О сочетании позитивных и негативных эффектов наночастиц оксида селена при субхронической экспозиции крыс

Введение. Профессиональный контакт с селеном и его соединениями, включая наноразмерные формы, возможен в стекольном производстве, резиновой промышленности, в металлургии (при переработке медных шламов, обжиге медного колчедана, производстве марганца, селена и теллура). В известной нам литературе имеются скудные данные о токсических свойствах наночастиц селена.

Материал и методы. Стабильные суспензии наночастиц оксида селена (разовая доза составляла 0,2, 1 или 2 мг/кг массы тела) или деионизированная вода (контроль) вводились крысам-самцам 3 раза в 1 нед в течение 6 нед. По завершении экспозиции состояние организма животных оценивалось по ряду критериев токсического действия. Статистическая значимость межгрупповых различий средних значений оценивалась с помощью t-критерия Стьюдента.

Результаты. Под воздействием наночастиц оксида селена наблюдалось снижение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) в лимфоцитах крови, отражающей интенсивность энергетических процессов в организме. Увеличивалось число эозинофилов в мазках-отпечатках паренхиматозных органов и брыжеечных лимфоузлов, свидетельствующее о способности нанооксида селена к запуску сигнальных каскадов в иммунокомпетентных клетках. Обнаружено резкое увеличение числа дегенеративных клеток проксимальных и дистальных канальцев в мазках-отпечатках почек. Обнаружена тенденция к снижению всех гемодинамических показателей. Изменение длительности QT вместе с ростом амплитуды зубца Т, вероятно, свидетельствует о нарушении процессов реполяризации миокарда. Выявлено также положительное действие наночастиц оксида селена: по влиянию на эритропоэз и гомеостаз железа, по снижению гепатоцитарного апоптоза, снижению коэффициента фрагментации геномной ДНК в ядросодержащих клетках крови.

Ограничения исследования. Исследование было ограничено изучением показателей токсического действия в экспериментальном исследовании с использованием ограниченного диапазона доз.

Выводы. Показана неоднозначность влияния наночастиц оксида селена на организм крыс. Наряду с негативным воздействием нами были впервые обнаружены положительные эффекты наночастиц, что заметно контрастирует с генотоксичностью всех ранее изученных в нашей лаборатории элементных и элементо-оксидных наночастиц.

Соблюдение этических стандартов. Исследование выполнено в соответствии с «International guiding principles for biomedical research involving animals» (the Council for International Organizations of Medical Sciences, the International Council For Laboratory Animal Science, 2012). Работа одобрена Локальным независимым этическим комитетом ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора.

Участие авторов:
Кацнельсон Б.А., Сутункова М.П., Минигалиева И.А., Привалова Л.И. — концепция и дизайн исследования;
Рябова Ю.В. — концепция и дизайн исследования, проведение эксперимента, сбор и обработка материала;
Клинова С.В., Тажигулова А.В. — проведение эксперимента, сбор и обработка материала;
Сахаутдинова Р.Р., Бушуева Т.В., Макеев О.Г. — сбор и обработка материала.
Все соавторы — обсуждение результатов, редактирование статьи, утверждение окончательного варианта статьи.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Исследование произведено за счёт бюджета ЕМНЦ ПОЗРПП.

Поступила в редакцию: 28 февраля 2022 / Принята в печать: 12 декабря 2022 / Опубликована: 30 декабря 2022

1. Gao F., Yuan Q., Gao L., Cai P., Zhu H., Liu R., Wang Y., Wei Y., Huang G., Liang J., Gao X. Cytotoxicity and Therapeutic Effect of Irinotecan Combined With Selenium Nanoparticles. Biomaterials. 2014; 35(31): 8854-66. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2014.07.004

2. Карпова Е.А., Демиденко О.К., Ильина О.П. К вопросу о токсичности препаратов на основе наноселена. Вестник КрасГАУ. 2014; 4: 3-5

3. Wadhwani S.A., Shedbalkar U.U., Singh R., Chopade B.A. Biogenic selenium nanoparticles: current status and future prospects. Applied Microbiology and Biotechnology. 2016; 100: 2555-66.

