Файл статьи: 
Иконка PDF health-risk-analysis-2025-2-16.pdf
УДК: 
613.632.2; 615.916
DOI: 
10.21668/health.risk/2025.2.16
Авторы: 

Н.А. Гертан1, М.П. Сутункова1,2, Л.В. Шабардина1, Т.В. Махорина1, К.М. Никогосян1, Р.Ф. Минигалиева1,3

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
3Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, Российская Федерация, 620000, г. Екатеринбург, ул. Ленина, 51

Аннотация: 

Широкое применение наночастиц (НЧ) в различных отраслях промышленности, науки, медицины и космето-логии, в сельском хозяйстве, а также их постоянное присутствие в окружающей среде обусловливают необходимость всестороннего изучения последствий воздействия НЧ на живые системы для прогнозирования рисков здоровья и разработки профилактических мероприятий. Осуществлены изучение и систематизация современных сведений о ток-сическом действии наночастиц на легкие, печень и сердце.
Поиск информации осуществлялся по российским (eLIBRARY.RU) и зарубежным (PubMed, Google Scholar) базам данных и электронным библиотекам за 2022–2024 гг. Статьи отбирались по принципу наличия в них сведений о влиянии на организм частиц размером от 1 до 100 нм. Критериями исключения были: исследования in vitro, in silico и эпидемиологические исследования. Проанализировано более 150 статей, отобрано 31 полнотекстовое исследование in vivo (включая один препринт) и 18 статей для описания выявленных эффектов.

Токсическое действие НЧ обусловлено их уникальными свойствами и зависит от химического состава, размера, формы, их концентрации, времени воздействия, способности преодолевать внутренние барьеры организма. Негативные эффекты, вызываемые НЧ, отмечаются на всех структурных уровнях организма. Преимущественно НЧ индуцируют воспалительные, дистрофические и некротические изменения. В качестве основных механизмов токси-ческого действия можно выделить тесно связанные между собой воспаление и окислительный стресс.

Оценка и анализ массива экспериментальных исследований по изучению потенциальных рисков действия НЧ на различных структурных уровнях позволяют выявить малейшие изменения в органах с целью дальнейшей разработки системы профилактических мер, направленных на повышение устойчивости организма к таким НЧ-опосредованным патологическим эффектам.

