toxreviewТоксикологический вестникToxicological Review0869-79223034-4611Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0869-7922-2025-33-6-393-400skqrdjtoxreview-1034Research ArticleПРОФИЛАКТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯPREVENTIVE TOXICOLOGYЭкспериментальная оценка и математическое моделирование комбинированной цитотоксичности свинца и меди in vitro на клетках нейробластомы IMR-32Experimental evaluation and mathematical modeling of combined cytotoxicity of lead and copper in vitro on IMR-32 neuroblastoma cellshttps://orcid.org/0000-0002-0097-7845МинигалиеваИльзира АмировнаMinigalievaIlzira A.

Доктор биол. наук, зав. отделом токсикологии и биопрофилактики ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: ilzira-minigalieva@yandex.ru

Doctor of Biological Sciences, Head of the Department of Toxicology and Bioprophylaxis, Yekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers, Rospotrebnadzor, Yekaterinburg, 620014, Russian Federation

e-mail: ilzira-minigalieva@yandex.ru

ilzira-minigalieva@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8284-0008ШабардинаЛада ВладимировнаShabardinaLada V.

Младший научный отрудник. отдела токсикологии и биопрофилактики ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: lada.shabardina@mail.ru

Junior Researcher, Department of Toxicology and Bioprophylaxis, Yekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers, Rospotrebnadzor, Yekaterinburg, 620014, Russian Federation

e-mail: lada.shabardina@mail.ru

lada.shabardina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6718-3217ПановВладимир ГригорьевичPanovVladimir G.

Кандидат ф-м. наук, старший научный сотрудник отдела токсикологии и биопрофилактики ФБУН «ЕМНЦ ПОЗРПП» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия; старший научный сотрудник лаборатории математического моделирования в экологии и медицине ИПЭ УрО РАН, 620219, Екатеринбург, Россия

e-mail: panov.wlad1mir@yandex.ru

Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher, Department of Toxicology and Bioprophylaxis, Yekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers, Rospotrebnadzor, Yekaterinburg, 620014, Russian Federation; Senior Researcher, Scientific Laboratory for Mathematical Research of Ecology and Medicine, Institute of Industrial Ecology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, 620219, Russian Federation

e-mail: panov.wlad1mir@yandex.ru

panov.wlad1mir@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5872-2001БушуеваТатьяна ВикторовнаBushuevaTatiana V.

Доктор мед. наук, ведущий научный сотрудник НПО Лабораторно-диагностических технологий, ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: bushueva@ymrc.ru

Doctor of Medical Sciences, Leading Researcher, Research and Production Association of Laboratory Diagnostic Technologies, Yekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers, Rospotrebnadzor, Yekaterinburg, 620014, Russian Federation

e-mail: bushueva@ymrc.ru

bushueva@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1743-7642СутунковаМарина ПетровнаSutunkovaMarina P.

Доктор мед. наук, директор ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: sutunkova@ymrc.ru

Doctor of Medical Sciences, Director, Yekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers, Rospotrebnadzor, Yekaterinburg, 620014, Russian Federation

e-mail: sutunkova@ymrc.ru

sutunkova@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0125-0063КарповаЕлизавета ПавловнаKarpovaElizaveta P.

Младший научный сотрудник НПО Лабораторно-диагностических технологий, ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: karpovaep@ymrc.ru

Junior Researcher, Research and Production Association of Laboratory Diagnostic Technologies, Yekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers, Rospotrebnadzor, Yekaterinburg, 620014, Russian Federation

e-mail: karpovaep@ymrc.ru

karpovaep@ymrc.ruФБУН «Екатеринбургский медицинский – научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» РоспотребнадзораРоссияYekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial WorkersRussian FederationФБУН «Екатеринбургский медицинский – научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора; Институт промышленной экологии Уральского отделения Российской академии наукРоссияYekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers; Institute of Industrial Ecology, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФБУН «Екатеринбургский медицинский – научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора; ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава РоссииРоссияYekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers; Ural State Medical University, Ministry of Health of RussiaRussian Federation202521012026336393400Copyright © Минигалиева И.А., Шабардина Л.В., Панов В.Г., Бушуева Т.В., Сутункова М.П., Карпова Е.П., 20262026Минигалиева И.А., Шабардина Л.В., Панов В.Г., Бушуева Т.В., Сутункова М.П., Карпова Е.П.Minigalieva I.A., Shabardina L.V., Panov V.G., Bushueva T.V., Sutunkova M.P., Karpova E.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.toxreview.ru/jour/article/view/1034Введение