4. Vrček I.V. Selenium Nanoparticles: Biomedical Applications. Molecular and Integrative R. Toxicology. 2018; 393-412. https://doi.org/10.1007/978-3-319-95390-8_21

5. Gangadoo S., Dinev I., Willson N.L., Moore J., Chapman J., Stanley D. Nanoparticles of selenium as high bioavailable and non-toxic supplement alternatives for broiler chickens. Environ. Sci. Pollut. Res.Int. 2020; 27(14): 16159-66. https://doi.org/10.1007/s11356-020-07962-7

6. Sun J., Wei C., Liu Y., Xie W., Xu M., Zhou H., Liu J. Progressive Release of Mesoporous Nano-Selenium Delivery System for the Multi-Channel Synergistic Treatment of Alzheimer’s Disease. Biomaterials. 2019; 197: 417-31. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.12.027

7. Фолманис Г.Э., Федотов М.А., Голубкина Н.А., Солдатенко А.В. Синтез и характеристики наночастиц селена, предназначенных для обогащения проростков редиса. Российские нанотехнологии. 2018; 13(9-10): 65-9.

8. Юркова И.Н. Омельченко А.В. Влияние наночастиц селена и селенита натрия на рост и развитие растений пшеницы. Учёные записки Крымского Федерального Университета им. В.И. Вернадского. Биология. Химия. 2015; 3: 96-106.

9. Nastueva M., Kompantsev D., Sagradyan G., Privalov I., Airapetova A., Serov A. Proceedings of the 1st International Symposium Innovations in Life Sciences (ISILS 2019). Advances in Biological Sciences Research. https://doi.org/10.2991/isils-19.2019.52

10. He Y., Chen S., Liu Z., Cheng C., Li H., Wang M. Toxicity of selenium nanoparticles in male Sprague-Dawley rats at supranutritional and nonlethal levels. Life Sci. 2014; 12: 115(1-2): 44-51. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2014.08.023

11. Shakibaie M., Shahverdi A.R., Faramarzi M.A., Hassanzadeh G.R., Rahimi H.R., Sabzevari O. Acute and subacute toxicity of novel biogenic selenium nanoparticles in mice. Pharmaceutical Biology. 2012; 53(1): 58-63. https://doi.org/10.3109/13880209.2012.710241

12. Kondaparthi P., Flora S.J.S., Naqvi S. Selenium nanoparticles: An insight on its Pro-oxidant and antioxidant properties. Front. Nanosci. Nanotech. 2019; 6: 1-5. https://doi.org/10.15761/FNN.1000189

13. Лебедь А.Б., Набойченко C.С., Шунин В.А., под общ. ред. С.С. Набойченко. Производство селена и теллура на ОАО «Уралэлектромедь»: учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015: 114.

14. Привалова Л.И., Кацнельсон Б.А., Логинова Н.В., Гурвич В.Б., Шур В.Я., Бейкин Я.Б., Сутункова М.П., Минигалиева И.А., Шишкина Е.В., Пичугова С.В., Тулакина Л.Г., Беляева С.В., Рузаков В.О. Цитологические и биохимические особенности жидкости, получаемой при бронхо-альвеолярном лаваже у крыс после интратрахеального введения наноразмерных меднооксидных частиц. Токсикологический вестник. 2014; 5(128) : 8-15.

15. Нарциссов Р.П. Применение n-нитротетразоли фиолетового для количественной цитохимии дегидрогеназ лимфоцитов человека. Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. 1969; 5: 85-91.

16. Katsnelson B.A., Makeyev O.H., Kochneva N.I., Privalova L.I., Degtyareva T.D., Bukhantsev V.A., Minin V.V., Beresneva O.Y., Slyshkina T.V., Kostyukova S.V. Testing a set of bioprotectors against the genotoxic effect of a combination of ecotoxicants. Cent. Eur. J. Occup. Environ. Med. 2007; 13: 251-64.