Ключевые слова: 
нанотоксичность, наночастицы, интоксикация, обзор, исследования in vivo, легкие, печень, сердце
Современные данные о пульмоно-, гепато- и кардиотоксичности наночастиц in vivo (литературный обзор) / Н.А. Гертан, М.П. Сутункова, Л.В. Шабардина, Т.В. Махорина, К.М. Никогосян, Р.Ф. Минигалиева // Анализ риска здоровью. – 2025. – № 2. – С. 185–195. DOI: 10.21668/health.risk/2025.2.16
Список литературы: 
  1. Исследование и сравнительная оценка токсичности наночастиц оксида молибдена (VI) при многократной ин-галяционной экспозиции крыс / Н.В. Зайцева, М.А. Землянова, М.С. Степанков, А.М. Игнатова, А.Е. Николаева, О.В. Пустовалова // Российские нанотехнологии. – 2023. – Т. 18, № 2. – С. 260–267. DOI: 10.56304/S1992722323020139
  2. Степанков М.С. Оценка особенностей бионакопления и токсического действия наночастиц оксида меди (II) на органы дыхания при ингаляционном поступлении в организм в сравнении с микроразмерным химическим аналогом для задач профилактики // Анализ риска здоровью. – 2023. – № 4. – С. 124–133. DOI: 10.21668/health.risk/2023.4.12
  3. Combination of cobalt, chromium and titanium nanoparticles increases cytotoxicity in vitro and pro-inflammatory cy-tokines in vivo / Z. Liu, H. Liu, R. Vowden, L. Hughes, D. Qi, W. Francis, G. Perino, R. Pink [et al.] // J. Orthop. Translat. – 2022. – Vol. 38. – P. 203–212. DOI: 10.1016/j.jot.2022.10.013
  4. 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. Кли-нова, Р.Р. Сахаутдинова // Анализ риска здоровью. – 2023. – № 1. – С. 147–156. DOI: 10.21668/health.risk/2023.1.14
  5. The influence of size and surface chemistry on the bioavailability, tissue distribution and toxicity of gold nanoparticles in zebrafish (Danio rerio) / D.L. Windell, S. Mourabit, J. Moger, S.F. Owen, M.J. Winter, C.R. Tyler // Ecotoxicology and Environmental Safety. – 2023. – Vol. 260. – P. 115019. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2023.115019
  6. Oral toxicological study of titanium dioxide nanoparticles with a crystallite diameter of 6 nm in rats / J.-I. Akagi, Y. Mizuta, H. Akane, T. Toyoda, K. Ogawa // Part. Fibre Toxicol. – 2023. – Vol. 20, № 1. – P. 23. DOI: 10.1186/s12989-023-00533-x
  7. Ultrasmall iron oxide nanoparticles cause significant toxicity by specifically inducing acute oxidative stress to multiple organs / L. Wu, W. Wen, X. Wang, D. Huang, J. Cao, X. Qi, S. Shen // Part. Fibre Toxicol. – 2022. – Vol. 19, № 1. – P. 24. DOI: 10.1186/s12989-022-00465-y
  8. Liver tissue changes induced by biological and chemical silver nanoparticles in trained male Wistar rats / S.J. Ziaolhagh, M. Ardakanizadeh, A. Kaveh, B. Yahyaei // J. Trace Elem. Med. Biol. – 2023. – Vol. 79. – P. 127253. DOI: 10.1016/j.jtemb.2023.127253
  9. An in vitro and in vivo study of the efficacy and toxicity of plant-extract-derived silver nanoparticles / A.S. Desai, A. Singh, Z. Edis, S. Haj Bloukh, P. Shah, B. Pandey, N. Agrawal, N. Bhagat // J. Funct. Biomater. – 2022. – Vol. 13, № 2. – P. 54. DOI: 10.3390/jfb13020054
  10. Toxicity of silver nanoparticles in the presence of zinc oxide nanoparticles differs for acute and chronic exposures in zebrafish / M. Mahjoubian, A.S. Naeemi, Z. Moradi-Shoeili, C.R. Tyler, B. Mansouri // Arch. Environ. Contam. Toxicol. – 2023. – Vol. 84, № 1. – P. 1–17. DOI: 10.1007/s00244-022-00965-0
  11. Biochemical and pathophysiological responses in Capoeta capoeta under lethal and sub-lethal exposures of silver nanoparticles / D. Azadikhah, A.M. Yalsuyi, S. Saha, N.C. Saha, C. Faggio // Water. – 2023. – Vol. 15, № 3. – P. 585. DOI: 10.3390/w15030585
