medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2025-104-6-761-766bwrzirmedlit-5020Research ArticleПРОФИЛАКТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕPREVENTIVE TOXICOLOGY AND HYGIENIC STANDARTIZATIONБиологические эффекты нанокомпозита Fe3O4АГ при подостром воздействии на организм белых крысBiological effect of the Fe3O4AG nanocomposite upon subacute exposure to the body in white ratshttps://orcid.org/0000-0002-0665-8060ТитовЕвгений АлексеевичTitovEvgeny A.

Канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ ВСИМЭИ, 665827, Ангарск, Россия

e-mail: G57097@yandex.ru

PhD (Biology), senior researcher of the Laboratory of biomodelling and translational medicine of the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation

e-mail: G57097@yandex.ru

G57097@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6100-6292НовиковМихаил АлександровичNovikovMikhail A.

Канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ ВСИМЭИ, 665827, Ангарск, Россия

e-mail: novik-imt@mail.ru

PhD (Biology), senior researcher of the Laboratory of biomodelling and translational medicine, East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation

e-mail: novik-imt@mail.ru

novik-imt@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1052-4601СоседоваЛариса МихайловнаSosedovaLarisa M.

Доктор мед. наук, профессор, зав. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ ВСИМЭИ, 665827, Ангарск, Россия

e-mail: sosedlar@mail.ru

DSc (Medicine), Prof., head of the Laboratory of biomodelling and translational medicine of the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation

e-mail: sosedlar@mail.ru

sosedlar@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9406-5424АбрамоваВера АлександровнаAbramovaVera A.

Канд. фарм. наук, ст. науч. сотр. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ ВСИМЭИ, 665827, Ангарск, Россия

e-mail: tyutrina.v.a@yandex.ru

PhD (Pharmacology), senior researcher of the Laboratory of biomodelling and translational medicine of the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation

e-mail: tyutrina.v.a@yandex.ru

tyutrina.v.a@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6012-0173ПанковаАнна АлександровнаPankovaAnna A.

Мл. науч. сотр. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ ВСИМЭИ, 665827, Ангарск, Россия

e-mail: nyuta.pankova.96@mail.ru

Junior research officer of the Laboratory of biomodelling and translational medicine of the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation

e-mail: anna.tropnikova.96@bk.ru

nyuta.pankova.96@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8165-8052ВокинаВера АлександровнаVokinaVera A.

Канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ ВСИМЭИ, 665827, Ангарск, Россия

e-mail: vokina.vera@gmail.com

PhD (Biology), senior researcher of the Laboratory of biomodelling and translational medicine of the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation

e-mail: vokina.vera@gmail.com

vokina.vera@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0876-2304ЛисецкаяЛюдмила ГавриловнаLisetskayaLyudmila G.

Канд. биол. наук, науч. сотр. лаб. аналитической экотоксикологии и биомониторинга ФГБНУ ВСИМЭИ, 665827, Ангарск, Россия

e-mail: lis_lu154@mail.ru

PhD (Biology), senior researcher of the Laboratory of analytical ecotoxicology and biomonitoring, East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation

e-mail: lis_lu154@mail.ru

lis_lu154@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4532-1372АлександроваГалина ПетровнаAleksandrovaGalina P.

Канд. хим. наук, ст. науч. сотр., вед. науч. сотр., ИрИХ СО РАН, 664033, Иркутск, Россия

e-mail: alexa@irioch.irk.ru

PhD (Chemistry), senior researcher, leading researcher, A.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry, Irkutsk, 664033, Russian Federation

e-mail: alexa@irioch.irk.ru

alexa@irioch.irk.ruФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»РоссияEast-Siberian Institute of Medical and Ecological ResearchRussian FederationФГБУН «Иркутский институт химии имени А.Е. Фаворского» СО РАНРоссияA.E. Favorsky Irkutsk Institute of ChemistryRussian Federation2025140820251046761766Copyright © Титов Е.А., Новиков М.А., Соседова Л.М., Абрамова В.А., Панкова А.А., Вокина В.А., Лисецкая Л.Г., Александрова Г.П., 20252025Титов Е.А., Новиков М.А., Соседова Л.М., Абрамова В.А., Панкова А.А., Вокина В.А., Лисецкая Л.Г., Александрова Г.П.Titov E.A., Novikov M.A., Sosedova L.M., Abramova V.A., Pankova A.A., Vokina V.A., Lisetskaya L.G., Aleksandrova G.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.rjhas.ru/jour/article/view/5020Введение

