medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2020-99-1-120-124medlit-242Research ArticleМЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS OF INVESTIGATIONSПрименение цитологического метода исследования мазков у экспериментальных животных для оценки токсического действия металлосодержащих наночастицA cytological study of imprint smears (touch preparation cytology) to evaluate the toxicity of metal-containing nanoparticles in experimental animalshttps://orcid.org/0000-0002-2726-9259СахаутдиноваР. Р.SakhautdinovaR. R.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1743-7642СутунковаМ. П.SutunkovaM. P.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0097-7845МинигалиеваИ. А.MinigalievaI. A.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5872-2001БушуеваТатьяна ВикторовнаBushuevaTatyana V.

Кандидат мед. наук, зав. научно-производственным отделом лабораторно-диагностических технологий ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург.

e-mail: bushueva@ymrc.ru

MD, Ph.D., Head of Laboratory Diagnostics Department, Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers, Russian Agency for Consumer Rights Protection, Yekaterinburg, 620014, Russian Federation.

e-mail: bushueva@ymrc.ru

bushueva@ymrc.ruФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» РоспотребнадзораYekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers, Russian Agency for Consumer Rights Protection202030012020991120124Copyright © Сахаутдинова Р.Р., Сутункова М.П., Минигалиева И.А., Бушуева Т.В., 20202020Сахаутдинова Р.Р., Сутункова М.П., Минигалиева И.А., Бушуева Т.В.Sakhautdinova R.R., Sutunkova M.P., Minigalieva I.A., Bushueva T.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/242Введение

Введение. Цитологический метод мазков-отпечатков достаточно известен и широко применяется в клинической практике, не менее интересен он и в качестве экспресс-метода оценки цитоморфологических параметров влияния металлосодержащих наночастиц на ткани экспериментальных животных.

Материал и методы

Материал и методы. Исследованы 144 цитологических препарата мазков-отпечатков органов (печень, почки, лёгкие, трахеобронхиальные и брыжеечные лимфатические узлы) крыс (52 особи), массой тела 280–300 г, в возрасте 3,5 мес после субхронического внутрибрюшинного эксперимента с наночастицами оксидов титана, алюминия и кремния в разных дозах и 5-кратного ингаляционного воздействия никельсодержащих наночастиц в концентрации 1 мг/м3. Окраска по Лейшману. Цитологические признаки изучены в световом бинокулярном микроскопе Carl Zeiss Primo Star с системой визуализации видеокамерой USCMOS при увеличении × 100 и 1000. При морфометрии лёгких, печени и почек подсчёт осуществлён на 200 клеток с каждого препарата, лимфатических узлов на 100 клеток. Различия между среднегрупповыми количественными результатами обработаны с помощью критериев Стьюдента с использованием компьютерной программы Excel. Различие между средними величинами считалось статистически значимым, если вероятность возникновения случайного различия не превышала 5% (р < 0,05).

Результаты

Результаты. Приведены основные результаты, полученные при изучении цитологических препаратов мазков-отпечатков некоторых органов крыс после воздействия металлосодержащих наночастиц. Выделены основные типы формирования клеточных реакций. Показаны дегенеративно-дистрофические изменения в препаратах печени, почек, лёгких при разных путях введения и концентрациях наночастиц. Выявлены воспалительные реакции гиперергического типа при воздействии наночастиц оксида никеля. Наряду с этим отмечено формирование местного клеточного иммунитета за счёт процентного увеличения уровня макрофагов в мазках отпечатках некоторых органов.

Заключение

Заключение. Применение цитологического метода мазков-отпечатков совместно с гистологическим исследованием тканевых препаратов расширяет возможности для более полного морфологического и морфометрического анализа при исследовании токсических эффектов металлосодержащих наночастиц.

Introduction

Introduction. Touch preparation cytology is a well-known technique widely used in clinical practice. It can be also applied for an express assessment of cyto-morphological effects of metal-containing nanoparticles in experimental animals.

Material and methods

Material and methods. We’ve studied 144 imprint smears (of the liver, kidneys, lungs, tracheobronchial and mesenteric lymph nodes) taken from 52 rats, weighed 280-300 g, aged 3.5 months. This was done following a subchronic intraperitoneal administration of TiO2, Al2O3, and SiO2 nanoparticles, in a range of doses, and a subacute (5-times) inhalational exposure to 1 mg/m3 NiO NPs. Leishman stain was used. Cytological markers were studied at х100/х1000 magnification, using a Carl Zeiss Primo Star microscope, with a USCMOS camera for visualization. The count was done for every 200 cells of lung, liver and kidney specimens and for every 100 cells of lymph node tissue. The differences between the group means (in case of quantitative results) were analyzed using a Student’s t-test. The differences between the group means were considered statistically significant if the probability of those differences being accidental didn’t exceed 5% (р < 0,05).