Введение. Для современных промышленных предприятий характерно загрязнение воздуха рабочих помещений многокомпонентной смесью химических веществ, комбинированное действие которых может значимо отличаться от их изолированного действия и оказывать различный токсический эффект. Экспериментальное изучение и математическое моделирование комбинированного воздействия токсичных металлов на различные системы и органы являются научной основой оценки профессионального и экологического риска.

Цель исследования – изучение комбинированной токсичности свинца и меди в эксперименте in vitro с использованием метода математического моделирования.

Материал и методы

Материал и методы. Экспериментальные исследования были проведены на модели in vitro с использованием культуры клетки линии IMR-32. Исследовали цитотоксичность при воздействии растворимых солей свинца и меди по показателю дегидрогеназной активности с помощью МТТ-теста.

Результаты

Результаты. Показано, что тип комбинированного действия свинца и меди по показателю дегидрогеназной активности в клетках нейробластомы IMR-32 изменяется с ростом концентраций токсикантов. При малых дозах меди и свинца тип комбинированного действия аддитивный, но с увеличением доз переходит в "антагонизм" становится антагонистическим.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Для оценки воздействия свинца и меди на клеточную культуру использовали расчётные показатели, вычисляемые из одного измеренного параметра, – дегидрогеназной активности.

Заключение

Заключение. Полученные результаты могут служить дополнительным подтверждением общей теории комбинированной токсичности, постулирующей неоднозначность типа действия, проявляемого одной и той же парой агентов.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике и иных документов.

Участие авторов

Участие авторов: Минигалиева И.А., Сутункова М.П. – концепция и дизайн исследования, редактирование; Шабардина Л.В. – сбор материала, обработка данных, написание текста; Панов В.Г. – обработка данных, статистический анализ; Бушуева Т.В., Карпова Е.П. – сбор материала и обработка данных. Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех её частей.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила в редакцию

Поступила в редакцию: 03 марта 2025 / Поступила после исправления: 04 апреля 2025 / Принята в печать: 25 ноября 2025 / Опубликована: 15 января 2026

Introduction

Introduction. Modern industrial enterprises are noted for pollution of the workplace air with a multicomponent mixture of chemicals, the combined exposure to which can significantly differ from their isolated ones and have a different toxic effect. Experimental studies and mathematical modeling of combined effects of toxic metals on various systems and organs are the scientific basis for assessing both occupational and environmental risks.

The purpose of the research was to study the combined toxicity of lead and copper in an in vitro experiment using mathematical modeling.

Material and methods

Material and methods. Experimental studies were carried out on an in vitro model using the IMR-32 cell line. Cytotoxicity was established following exposure to soluble lead and copper salts by measuring dehydrogenase activity using the MTT assay.

Results

Results. We have demonstrated that, in terms of dehydrogenase activity, the type of the combined effect of lead and copper in IMR-32 neuroblastoma cells changes with the increase in concentrations of the toxicants. At low doses of copper and lead, the type of combined action is additive, but with increasing doses it becomes antagonistic.

Limitations

Limitations. To assess the effect of lead and copper on cell culture, estimates calculated from one measured parameter of the dehydrogenase activity were used.

Conclusion

Conclusion. Our findings support the general theory of combined toxicity, postulating the ambiguousness of the type of effect exhibited by the same pair of agents.

Compliance with ethical standards. The study does not require the submission of the conclusion of the biomedical ethics committee and other documents.

Authors’ contribution

Authors’ contribution: Minigalieva I.A., Sutunkova M.P. – concept and design of research, editing; Shabardina L.V. – collection of material, data processing, writing; Panov V.G. – data processing, statistical analysis; Bushueva T.V., Karpova E.P. – collection of material and data processing. All co-authors are responsible for approving the final version of the article and ensuring the integrity of all its parts.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no apparent and potential conflicts of interest in relation to the publication of this article.

