ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЖИДКОСТИ, ПОЛУЧАЕМОЙ ПРИ БРОНХО- АЛЬВЕОЛЯРНОМ ЛАВАЖЕ У КРЫС ПОСЛЕ ИНТРАТРАХЕАЛЬНОГО ВВЕДЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ МЕДНООКСИДНЫХ ЧАСТИЦ

Стабильные водные суспензии частиц оксида меди диаметром 20 нм и меднооксидных-медных частиц диаметром 340 нм были введены крысам интратрахеально в дозе 0,5 мг (1 мл), и через 24 часа был проведен бронхо-альвеолярный лаваж, охарактеризованный с помощью оптической, просвечивающей электронной и полуконтактной атомно-силовой микроскопии и ряда биохимических показателей. Найдено, что обе фракции оказывают выраженное токсическое действие на лёгкие, однако наночастицы существенно токсичнее, чем субмикронные частицы крупнее 100 нм, но в то же время их отложение вызывает более выраженную защитную реакцию мобилизации альвеолярных макрофагов и особенно нейтрофильных лейкоцитов при более высокой фагоцитарной активности этих клеток. Полученные результаты в сопоставлении с литературными данными свидетельствуют о том, что причинами высокой цитотоксичности действия меднооксидных частиц нанометровой размерности является как внутриклеточный релиз ионов меди при их растворении, так и прямой контакт персистирующих частиц с клеточными органеллами (в первую очередь митохотндриями) и их повреждение.

1. Warheit D.B., Reed K.L., Sayes C.M. A role of surface reactivity in TiO2 and quartz-related nanoparticle pulmonary toxicity. Nanotoxicology. 2009; 3: 181–187.

2. Donaldson K., Stone V., Tran C.K., Kreyling W., Borm P.J. Nanotoxicology (editorial). Occup Environ Med. 2004; 61: 727–728.

3. Katsnelson B.A., Privalova L.I., Kuzmin S.V., Degtyareva T.D., Sutunkova M.P., Yeremenko O.S., Minigalieva I.A., Kireyeva E.P., Khodos M.Y., Kozitsina A.N. et al. Some peculiarities of pulmonary clearance mechanisms in rats after intratracheal instillation of magnetite (Fe3O4) suspensions with different particle sizes in the nanometer and micrometer ranges: Are we defenseless against nanoparticles? Int. J. Occup. Environ. Health. 2010; 16: 508–524.

4. Katsnelson B.A., Privalova L.I., Degtyareva T.D., Sutunkova M.P., Yeremenko O.S., Minigalieva I.A., KireyevaE.P., Kozitsina A.N., Malakhova N.A., Glazyrina J.A. et al. Experimental estimates of the toxicity of iron oxide Fe3O4 (magnetite) nanoparticles. Cent. Eur. J. Occup. Environ. Med. 2010; 16: 47–63.

5. Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Tulakina L.G., Pichugova S.V., Beikin J.B., Khodos M.Y. The «in vivo» interaction between iron oxide Fe3О4 nanoparticles and alveolar macrophages. Bull. Exp. Biol. Med. 2012; 152: 627–631.

6. Katsnelson B.A., Privalova L.I., Gurvich V.B., Makeyev O.H., Shur V.Y., Beikin J.B., Sutunkova M.P., Kireyeva E.P., Minigalieva I.A., Loginova N.V. et al. Comparative in vivo assessment of some adverse bio-effects of equidimensional gold and silver nanoparticles and the attenuation of nanosilver’s effects with a complex of innocuous bioprotectors. Int. J. Mol. Sci. 2013; 14: 2449–2483.

7. Bastus N.G., Casals E., Socorro V.-C., Puntes V. Reactivity of engineered inorganic nanoparticles and carbon nanostructures in biological media. Nanotoxicology. 2008; 2: 99–112.

8. Karlsson H.L., Cronholm P., Gustafsson J., Möller L. Copper oxide nanoparticles are highly toxic: A comparison between metal oxide nanoparticles and carbon nanotubes. Chem. Res. Toxicol. 2008; 21: 1726–1732.

9. Xu J., Li Z., Xu P., Xiao L., Yang Z. Nanosized copper oxide induces apoptosis through oxidative stress in podocytes. Arch. Toxicol. 2013; 87: 1067–1073.

10. Bondarenko O., Ivask A., Käkinen A., Kahru A. Subtoxic effects of CuO nanoparticles on bacteria: kinetics, role of Cu ions and possible mechanisms of action. Environ. Pollut. 2012; 169: 81–89.