Введение. В настоящее время магнитные наночастицы оксидов железа широко применяются во многих отраслях человеческой деятельности. Среди производственных технологий наибольшую опасность представляют металлургическое производство, выплавка и резка металла на сталелитейных комбинатах, электродуговая и газовая сварка, при которых образуется значительное количество наночастиц оксидов металлов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Самцам белых крыс перорально вводили в течение 10 дней водный раствор Fe3O4АГ (наночастицы оксида железа, стабилизированные полимером арабиногалактаном) в дозах 500 мкг/кг. По окончании экспозиции животных декапитировали под лёгким эфирным наркозом. Отбирали кровь, головной мозг, печень и почки для биохимического, гистологического анализа, а также исследования генотоксических свойств методом ДНК-комет.

Результаты

Результаты. Выявлено снижение содержания гемоглобина на единицу крови, снижение общего числа нейронов в тканях головного мозга, изменение площади камеры почечных клубочков и повреждение ДНК в клетках крови.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Исследованы биохимические показатели периферической крови, проведён гистологический анализ тканей головного мозга, печени и почек, а также изучены генотоксические эффекты при воздействии на самцов белых крыс Fe3O4АГ в дозах 500 мкг/кг на следующие сутки после десятидневной экспозиции.

Заключение

Заключение. Биологический эффект Fe3O4АГ характеризуется снижением количества гемоглобина, фрагментацией ДНК в ядросодержащих клетках крови, расширением площади камеры почечных клубочков коркового вещества почки и снижением общего числа нейронов сенсомоторной коры головного мозга.

Соблюдение этических стандартов. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБНУ ВСИМЭИ (протокол № 1 от 18.12.2017 г.), проведено в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS N 123), директивой Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/63/EC от 22.09.2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей.

Участие авторов

Участие авторов: Титов Е.А. – концепция и дизайн исследования, проведение гистологических исследований, сбор и обработка данных, статистическая обработка данных, написание текста, редактирование; Новиков М.А. – концепция и дизайн исследования, проведение внутрижелудочного введения препарата; Соседова Л.М. – концепция и дизайн исследования, редактирование; Абрамова В.А. – проведение исследования генотоксичности препарата; Панкова А.А. – проведение внутрижелудочного введения и гистологического исследования; Вокина В.А. – проведение биохимических исследований; Лисецкая Л.Г. – проведение оценки содержания препарата в органах; Александрова Г.П. – синтез и исследование физико-химических свойств нанокомпозита. Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех её частей.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Работа выполнена по плану НИР в рамках государственного задания.

Поступила

Поступила: 17.02.2025 / Поступила после доработки: 07.04.2025 / Принята к печати: 26.06.2025 / Опубликована: 31.07.2025

Introduction

Introduction. Currently, magnetic nanoparticles of iron oxides are widely used in many branches of human activity. Among the production technologies, the most dangerous are metallurgical production, electric arc and gas welding, metal smelting and cutting at steel mills, during which metal oxide nanoparticles are formed in significant quantities.

Materials and methods

Materials and methods. Male white rats were orally introduced for 10 days with an aqueous solution of Fe3O4AG (iron oxide nanoparticles stabilized with the polymer arabinogalactan) at doses of 500 µg/kg. After the end of the exposure, the animals were decapitated under light ether anesthesia. Blood, brain, liver, and kidneys were taken for biochemical, histological, and genotoxic analysis using the DNA comet method.

Results

Results. Studies have shown a decrease in the amount of hemoglobin per unit of blood, a decrease in the total number of neurons in brain tissue, an increase in the area of the renal glomeruli chamber and an increase in DNA damage in nucleated blood cells.

Limitations

Limitations. The experiment is limited to the study of biochemical parameters of peripheral blood, histological analysis of brain, liver and kidney tissue, as well as the study of the effect of iron oxide nanocomposite at doses of 500 µg/kg on male white rats the next day after a ten-day exposure.

Conclusion

Conclusion. The biological effect of iron oxide nanocomposite is characterized by a decrease in the amount of hemoglobin, DNA fragmentation in nucleated blood cells, an expansion of the chamber area of the renal glomeruli of the renal cortex, and a decrease in the total number of neurons in the sensorimotor cortex.