Results

Results. We report the principal results obtained in a cytological study of imprint smears (touch preparations) of rat organs following the exposure to metal-containing nanoparticles. The main types of cellular responses were determined. Degenerative and dystrophic changes were observed in touch preparations of the liver, kidneys, and lungs following administration of nanoparticles in a range of doses and by various routes of exposure. Hyperergic inflammatory responses were seen upon the exposure to nickel oxide nanoparticles. A local cellular immune response was observed as an increase of macrophage percentage in imprint smears of some organs.

Conclusion

Conclusion. The use of touch preparation cytology together with histological examination of tissue specimens expand opportunities for a more relevant morphological and quantitative analysis when studying the toxic effects of metal-containing nanoparticles.

цитоморфологиякрысыпеченьпочкилёгкиелимфатический узелнаночастицыcytomorphologyliverkidneyslungslymph nodesnanoparticlesReferencesГлушкова А.В., Радилов А.С., Дулов С.А. Особенности проявления токсичности наночастиц. Гигиена и санитария. 2011; (2): 81-6Glushkova A.V., Radilov A.S., Dulov S.A. Features of manifestation of nanoparticles toxicity. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 2011; (2): 81–6. (in Russian)Minigalieva I.A., Bushueva T.V., Fröhlich E., Meindl C., Panov V.G., Varaksin A.N. et al. Are in vivo and in vitro assessments of comparative and combined toxicity of the same metallic nanoparticles compatible, or contradictory, or both? A juxtaposition of data obtained in some experiments with NiO and Mn3O4 nanoparticles. Food Chem Toxicol. 2017; 109 (1): 393-404. https://doi.org/10.1016/j.fct.2017.09.032Minigalieva I.A., Bushueva T.V., Fröhlich E., Meindl C., Panov V.G., Varaksin A.N. et al. Are in vivo and in vitro assessments of comparative and combined toxicity of the same metallic nanoparticles compatible, or contradictory, or both? A juxtaposition of data obtained in some experiments with NiO and Mn3O4 nanoparticles. Food Chem Toxicol. 2017; 109 (1): 393–404. https://doi.org/10.1016/j.fct.2017.09.032Dekkers S., Ma-Hock L., Lynch I., Russ M., Miller M.R., Schins R.P.F. et al. Differences in the toxicity of cerium dioxide nanomaterials after inhalation can be explained by lung deposition, animal species and nanoforms. Inhal Toxicol. 2018; 4: 1-14. https://doi.org/10.1080/08958378.2018.1516834Dekkers S., Ma-Hock L., Lynch I., Russ M., Miller M.R., Schins R.P.F. et al. Differences in the toxicity of cerium dioxide nanomaterials after inhalation can be explained by lung deposition, animal species and nanoforms. Inhal Toxicol. 2018; 4: 1–14. https://doi.org/10.1080/08958378.2018.1516834Bazeluk L.Т., Duzbaeva N.М., Khanturina G.R. Temirtau Dust Chronic Exposure on Experimental Animals. European Researcher. 2013; 6 (1): 1618-23.Bazeluk L.Т., Duzbaeva N.М., Khanturina G.R. Temirtau Dust Chronic Exposure on Experimental Animals. European Researcher. 2013; 6 (1): 1618–23.Гонохова М.Н., Бойко Т.В., Ельцова А.А. Сравнительная цитоморфологическая характеристика селезёнки крыс при воздействии пестицидов. Современные проблемы науки и образования. 2013; (6): 1056.Gonohova M.N., Bojko T.V., El’cova A.A. Comparative cytomorphological characteristics of rat spleen exposed by pesticides. Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya. 2013; (6): 1056. (in Russian)Досынбаева Г.Н. Цитоморфологическая оценка клеток бронхоальвеолярного лаважа, печени и желудка при воздействии хлопковой пыли, содержащей фосфорорганические пестициды в эксперименте. International Scientific and Practical Conference. 