  12. Pulmonary and systemic toxicity in a rat model of pulmonary alveolar proteinosis induced by indium-tin oxide na-noparticles / N. Liu, Y. Guan, C. Zhou, Y. Wang, Z. Ma, S. Yao // Int. J. Nanomedicine. – 2022. – Vol. 17. – P. 713–731. DOI: 10.2147/IJN.S338955
  13. Mechanistic approach on the pulmonary oxido-inflammatory stress induced by cobalt ferrite nanoparticles in rats / E.I. Hassanen, R.E. Abdelrahman, H. Aboul-Ella, M.A. Ibrahim, S. El-Dek, M. Shaalan // Biol. Trace Elem. Res. – 2024. – Vol. 202, № 2. – P. 765–777. DOI: 10.1007/s12011-023-03700-5
  14. The protective effect of Nigella sativa extract on lung inflammation and oxidative stress induced by lipopolysaccharide in rats / A. Mokhtari-Zaer, F. Norouzi, V.R. Askari, M.R. Khazdair, N.M. Roshan, M. Boskabady, M. Hosseini, M.H. Boskabady // J. Ethnopharmacol. – 2020. – Vol. 253. – P. 112653. DOI: 10.1016/j.jep.2020.112653
  15. Toll-like receptor 4 is a key regulator of asthma exacerbation caused by aluminum oxide nanoparticles via regulation of NF-κB phosphorylation / J.-O. Lim, W.-I. Kim, S.-W. Pak, S.-J. Lee, S.-H. Park, I.-S. Shin, J.-C. Kim // J. Hazard. Mater. – 2023. – Vol. 448. – P. 130884. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.130884
  16. Zingerone ameliorates oxidative stress and inflammation in bleomycin-induced pulmonary fibrosis: modulation of the expression of TGF-β1 and iNOS / H. Gungor, M. Ekici, M. Onder Karayigit, N.H. Turgut, H. Kara, E. Arslanbas // Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. – 2020. – Vol. 393, № 9. – P. 1659–1670. DOI: 10.1007/s00210-020-01881-7
  17. Землянова М.А., Зайцева Н.В., Степанков М.С. Особенности токсического действия нано- и микрочасти-цоксида алюминия при многократной ингаляционной экспозиции // Гигиена и санитария. – 2023. – Т. 102, № 5. – С. 502–508. DOI: 10.47470/0016-9900-2023-102-5-502-508
  18. Acute phase response following pulmonary exposure to soluble and insoluble metal oxide nanomaterials in mice / C. Torero Gutierrez, C. Loizides, I. Hafez, A. Brostrоm, H. Wolff, J. Szarek, T. Berthing, A. Mortensen [et al.] // Part. Fibre Toxicol. – 2023. – Vol. 20, № 1. – P. 4. DOI: 10.1186/s12989-023-00514-0
  19. Оценка острой токсичности наночастиц оксида свинца на крысах при ингаляционной экспозиции / М.П. Сутункова, И.А. Минигалиева, С.В. Клинова, Ю.В. Рябова, А.В. Тажигулова, Л.В. Шабардина, В.А. Батенева, И.Г. Шеломенцев, Л.И. Привалова // Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. – 2023. – Т. 31, № 9. – С. 24–30. DOI: 10.35627/2219-5238/2023-31-9-24-30
  20. Poitout-Belissent F., Grant S.N., Tepper J.S. Aspiration and inspiration: Using bronchoalveolar lavage for toxicity as-sessment // Toxicol. Pathol. – 2021. – Vol. 49, № 2. – P. 386–396. DOI: 10.1177/0192623320929318
  21. Lung single-cell transcriptomics offers insights into the pulmonary interstitial toxicity caused by silica nanoparticles / Y. Li, Q. Yao, H. Xu, J. Ren, Y. Zhu, C. Guo, Y. Li // Environ. Health (Wash.). – 2024. – Vol. 2, № 11. – P. 786–801. DOI: 10.1021/envhealth.4c00052
  22. Correlation between oxidative stress and hydroxyproline content in liver fibrosis / A. Nabil, I. Ali, G. Shiha, F. Zahran // Biochemistry Letters. – 2021. – Vol. 17. – P. 22–29. DOI: 10.21608/blj.2021.180487
  23. Oxidative stress contributes to the induction and persistence of TGF-β1 induced pulmonary fibrosis / Y. Cui, J. Robertson, S. Maharaj, L. Waldhauser, J. Niu, J. Wang, L. Farkas, M. Kolb, J. Gauldie // Int. J. Biochem. Cell Biol. – 2011. – Vol. 43, № 8. – P. 1122–1133. DOI: 10.1016/j.biocel.2011.04.005
  24. Regulation of gasdermin D by miR-379-5p is involved in arsenite-induced activation of hepatic stellate cells and in fibrosis via secretion of IL-1β from human hepatic cells / J. Li, J. Xue, D. Wang, X. Dai, Q. Sun, T. Xiao, L. Wu, H. Xia [et al.] // Metallomics. – 2019. – Vol. 11, № 2. – P. 483–495. DOI: 10.1039/c8mt00321a