Funding

Funding. The study had no sponsorship.

Received

Received: March 3, 2025 / Revised: April 4, 2025 / Accepted: November 25, 2025 / Published: January 15, 2026

свинецмедьin vitroкомбинированное действиенейробластомаэкспериментальное исследованиеleadcopperin vitrocombined effectneuroblastomaexperimental studyReferencesRamírez Ortega D., González Esquivel D.F., Blanco Ayala T., Pineda B., Gómez Manzo S., Marcial Quino J., et al. Cognitive impairment induced by lead exposure during lifespan: Mechanisms of lead neurotoxicity. Toxics. 2021; 9(2): 23. https://doi.org/10.3390/toxics9020023Ramírez Ortega D., González Esquivel D.F., Blanco Ayala T., Pineda B., Gómez Manzo S., Marcial Quino J., et al. Cognitive impairment induced by lead exposure during lifespan: Mechanisms of lead neurotoxicity. Toxics. 2021; 9(2): 23. https://doi.org/10.3390/toxics9020023Schneider J.S. Neurotoxicity and outcomes from developmental lead exposure: Persistent or permanent? Environ. Health Perspect. 2023; 131(8): 85002. https://doi.org/10.1289/ehp12371Schneider J.S. Neurotoxicity and outcomes from developmental lead exposure: Persistent or permanent? Environ. Health Perspect. 2023; 131(8): 85002. https://doi.org/10.1289/ehp12371Schwartz B.S., Stewart W.F., Bolla K.I., Simon P.D., Bandeen-Roche K., Gordon P.B., et al. Past adult lead exposure is associated with longitudinal decline in cognitive function. Neurology. 2000; 55(8): 1144–50. https://doi.org/10.1212/wnl.55.8.1144Schwartz B.S., Stewart W.F., Bolla K.I., Simon P.D., Bandeen-Roche K., Gordon P.B., et al. Past adult lead exposure is associated with longitudinal decline in cognitive function. Neurology. 2000; 55(8): 1144–50. https://doi.org/10.1212/wnl.55.8.1144Feng D., Zhao Y., Li W., Li X., Wan J., Wang F. Copper neurotoxicity: Induction of cognitive dysfunction: A review. Medicine (Baltimore). 2023; 102(48): e36375. https://doi.org/10.1097/md.0000000000036375Feng D., Zhao Y., Li W., Li X., Wan J., Wang F. Copper neurotoxicity: Induction of cognitive dysfunction: A review. Medicine (Baltimore). 2023; 102(48): e36375. https://doi.org/10.1097/md.0000000000036375Aschner M., Skalny A.V., Lu R., Martins A.C., Tizabi Y., Nekhoroshev S.V., et al. Mitochondrial pathways of copper neurotoxicity: Focus on mitochondrial dynamics and mitophagy. Front. Mol. Neurosci. 2024; 17: 1504802. https://doi.org/10.3389/fnmol.2024.1504802Aschner M., Skalny A.V., Lu R., Martins A.C., Tizabi Y., Nekhoroshev S.V., et al. Mitochondrial pathways of copper neurotoxicity: Focus on mitochondrial dynamics and mitophagy. Front. Mol. Neurosci. 2024; 17: 1504802. https://doi.org/10.3389/fnmol.2024.1504802Henson T.E., Navratilova J., Tennant A.H., Bradham K.D., Rogers K.R., Hughes M.F. In vitro intestinal toxicity of copper oxide nanoparticles in rat and human cell models. Nanotoxicology. 2019; 13(6): 795–811. https://doi.org/10.1080/17435390.2019.1578428Henson T.E., Navratilova J., Tennant A.H., Bradham K.D., Rogers K.R., Hughes M.F. In vitro intestinal toxicity of copper oxide nanoparticles in rat and human cell models. Nanotoxicology. 2019; 13(6): 795–811. https://doi.org/10.1080/17435390.2019.1578428Li N., Sioutas C., Cho A., Schmitz D., Misra C., Sempf J., et al. Ultrafine particulate pollutants induce oxidative stress and mitochondrial damage. Environ. Health Perspect. 2003; 111(4): 455–60. https://doi.org/10.1289/ehp.6000Li N., Sioutas C., Cho A., Schmitz D., Misra C., Sempf J., et al. Ultrafine particulate pollutants induce oxidative stress and mitochondrial damage. Environ. Health Perspect. 