Оценка общетоксического субхронического действия наночастиц оксида меди в условиях эксперимента in vivo на крысах

Введение. Для современных промышленных предприятий характерно снижение выбросов загрязняющих веществ в воздух рабочей зоны и окружающую среду, что является дополнительным положительным эффектом обновления производственных мощностей. Несмотря на это, проблема воздействия наночастиц (НЧ) остается актуальной, однако фокус внимания мировой науки смещается в сторону токсичности меньших доз.

Цель исследования — оценка субхронического общетоксического действия наночастиц оксида меди (НЧ CuO) в условиях эксперимента in vivo на беспородных аутбредных крысах-самцах.

Материал и методы. Стабильные суспензии наночастиц оксида меди в однократной дозе 1 мг/кг массы тела вводились внутрибрюшинно крысам-самцам 3 раза в неделю в течение 6 нед. По завершении субхронической экспозиции состояние организма животных оценивалось по ряду критериев оценки общетоксического действия, статистическая значимость межгрупповых различий — с помощью t-критерия Стьюдента.

Результаты. У экспонированных животных были обнаружены нарушения, включающие снижение интенсивности внутриклеточных энергетических процессов, изменения морфофункционального состояния печени, почек и селезенки, в том числе связанные с активацией клеточного иммунитета.

Ограничения исследования. Исследование было ограничено изучением показателей общетоксического действия в экспериментальном исследовании при субхроническом воздействии наночастиц оксида меди на крыс-самцов с использованием только одной дозы.

Вывод. Выраженность изменений позволяет предположить, что изученная доза по оцененным параметрам общетоксического действия близка к пороговой для крыс.

Соблюдение этических стандартов. Работа одобрена Локальным независимым этическим комитетом ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора (протокол № 2 от 20.04.2021).

Участие авторов:
Рябова Ю.В. — проведение эксперимента, сбор и обработка материала, иллюстрации, написание текста;
Сахаутдинова Р.Р. — проведение исследований, сбор и обработка материала, иллюстрации, написание текста;
Минигалиева И.А. — концепция и дизайн исследования, редактирование, научное консультирование;
Сутункова М.П. — концепция и дизайн исследования, научное консультирование.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Благодарность. Авторы выражают благодарность коллективу Уральского центра коллективного пользования «Современные нанотехнологии» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
и лично Шуру Владимиру Яковлевичу — директору УЦКП СН, профессору, доктору фарм. наук за синтез суспензий
исследованных наночастиц заданной характеристики на базе УЦКП СН УрФУ.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила в редакцию: 25.12.2023 / Принята в печать: 10.03.2024 / Опубликована: 27.04.2024

1. Anreddy R.N.R. Copper oxide nanoparticles induces oxidative stress and liver toxicity in rats following oral exposure. Toxicol. Rep. 2018; 5: 903–4. https://doi.org/10.1016/j.toxrep.2018.08.022

2. Abdelazeim S.A., Shehata N.I., Aly H.F., Shams S.G.E. Amelioration of oxidative stress-mediated apoptosis in copper oxide nanoparticles-induced liver injury in rats by potent antioxidants. Sci. Rep. 2020; 10(1): 10812. https://doi.org/10.1038/s41598-020-67784-y

3. de Jong W.H., de Rijk E., Bonetto A., Wohlleben W., Stone V., Brunelli A. et al. Toxicity of copper oxide and basic copper carbonate nanoparticles after short-term oral exposure in rats. Nanotoxicology. 2019; 13(1): 50–72. https://doi.org/10.1080/17435390.2018.1530390

4. 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(7): 12379–406. https://doi.org/10.3390/ijms150712379

5. Ghonimi W.A.M., Alferah M.A.Z., Dahran N., El-Shetry E.S. Hepatic and renal toxicity following the injection of copper oxide nanoparticles (CuO NPs) in mature male Westar rats: histochemical and caspase 3 immunohistochemical reactivities. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2022; 29(54): 81923–37. https://doi.org/10.1007/s11356-022-21521-2

6. Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B. et al. 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

7. Huang H.S., Chang H.H. Platelets in inflammation and immune modulations: functions beyond hemostasis. Arch. Immunol. Ther. Exp. (Warsz). 2012; 60(6): 443–51. https://doi.org/10.1007/s00005-012-0193-y

8. Angelé-Martínez C., Nguyen K.V.T., Ameer F.S., Anker J.N., Brumaghim J.L. Reactive oxygen species generation by copper(II) oxide nanoparticles determined by DNA damage assays and EPR spectroscopy. Nanotoxicology. 2017; 11(2): 278–88. https://doi.org/10.1080/17435390.2017.1293750

9. Cho W.S., Duffin R., Poland C.A., Duschl A., Oostingh G.J., Macnee W. et al. Differential pro-inflammatory effects of metal oxide nanoparticles and their soluble ions in vitro and in vivo; zinc and copper nanoparticles, but not their ions, recruit eosinophils to the lungs. Nanotoxicology. 2012; 6(1): 22–35. https://doi.org/10.3109/17435390.2011.552810

10. Chevalier R.L. The proximal tubule is the primary target of injury and progression of kidney disease: role of the glomerulotubular junction. Am. J. Physiol. Renal Physiol. 2016; 311(1): F145–61. https://doi.org/10.1152/ajprenal.00164.2016

11. 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

12. Gaetke L.M., Chow C.K. Copper toxicity, oxidative stress, and antioxidant nutrients. Toxicology. 2003; 189(1–2): 147–63. https://doi.org/10.1016/s0300-483x(03)00159-8

13. Сутункова М.П. Экспериментальное изучение токсического действия металлосодержащих наночастиц на предприятиях чёрной и цветной металлургии и оценка риска для здоровья работающих. Гигиена и санитария. 2017; 96(12): 1182–7. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2017-96-12-1182-1187

14. Guo C., Sun L., Chen X., Zhang D. Oxidative stress, mitochondrial damage and neurodegenerative diseases. Neural Regen. Res. 2013; 8(21): 2003–14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-5374.2013.21.009

15. He H., Zou Z., Wang B., Xu G., Chen C., Qin X. et al. Copper oxide nanoparticles induce oxidative DNA damage and cell death via copper ion-mediated P38 MAPK activation in vascular endothelial cells. Int. J. Nanomedicine. 2020; 15: 3291–3302. https://doi.org/10.2147/IJN.S241157

16. Rustin P., Munnich A., Rӧtig A. Succinate dehydrogenase and human diseases: new insights into a well-known enzyme. Eur. J. Hum. Genet. 2002; 10(5): 289–91. https://doi.org/10.1038/sj.ejhg.5200793