2016; 3 (5): 22-30.Dosynbaeva G.N. Cytomorphological assessment of bronchoalveolar lavage cells, liver and stomach when exposed to cotton dust, containing a organophosphorus pesticides in the experiment. International Scientific and Practical Conference. 2016; 3 (5): 22–30. (in Russian)Кругликов Г.Г., Суслов В.Б. Особенности функциональной морфологии клеток на отпечатках органов, плёночных препаратах соединительной ткани и мазках крови. Медико-биологические проблемы. 2014; 4: 86-92.Kruglikov G.G., Suslov V.B. Features of the cell’s functional morphology on imprints of organs, film preparations of connective tissue and blood smears. Mediko-biologicheskiye problemy. 2014; 4: 86–92.Абрамов М.Г. Клиническая цитология. Изд. 2-е, испр. и доп. М.: Медицина; 1974. 336 с.Abramov M.G. Clinical cytology [Klinicheskaya tsitologiya. Izd. 2, ispr. i dop.]. Moscow: Meditsina; 1974. 336 p. (in Russian)Bibbo M., Wilbur D. Comprehensive cytopathology. Saunders; 2008. 1136 p.Bibbo M., Wilbur D. Comprehensive cytopathology. Saunders; 2008. 1136 p.Tannenbaum M., Madden J.F., eds. Diagnostic atlas of genitourinary pathology. Philadelphia: Churchill Livingstone Elsevier; 2006. 492 p.Tannenbaum M., Madden J.F., eds. Diagnostic atlas of genitourinary pathology. Philadelphia: Churchill Livingstone Elsevier; 2006. 492 p.Петрова А.С., Птохова М.П. Руководство по цитологической диагностике опухолей человека. М.: Медицина; 1976.Petrova A.S., Ptohova M.P. Guidelines for the cytological diagnosis of human tumors [Rukovodstvo po tsitologicheskoy diagnostike opukholey cheloveka]. Moscow: Meditsina; 1976. (in Russian)Шабалова И.П. Современные возможности и перспективы клинической цитологии. Новости клинической цитологии России. 2014; 1 (1-2): 64.Shabalova I.P. Current opportunities and prospects of clinical cytology. Novosti klinicheskoy tsitologii Rossii. 2014; 1 (1–2): 64. (in Russian)Thompson D.W. Canadian experience in cytology proficiency testing. Acta Cytol. 1989; 33: 484-6Thompson D.W. Canadian experience in cytology proficiency testing. Acta Cytol. 1989; 33: 484–6.Ташкэ К. Введение в количественную цито-гистологическую морфологию. Бухарест: изд-во АН СРР; 1980Tashke K. Introduction to quantitative cytological histological morphology [Vvedeniye v kolichestvennuyu tsito-gistologicheskuyu morfologiyu]. Bucharest: izd-vo AN SRR; 1980. (in Russian)Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Gurvich V.B., Bushueva T.V. et al. Сombined 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 (3): 837. https://doi.org/10.3390/ijms19030837Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Gurvich V.B., Bushueva T.V. et al. Сombined 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 (3): 837. https://doi.org/10.3390/ijms19030837Мильто И.В., Михайлов Г.А., Ратькин А.В., Магаева А.А. Влияние наноразмерных частиц на морфологию внутренних органов мыши при внутривенном введении раствора нанопорошка Fe3O4. Бюллетень сибирской медицины. 2008; 1: 32-6Mil’to I.V., Mihajlov G.A., Rat’kin A.V., Magaeva A.A. The effect of nanosized particles on the morphology of the internal mouse organs during intravenous administration of a nanopowder solution Fe3O4. Byulleten’ sibirskoy meditsiny. 2008; 1: 32–6. (in Russian)Dumala N., Mangalampalli B., Chinde S., Kumari S., Mahoob M., Rahman M. et al. Genotoxicity study of nickel oxide nanoparticles in female Wistar rats after acute oral exposure. Mutagenesis. 2017; 32 (4): 417-27. https://doi.org/10.1093/mutage/gex007Dumala N., Mangalampalli B., Chinde S., Kumari S., Mahoob M., Rahman M. et al. Genotoxicity study of nickel oxide nanoparticles in female Wistar rats after acute oral exposure. Mutagenesis. 