11. Pang C., Selck H., Misra S.K., Berhanu D., Dybowska A., Valsami-Jones E., Forbes V.E. Effects of sediment-associated copper to the deposit-feeding snail, Potamopyrgus antipodarum:A comparison of Cu added in aqueous form or as nano- and micro-CuO particles. Aquat. Toxicol. 2012; 15: 114–122.

12. Studer A.M., Limbach L.K., van Duc L., Krumeich F., Athanassiou E.K., Gerber L.C., Moch H., Stark W.J. Nanoparticle cytotoxicity depends on intracellular solubility: Comparison of stabilized copper metal and degradable copper oxide nanoparticles. Toxicol. Lett. 2010; 1: 169–174.

13. Cronholm P., Karlsson H.L., Hedberg J., Lowe T.A., Winnberg L., Elihn K., Wallinder I.O., Möller L. Intracellular uptake and toxicity of Ag and CuO nanoparticles: A comparison between nanoparticles and their corresponding metal ions. Small. 2013; 8: 970–982.

14. Cuillel M., Chevallet M., Charbonnier P., Fauquant C., Pignot-Paintrand I., Arnaud J., Cassio D., MichaudSoret I., Mintz E. Interference of CuO nanoparticles with metal homeostasis in hepatocytes under sub-toxic conditions. Nanoscale. 2014; 16: 1707–1715.

15. Chen Z., Meng H., Xing G., Chen C., Zhao Y., Jia G., Wang T., Yuan H., Ye C., Zhao F. et al. Acute toxicological effects of copper nanoparticles in vivo. Toxicol. Lett. 2006; 25: 109–120.

16. Limbach L.K., Studer A.M., Van Duc L. et al. Nanoparticle cytotoxicity depends on intracellular solubility: comparison of stabilized copper metal and degradable copper oxide nanoparticles. Toxicol. Lett. 2010; 197(3): 169–174.

17. Alarifi S., Ali D., Verma A., Alakhtani S., Ali B.A. Cytotoxicity and genotoxicity of copper oxide nanoparticles in human skin keratinocytes cells. Int. J. Toxicol. 2013; 32: 296–307.

18. Privalova L.I., Katsnelson B.A., Loginova N.V., Gurvich V.B., Shur V.Y., Valamina I.E. et al. Subchronic toxicity of copper oxide nanoparticles and its attenuation with the help of a combination of bioprotectors. Int J Mol Sci. 2014;15:12379–12406.

19. Privalova L.I., Katsnelson B.A., Osipenko A.B., Yushkov B.H., Babushkina L.G. Response of a phagocyte cell system to products of macrophage breakdown as a probable mechanism of alveolar phagocytosis adaptation to deposition of particles of different cytotoxicity. Environm. Health Perspect.1980; 35: 205–218.

20. Katsnelson B.A., Privalova L.I. Recruitment of phagocytizing cells into the respiratory tract as a response to the cytotoxic action of deposited particles. Environ Health Perspect.1984; 55: 313–325.

21. Katsnelson B.A., Konysheva L.K., Privalova L.Y., Sharapova N.Y. Quartz dust retention in rat lungs under chronic exposure simulated by a multicompartmental model: Further evidence of the key role of the cytotoxicity of quartz particles. Inhalat Toxicol. 1997; 9:703–715.

22. Privalova L.I., Katsnelson B.A., Sharapova N.Y., Kislitsina N.S. On the relationship between activation and the breakdown of macrophages in pathogenesis of silicosis. Med. Lav. 1995; 86: 511–521.

23. Fröhlich E. Cellular targets and mechanisms in the cytotoxic action of non-biodegradable engineered nanoparticles. J. Curr. Drug. Metab. 2013; 14: 976–988.

24. Donaldson K., Bolton R., Jones E.A., Brown G. M., Robertson M.D., Slight J., Cowie H., Davis J. M. G. Kinetics of the bronchoalveolar leucocyte response in rats during exposure to equal airborne mass concentrations of quartz, chrysotile asbestos, or titanium dioxide.Thorax. 1988;43: 525–533.

25. Zhang Q., Yukinori K., Sato K., Nakakuki K., Koyahama N., Domaldson K. Differences in the extent of inflammation caused by intratracheal exposure to three ultrafine metals: role of free radicals. J. Toxicol. and Environmental Health. 1998; 53: 423–438.

26. Zhang Q., Yukinori K., Zhu X., Sato K., Mo Y., Kluz T., Donaldson K. Comparative toxicity of standard nickel and ultrafine nickel after intratracheal instillation. J. Occip. Health. 2003; 45: 23–30.