2003; 111(4): 455–60. https://doi.org/10.1289/ehp.6000Huang D., Chen L., Ji Q., Xiang Y., Zhou Q., Chen K., et al. Lead aggravates Alzheimer’s disease pathology via mitochondrial copper accumulation regulated by COX17. Redox Biol. 2024; 69: 102990. https://doi.org/10.1016/j.redox.2023.102990Huang D., Chen L., Ji Q., Xiang Y., Zhou Q., Chen K., et al. Lead aggravates Alzheimer’s disease pathology via mitochondrial copper accumulation regulated by COX17. Redox Biol. 2024; 69: 102990. https://doi.org/10.1016/j.redox.2023.102990Shen H., Dou Y., Wang X., Wang X., Kong F., Wang S. Guluronic acid can inhibit copper(II) and amyloid – β peptide coordination and reduce copper-related reactive oxygen species formation associated with Alzheimer’s disease. J. Inorg. Biochem. 2023; 245: 112252. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2023.112252Shen H., Dou Y., Wang X., Wang X., Kong F., Wang S. Guluronic acid can inhibit copper(II) and amyloid – β peptide coordination and reduce copper-related reactive oxygen species formation associated with Alzheimer’s disease. J. Inorg. Biochem. 2023; 245: 112252. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2023.112252Greco M., Spinelli C.C., De Riccardis L., Buccolieri A., Di Giulio S., Musarò D., et al. Copper dependent modulation of α-synuclein phosphorylation in differentiated SHSY5Y neuroblastoma cells. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22(4): 2038. https://doi.org/10.3390/ijms22042038Greco M., Spinelli C.C., De Riccardis L., Buccolieri A., Di Giulio S., Musarò D., et al. Copper dependent modulation of α-synuclein phosphorylation in differentiated SHSY5Y neuroblastoma cells. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22(4): 2038. https://doi.org/10.3390/ijms22042038Бушуева Т.В., Минигалиева И.А., Панов В.Г., Кузнецова А.Н., Наумова А.С., Cутункова М.П. и др. Новые данные к вопросу об информативности экспериментов на клеточных культурах для оценки сравнительной и комбинированной токсичности металлооксидных наночастиц. Токсикологический вестник. 2019; 27(4): 16–22. https://doi.org/10.36946/0869-7922-2019-4-16-22 https://elibrary.ru/pifmlcBushueva T.V., Minigalieva I.A., Panov V.G., Kuznetsova A.N., Naumova A.S., Sutunkova M.P., et al. New data on the question of informativeness of experiments on cell cultures for assessment of comparative and combined toxicity of metal oxide nanoparticles. Toksikologicheskii vestnik. 2019; 27(4): 16–22. https://doi.org/10.36946/0869-7922-2019-4-16-22 https://elibrary.ru/pifmlc (in Russian)Carocci A., Catalano A., Lauria G., Sinicropi M.S., Genchi G. Lead toxicity, antioxidant defense and environment. Rev. Environ. Contam. Toxicol. 2016; 238: 45–67. https://doi.org/10.1007/398_2015_5003Carocci A., Catalano A., Lauria G., Sinicropi M.S., Genchi G. Lead toxicity, antioxidant defense and environment. Rev. Environ. Contam. Toxicol. 2016; 238: 45–67. https://doi.org/10.1007/398_2015_5003Chen L., Liu Y., Jia P., Zhang H., Yin Z., Hu D., et al. Acute lead acetate induces neurotoxicity through decreased synaptic plasticity-related protein expression and disordered dendritic formation in nerve cells. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2022; 29(39): 58927–35. https://doi.org/10.1007/s11356-022-20051-1Chen L., Liu Y., Jia P., Zhang H., Yin Z., Hu D., et al. Acute lead acetate induces neurotoxicity through decreased synaptic plasticity-related protein expression and disordered dendritic formation in nerve cells. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2022; 29(39): 58927–35. https://doi.org/10.1007/s11356-022-20051-1Neelima A., Rajanna A., Bhanuprakash R.G., Chetty C.S., Suresh C. Deleterious effects of combination of lead and β-amyloid peptides in inducing apoptosis and altering cell cycle in human neuroblastoma cells. Interdiscip. Toxicol. 2017; 10(3): 93–8. https://doi.org/10.1515/intox-2017-0015Neelima A., Rajanna A., Bhanuprakash R.G., Chetty C.S., Suresh C. Deleterious effects of combination of lead and β-amyloid peptides in inducing apoptosis and altering cell cycle in human neuroblastoma cells. Interdiscip. Toxicol. 2017; 10(3): 93–8. https://doi.org/10.1515/intox-2017-0015Chetty C.S., Vemuri M.C., Campbell K., Suresh C. Lead-induced cell death of human neuroblastoma cells involves GSH deprivation. Cell. Mol. Biol. Lett. 2005; 10(3): 413–23.Chetty C.S., Vemuri M.C., Campbell K., Suresh C. Lead-induced cell death of human neuroblastoma cells involves GSH deprivation. Cell. Mol. Biol. Lett. 2005; 10(3): 413–23.Carmona A., Roudeau S., Ortega R. Molecular mechanisms of environmental metal neurotoxicity: A focus on the interactions of metals with synapse structure and function. Toxics. 2021; 9(9): 198. https://doi.org/10.3390/toxics9090198Carmona A., Roudeau S., Ortega R. Molecular mechanisms of environmental metal neurotoxicity: A focus on the interactions of metals with synapse structure and function. Toxics. 2021; 9(9): 198. https://doi.org/10.3390/toxics9090198Kiss T., Osipenko O. Metal ion-induced permeability changes in cell membranes: a minireview. Cell. Mol. Neurobiol. 1994; 14(6): 781–9. https://doi.org/10.1007/bf02088684Kiss T., Osipenko O. Metal ion-induced permeability changes in cell membranes: a minireview. Cell. Mol. Neurobiol. 1994; 14(6): 781–9. https://doi.org/10.1007/bf02088684Oortgiesen M., van Kleef R.G., Vijverberg H.P. Novel type of ion channel activated by Pb2+, Cd2+, and Al3+ in cultured mouse neuroblastoma cells. J. Membr. Biol. 1990; 113(3): 261–8. https://doi.org/10.1007/bf01870077Oortgiesen M., van Kleef R.G., Vijverberg H.P. Novel type of ion channel activated by Pb2+, Cd2+, and Al3+ in cultured mouse neuroblastoma cells. J. Membr. Biol. 1990; 113(3): 261–8. https://doi.org/10.1007/bf01870077Zhou R., Huang D., Fu W., Shu F. Comprehensive exploration of the involvement of cuproptosis in tumorigenesis and progression of neuroblastoma. BMC Genomics. 2023; 24(1): 715. https://doi.org/10.1186/s12864-023-09699-2Zhou R., Huang D., Fu W., Shu F. Comprehensive exploration of the involvement of cuproptosis in tumorigenesis and progression of neuroblastoma. BMC Genomics. 2023; 24(1): 715. https://doi.org/10.1186/s12864-023-09699-2Tsvetkov P., Coy S., Petrova B., Dreishpoon M., Verma A., Abdusamad M., et al. Copper induces cell death by targeting lipoylated TCA cycle proteins. Science. 2022; 375(6586): 1254–61. https://doi.org/10.1126/science.abf0529Tsvetkov P., Coy S., Petrova B., Dreishpoon M., Verma A., Abdusamad M., et al. Copper induces cell death by targeting lipoylated TCA cycle proteins. Science. 2022; 375(6586): 1254–61. https://doi.org/10.1126/science.abf0529Borchard S., Bork F., Rieder T., Eberhagen C., Popper B., Lichtmannegger J., et al. The exceptional sensitivity of brain mitochondria to copper. Toxicol. In Vitro. 2018; 51: 11–22. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2018.04.012Borchard S., Bork F., Rieder T., Eberhagen C., Popper B., Lichtmannegger J., et al. The exceptional sensitivity of brain mitochondria to copper. Toxicol. In Vitro. 2018; 51: 11–22. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2018.04.012

The authors declare that there are no conflicts of interest present.