2017; 32 (4): 417–27. https://doi.org/10.1093/mutage/gex007Oyabu T., Myojo T., Lee B-W., Okada T., Izumi H., Yoshiura Y. et al. Biopersistence of NiO and TiO2 Nanoparticles Following Intratracheal Instillation and Inhalation. Int J Mol Sci. 2017; 18 (12): 2757. https://doi.org/10.3390/ijms18122757Oyabu T., Myojo T., Lee B-W., Okada T., Izumi H., Yoshiura Y. et al. Biopersistence of NiO and TiO2 Nanoparticles Following Intratracheal Instillation and Inhalation. Int J Mol Sci. 2017; 18 (12): 2757. https://doi.org/10.3390/ijms18122757Pilotti S., Rilke F., Alasio L. et al. The role fine needle aspiration in the assessment of renal masses. Acta Cytol. 1988; 32: 1-10.Pilotti S., Rilke F., Alasio L. et al. The role fine needle aspiration in the assessment of renal masses. Acta Cytol. 1988; 32: 1–10.Van Pelt J.F., Severi T., Crabbe T. et al. Expression of hepatitis C viruscore protein impairs DNA repair in human hepatoma cells. Cancer Lett. 2004; 209: 197-205. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2003.11.035Van Pelt J.F., Severi T., Crabbe T. et al. Expression of hepatitis C viruscore protein impairs DNA repair in human hepatoma cells. Cancer Lett. 2004; 209: 197–205. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2003.11.035Morrison C., Marsh W., Frankel W.L. A comparison of CD10 to pCEA, MOC-31, and hepatocyte for the Distinction of malignant tumors in the liver. Mod Pathol. 2002; 15: 1279-87.Morrison C., Marsh W., Frankel W.L. A comparison of CD10 to pCEA, MOC-31, and hepatocyte for the Distinction of malignant tumors in the liver. Mod Pathol. 2002; 15: 1279–87.Yang G.C.H., Yang G.Y., Tao L.C. Cytologic features and histologic correlations of microacinar and microtrabecular types of well-differentiated hepatocellular carcinoma in fine needle aspiration biopsy. Cancer Cytopathol. 2004; 102: 27-33. https://doi.org/10.1002/cncr.20000Yang G.C.H., Yang G.Y., Tao L.C. Cytologic features and histologic correlations of microacinar and microtrabecular types of well-differentiated hepatocellular carcinoma in fine needle aspiration biopsy. Cancer Cytopathol. 2004; 102: 27–33. https://doi.org/10.1002/cncr.20000Roberts R.A., Ganey P.E., Ju C. et al. Role of the Kupffer cell inmediating hepatic toxicity and carcinogenesis. Toxicol Sci. 2007; 96 (1): 2-15. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfl173Roberts R.A., Ganey P.E., Ju C. et al. Role of the Kupffer cell inmediating hepatic toxicity and carcinogenesis. Toxicol Sci. 2007; 96 (1): 2–15. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfl173Laudadio J., Christiansen L., Mostafa F. et al. The diagnostic utility of the differential cell count of the bronchoalveolar lavage (BAL) fluid in patients with interstitial lung disease. Ca (Ca Cytopath suppl). 2005; 105: 402.Laudadio J., Christiansen L., Mostafa F. et al. The diagnostic utility of the differential cell count of the bronchoalveolar lavage (BAL) fluid in patients with interstitial lung disease. Ca (Ca Cytopath suppl). 2005; 105: 402.Romagosa C., Morente V., Ramirez J.F. et al. Intranuclear inclusions in fine needle aspirates of bronchial low grade mucoepidermoid carcinoma with clear cell change. A report of two cases. Acta Cytol. 2002; 46: 57-60. https://doi.org/10.1159/000326717Romagosa C., Morente V., Ramirez J.F. et al. Intranuclear inclusions in fine needle aspirates of bronchial low grade mucoepidermoid carcinoma with clear cell change. A report of two cases. Acta Cytol. 2002; 46: 57–60. https://doi.org/10.1159/000326717Füezesi L., Höer P.-W., Schmidt W. Exfoliative cytology of multiple endobronchial granular cell tumor. Acta Cytol. 1989; 33: 516-8.Füezesi L., Höer P.-W., Schmidt W. Exfoliative cytology of multiple endobronchial granular cell tumor. Acta Cytol. 1989; 33: 516–8.Tsyrkunov V.M., Andreev V.P., Kravchuc R.I., Prokopchic N.I. Clinical cytology of liver: Cupffer`s cells. Journal of the Grodno State Medical University. 