  25. Elevated interleukin-4 levels predicted advanced fibrosis in chronic hepatitis C / B. Batsaikhan, M.-Y. Lu, M.-L. Yeh, C.-I. Huang, C.-F. Huang, Z.-Y. Lin, S.-C. Chen, J.-F. Huang [et al.] // J. Chin. Med. Assoc. – 2019. – Vol. 82, № 4. – P. 277–281. DOI: 10.1097/JCMA.0000000000000064
  26. Chronic inflammation involves CCL11 and IL-13 to facilitate the development of liver cirrhosis and fibrosis in chronic hepatitis B virus infection / S.-W. Wong, Y.-W. Ting, Y.-K. Yong, H.-Y. Tan, M. Barathan, B. Riazalhosseini, C.J. Bee, K.-K. Tee [et al.] // Scand. J. Clin. Lab. Invest. – 2021. – Vol. 81, № 2. – P. 147–159. DOI: 10.1080/00365513.2021.1876245
  27. COX-2 is required to mediate crosstalk of ROS-dependent activation of MAPK/NF-κB signaling with pro-inflammatory response and defense-related NO enhancement during challenge of macrophage-like cell line with Giardia duodenalis / Y. Zhao, Y. Yang, M. Liu, X. Qin, X. Yu, H. Zhao, X. Li, W. Li // PLoS Negl. Trop. Dis. – 2022. – Vol. 16, № 4. – P. e0010402. DOI: 10.1371/journal.pntd.0010402
  28. In vivo toxicity of oral administrated nano-SiO2: Can food additives increase apoptosis? / M. Firouzamandi, M. Hejazy, A. Mohammadi, A.A. Shahbazfar, R. Norouzi // Biol. Trace Elem. Res. – 2023. – Vol. 201, № 10. – P. 4769–4778. DOI: 10.1007/s12011-022-03542-7
  29. Ameliorative effects of quercetin against hepatic toxicity of oral sub-chronic co-exposure to aluminum oxide na-noparticles and lead-acetate in male rats / K. Abo-EL-Sooud, Y.M. Abd-Elhakim, M.M.M. Hashem, A.E. El-Metwally, B.A. Hassan, H.H.M. El-Nour // Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. – 2023. – Vol. 396, № 4. – P. 737–747. DOI: 10.1007/s00210-022-02351-y
  30. Effect of silver nanoparticles synthesized by pulsed laser ablation in liquid on the hematological, hepatic, and renal functions of albino rats / M.S. Edan, F.I. Sultan, A.H. Attallah, A.J. Haider, M.J. Haider, A.T. Tawfeeq, N.N. Hussein, O. Husain Khalif // Iraqi Journal of Science. – 2023. – Vol. 64, № 12. – P. 6242–6256. DOI: 10.24996/ijs.2023.64.12.13
  31. Synthesis and characterization of silica, silver-silica, and zinc oxide-silica nanoparticles for evaluation of blood biochemistry, oxidative stress, and hepatotoxicity in Albino Rats / A. Ali, S. Saeed, R. Hussain, G. Afzal, A.B. Siddique, G. Parveen, M. Hasan, G. Caprioli // ACS Omega. – 2023. – Vol. 8, № 23. – P. 20900–20911. DOI: 10.1021/acsomega.3c01674
  32. Silica nanoparticles aggravated the metabolic associated fatty liver disease through disturbed amino acid and lipid metabolisms-mediated oxidative stress / A. Abulikemu, X. Zhao, H. Xu, Y. Li, R. Ma, Q. Yao, J. Wang, Z. Sun [et al.] // Redox Biol. – 2023. – Vol. 59. – P. 102569. DOI: j.redox.2022.102569
  33. Subacute toxic effects of silver nanoparticles oral administration and withdrawal on the structure and function of adult Albino Rats’ hepatic tissue / S.M. Yousof, H. Erfan, M.M. Hosny, S.A. Shehata, K. El-Sayed // Saudi J. Biol. Sci. – 2022. – Vol. 29, № 5. – P. 3890–3898. DOI: 10.1016/j.sjbs.2022.02.054
  34. Nayek S., Lund A.K., Verbeck G.F. Inhalation exposure to silver nanoparticles induces hepatic inflammation and ox-idative stress, associated with altered renin-angiotensin system signaling, in Wistar rats // Environ. Toxicol. – 2022. – Vol. 37, № 3. – P. 457–467. DOI: 10.1002/tox.23412
  35. Assessment of the oxidative damage and genotoxicity of titanium dioxide nanoparticles and exploring the protective role of holy basil oil nanoemulsions in rats / M.F. Sallam, H.M.S. Ahmed, A.A. El-Nekeety, K.A. Diab, S.H. Abdel-Aziem, H.A. Sharaf, M.A. Abdel-Wahhab // Biol. Trace Elem. Res. – 2023. – Vol. 201, № 3. – P. 1301–1316. DOI: 10.1007/s12011-022-03228-0