17. Tzagoloff A. Mitochondria. New-York, Plenum Press; 1982.

18. Ackrell B.A.C, Johnson M.K., Gunsalus R.P., Cecchini G. Structure and function of succinate dehydrogenase and fumarate reductase. F. Muller (ed) Chemistry and Biochemistry of Flavoproteins Boca Raton, FL: CRC Press 1992; 3: 229-97.

19. Mercan Yücel U., Başbuğan Y., Uyar A., Kömüroğlu A.U., Keleş Ö.F. Use of an antiarrhythmic drug against acute selenium toxicity. J Trace Elem Med Biol. 2020; 59: 126471. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2020.126471

20. Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B., Sutunkova M.P., Shur V.Ya., Shishkina E.V., Valamina I.E., Zubarev I.V., Makeyev O.H., Meshtcheryakov E.Y., Klinova S.V. In vivo toxicity of copper oxide, lead oxide and zinc oxide nanoparticles acting in different combinations and its attenuation with a complex of innocuous bio-protectors. Toxicology. 2017; 380: 72-93. https://doi.org/10.1016/j.tox.2017.02.007

21. Liao C., Carlson B.A., Paulson R.F., Prabhu K.S. The intricate role of selenium and selenoproteins in erythropoiesis. Free Radic Biol Med. 2018; 127: 165-71. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2018.04.578

22. Liu Ch., Tao Q., Sun M., Wu Jim Z. et al. Kupffer cells are associated with apoptosis, inflammation and fibrotic effects in hepatic fibrosis in rats. Laboratory Invest. 2010; 90: 1805-16.

23. Coleman J.E. Structure and mechanism of alkaline phosphatase. Annu Rev Biophys Biomol Struct. 1992; 21: 441-83. https://doi.org/10.1146/annurev.bb.21.060192.002301

24. Сахаутдинова Р.Р., Рябова Ю.В., Панов В.Г., Минигалиева И.А., Сутункова М.П., Бушуева Т.В. Применение оттискной цитологии в оценке иммунологических эффектов изолированного и комбинированного действия наночастиц селена и меди. Гигиена и санитария. 2021; 100(12): 1502-7. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-12-1502-1507

25. Blanchard C., Rothenberg M.E. Biology of the eosinophil. Adv Immunol. 2009; 101: 81-121. https://doi.org/10.1016/S0065-2776(08)01003-1

26. Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Gurvich V.B., Shur V.Y., Shishkina E.V., Valamina I.E., Makeyev O.H., Panov V.G., Varaksin A.N., Bushueva T.V., Sakhautdinova R.R., Klinova S.V., Solovyeva S.N., Meshtcheryakova E.Y.Combined Subchronic Toxicity of Aluminum (III), Titanium (IV) and Silicon (IV) Oxide Nanoparticles and Its Alleviation with a Complex of Bioprotectors.Int. J. Mol. Sci. 2018; 19: 837-65. https://doi.org/10.3390/ijms1903083727

27. Sutunkova M.P., Solovyeva S.N., Katsnelson B.A., Gurvich V.B., Privalova L.I., Minigalieva I.A., Slyshkina T.V., Valamina I.E., Makeyev O.H., Shur V.Ya., Zubarev I.V., Kuznetsov D.K., Shishkina E.V. A paradoxical response of the rat organism to long-term inhalation of silica containing submicron (predominantly nanoscale) particles of a collected industrial aerosol at realistic exposure levels. Toxicology. 2017; 384: 59-68. https://doi.org/10.1016/j.tox.2017.04.010

28. Skalickova S., Milosavljevic V., Cihalova K., Horky P., Richtera L., Adam V. Selenium nanoparticles as a nutritional supplement. Nutrition. 2017; 33: 83-90. https://doi.org/10.1016/j.nut.2016.05.001

29. Zhai X., Zhang C., Zhao G., Stoll S., Ren F., Leng X. Antioxidant capacities of the selenium nanoparticles stabilized by chitosan. J Nanobiotechnology. 2017 Jan 5; 15(1): 4. https://doi.org/10.1186/s12951-016-0243-4