2017; 15 (4): 419-31.Tsyrkunov V.M., Andreev V.P., Kravchuc R.I., Prokopchic N.I. Clinical cytology of liver: Cupffer`s cells. Journal of the Grodno State Medical University. 2017; 15 (4): 419–31.Naito M., Hasegawa G., Takahashi K. Development, differentiation, and maturation of Kupffer cells. Microsc Res Tech. 1997; 39 (4): 350-64.Naito M., Hasegawa G., Takahashi K. Development, differentiation, and maturation of Kupffer cells. Microsc Res Tech. 1997; 39 (4): 350–64.Sutunkova M.P., Solovyeva S.N., Minigalieva I.A., Gurvich V.B., Makeyev O.H., Shur V.Y. et al. Toxic Effects of Low-Level Long-Term Inhalation Exposures of Rats to Nickel Oxide Nanoparticles. Int J Mol Sci. 2019; 20 (7): 1778. https://doi.org/10.3390/ijms20071778Sutunkova M.P., Solovyeva S.N., Minigalieva I.A., Gurvich V.B., Makeyev O.H., Shur V.Y. et al. Toxic Effects of Low-Level Long-Term Inhalation Exposures of Rats to Nickel Oxide Nanoparticles. Int J Mol Sci. 2019; 20 (7): 1778. https://doi.org/10.3390/ijms20071778Zigmond E. et al. Infiltrating monocyte-derived macrophages and resident kupffer cells display different ontogeny and functions in acute liver injury. J Immunol. 2014; 193 (1): 344-53. https://doi.org/10.4049/jimmunol.1400574.Zigmond E. et al. Infiltrating monocyte-derived macrophages and resident kupffer cells display different ontogeny and functions in acute liver injury. J Immunol. 2014; 193 (1): 344–53. https://doi.org/10.4049/jimmunol.1400574Шевалдин А.Г. Резидентные макрофаги печени и клинико-лабораторные показатели при хроническом гепатите С. Актуальные вопросы инфекционной патологии. Материалы всерос. науч. конф. молодых учёных с международным участием. СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова. СПб., 2009. 34 с.Shevaldin A.G. Resident liver macrophages and clinical and laboratory parameters in chronic hepatitis C. Aktual’nye voprosy infekcionnoj patologii. Materials of the All-Russian scientific conference of young scientists with international participation. SPbGMU named after Acad. I.P. Pavlov. St. Petersburg, 2009. p. 34.Элбакидзе Г.М. Механизмы протекторного действия активированных эндотоксином клеток Купфера на гепатоциты. Вестник РАМН. 2012; 5: 48-54.Elbakidze G.M. Mechanisms of the protective action of Kupffer cells activated by endotoxin on hepatocytes. Vestnik RAMN. 2012; 5: 48–54.Лямина С.В., Малышев И.Ю., Малышев И.Ю. Поляризация макрофагов в современной концепции формирования иммунного ответа. Фундаментальные исследования. 2014; 10 (5): 930-5.Lyamina S.V., Malyshev I.Yu., Malyshev I.Yu. Macrophage polarization in the modern concept of the immune response formation. Fundamental’nyye issledovaniya. 2014; 10 (5): 930–5.Lee S., Hwang S-H., Jeong J., Han Y., Kim S.-H., Lee D-K. et al. Nickel oxide nanoparticles can recruit eosinophils in the lungs of rats by the direct release of intracellular eotaxin. Part Fibre Toxicol. 2016; 13: 30. https://doi.org/10.1186/s12989-016-0142-8Lee S., Hwang S-H., Jeong J., Han Y., Kim S.-H., Lee D-K. et al. Nickel oxide nanoparticles can recruit eosinophils in the lungs of rats by the direct release of intracellular eotaxin. Part Fibre Toxicol. 2016; 13: 30. https://doi.org/10.1186/s12989-016-0142-8Radauer-Preiml I., Andosch A., Hawranek T., Luetz-Meindl U., Wiederstein M., Horejs-Hoeck. J. Nanoparticle-allergen interactions mediate human allergic responses: protein corona characterization and cellular responses. Part Fibre Toxicol. 2016; 13: 3. https://doi.org/10.1186/s12989-016-0113-0Radauer-Preiml I., Andosch A., Hawranek T., Luetz-Meindl U., Wiederstein M., Horejs-Hoeck. J. Nanoparticle-allergen interactions mediate human allergic responses: protein corona characterization and cellular responses. Part Fibre Toxicol. 2016; 13: 3. https://doi.org/10.1186/s12989-016-0113-0

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