  36. Comparison of nickel oxide nano and microparticles toxicity in rat liver: molecular, biochemical, and histopathological study / C. Adiguzel, H. Karaboduk, F.G. Apaydin, S. Kalender, Y. Kalender // Toxicol. Res. (Camb.). – 2023. – Vol. 12, № 5. – P. 741–750. DOI: 10.1093/toxres/tfad062
  37. Evaluation of the ameliorative effect of zinc nanoparticles against silver nanoparticle-induced toxicity in liver and kidney of rats / A.M. Shehata, F.M.S. Salem, E.M. El-Saied, S.S. Abd El-Rahman, M.Y. Mahmoud, P.A. Noshy // Biol. Trace Elem. Res. – 2022. – Vol. 200, № 3. – P. 1201–1211. DOI: 10.1007/s12011-021-02713-2
  38. Pisoschi A.M., Pop A. The role of antioxidants in the chemistry of oxidative stress: A review // Eur. J. Med. Chem. – 2015. – Vol. 97. – P. 55–74. DOI: 10.1016/j.ejmech.2015.04.040
  39. Effect of ELOVL6 on the lipid metabolism of bovine adipocytes / Z. Junjvlieke, R. Khan, C. Mei, G. Cheng, S. Wang, S.H.A. Raza, J. Hong, X. Wang [et al.] // Genomics. – 2020. – Vol. 112, № 3. – P. 2282–2290. DOI: 10.1016/j.ygeno.2019.12.024
  40. FASN, SCD1 and ANXA9 gene polymorphism as genetic predictors of the fatty acid profile of sheep milk / E. Pecka-Kiełb, I. Kowalewska-Łuczak, E. Czerniawska-Piątkowska, B. Króliczewska // Sci. Rep. – 2021. – Vol. 11, № 1. – P. 23761. DOI: 10.1038/s41598-021-03186-y
  41. Mechanisms mediating the regulation of peroxisomal fatty acid beta-oxidation by PPARα / M. Tahri-Joutey, P. Andreoletti, S. Surapureddi, B. Nasser, M. Cherkaoui-Malki, N. Latruffe // Int. J. Mol. Sci. – 2021. – Vol. 22, № 16. – P. 8969. DOI: 10.3390/ijms22168969
  42. Genomic variants and multilevel regulation of ABCA1, ABCG1, and SCARB1 expression in atherogenesis / A.V. Rozhkova, V.G. Dmitrieva, E.V. Nosova, A.D. Dergunov, S.A. Limborska, L.V. Dergunova // J. Cardiovasc. Dev. Dis. – 2021. – Vol. 8, № 12. – P. 170. DOI: 10.3390/jcdd8120170
  43. Hussar P. Apoptosis regulators Bcl-2 and Caspase-3 // Encyclopedia. – 2022. – Vol. 2, № 4. – P. 1624–1636. DOI: 10.3390/encyclopedia2040111
  44. Westphal D., Kluck R.M., Dewson G. Building blocks of the apoptotic pore: how Bax and Bak are activated and oligomerize during apoptosis // Cell Death Differ. – 2014. – Vol. 21, № 2. – P. 196–205. DOI: 10.1038/cdd.2013.139
  45. On the mechanisms of the cardiotoxic effect of lead oxide nanoparticles / I.A. Minigaliyeva, S.V. Klinova, M.P. Su-tunkova, Y.V. Ryabova, I.E. Valamina, I.G. Shelomentsev, N.T. Shtin, T.V. Bushueva [et al.] // Cardiovasc. Toxicol. – 2024. – Vol. 24, № 1. – P. 49–61. DOI: 10.1007/s12012-023-09814-5
  46. Impact of intratracheal administration of polyethylene glycol-coated silver nanoparticles on the heart of normotensive and hypertensive mice / A. Nemmar, S. Al-Salam, Y.E. Greish, S. Beegam, N.E. Zaaba, B.H. Ali // Int. J. Mol. Sci. – 2023. – Vol. 24, № 10. – P. 8890. DOI: 10.3390/ijms24108890
  47. Tousson E., El-Gharbawy D.M. Impact of Saussurea lappa root extract against copper oxide nanoparticles induced oxidative stress and toxicity in rat cardiac tissues // Environ. Toxicol. – 2023. – Vol. 38, № 2. – P. 415–421. DOI: 10.1002/tox.23688
  48. Food-grade titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles induce toxicity and cardiac damage after oral exposure in rats / M.A. Herrera-Rodríguez, M. Del Pilar Ramos-Godinez, A. Cano-Martínez, F.C. Segura, A. Ruiz-Ramírez, N. Pavon, E. Lira-Silva, R. Bautista-Pérez [et al.] // Part. Fibre Toxicol. – 2023. – Vol. 20, № 1. – P. 43. DOI: 10.1186/s12989-023-00553-7
Получена: 
21.03.2025
Одобрена: 
05.05.2025
Принята к публикации: 
14.06.2025

Вы здесь

Главная