Compliance with ethical standards. The study was approved by the local Ethics Committee of the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation (Protocol No. 1 dated December 18, 2017), conducted in accordance with the European Convention for the Protection of Vertebrate Animals Used for Experiments or Other Scientific Purposes (ETS N 123), Directive of the European Parliament and of the Council of the European Union 2010/63/EC dated September 22, 2010 on the protection of animals used for for scientific purposes.

Contribution

Contribution: Titov E.A. – concept and design of the study, conducting histological examinations, data collection and processing, statistical data processing, writing, editing; Neighbor L.M. – concept and design of the study, editing; Novikov M.A. – concept and design of the study, conducting intragastric drug administration; Pankova A.A. – conducting intragastric administration and histological examination; Abramova V.A. – conducting a study of the genotoxicity of the drug; Vokina V.A. – conducting biochemical studies; Lisetskaya L.G. – assessment of the drug content in organs; Alexandrova G.P. – synthesis and investigation of the physico-chemical properties of the nanocomposite.All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Funding

Funding. The work was carried out according to the research plan within the framework of the state assignment.

Received

Received: February 17, 2025 / Revised: April 7, 2025 / Accepted: June 26, 2025 / Published: July 31, 2025

нанокомпозитоксид железаголовной мозггенотоксичностьnanocompositeiron oxidebraingenotoxicityReferencesCornell R.M., Schwertmann U. The Iron Oxides. Weinheim: Wiley-VCH; 2003.Cornell R.M., Schwertmann U. The Iron Oxides. Weinheim: Wiley-VCH; 2003.Wu C.Y., Chen Y.C. Riboflavin immobilized Fe3O4 magnetic nanoparticles carried with n-butylidenephthalide as targeting-based anticancer agents. Artif. Cells Nanomed. Biotechnol. 2019; 47(1): 210–20. https://doi.org/10.1080/21691401.2018.1548473Wu C.Y., Chen Y.C. Riboflavin immobilized Fe3O4 magnetic nanoparticles carried with n-butylidenephthalide as targeting-based anticancer agents. Artif. Cells Nanomed. Biotechnol. 2019; 47(1): 210–20. https://doi.org/10.1080/21691401.2018.1548473Lugert S., Unterweger H., Mühlberger M., Janko C., Draack S., Ludwig F., et al. Cellular effects of paclitaxel-loaded iron oxide nanoparticles on breast cancer using different 2D and 3D cell culture models. Int. J. Nanomedicine. 2018; 14: 161–80. https://doi.org/10.2147/IJN.S187886Lugert S., Unterweger H., Mühlberger M., Janko C., Draack S., Ludwig F., et al. Cellular effects of paclitaxel-loaded iron oxide nanoparticles on breast cancer using different 2D and 3D cell culture models. Int. J. Nanomedicine. 2018; 14: 161–80. https://doi.org/10.2147/IJN.S187886Zhang L., Jin R., Sun R., Du L., Liu L., Zhang K., et al. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles as magnetic resonance imaging contrast agents and induced autophagy response in endothelial progenitor cells. J. Biomed. Nanotechnol. 2019; 15(2): 396–404. https://doi.org/10.1166/jbn.2019.2689Zhang L., Jin R., Sun R., Du L., Liu L., Zhang K., et al. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles as magnetic resonance imaging contrast agents and induced autophagy response in endothelial progenitor cells. J. Biomed. Nanotechnol. 2019; 15(2): 396–404. https://doi.org/10.1166/jbn.2019.2689Xie L., Jin W., Chen H., Zhang Q. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles for cancer diagnosis and therapy. J. Biomed. Nanotechnol. 2019; 15(2): 215–416. https://doi.org/10.1166/jbn.2019.2678Xie L., Jin W., Chen H., Zhang Q. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles for cancer diagnosis and therapy. J. Biomed. Nanotechnol. 2019; 15(2): 215–416. https://doi.org/10.1166/jbn.2019.2678Zanganeh S., Ho J.Q., Aieneravaie M. Chapter 9 – Drug Delivery. In: Iron Oxide Nanoparticles for Biomedical Applications. Elsevier; 2018: 247–71. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101925-2.00008-5Zanganeh S., Ho J.Q., Aieneravaie M. Chapter 9 – Drug Delivery. In: Iron Oxide Nanoparticles for Biomedical Applications. Elsevier; 2018: 247–71. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101925-2.00008-5Zaytseva M.P., Muradova A.G., Sharapaev A.I., Yurtov E.V., Grebennikov I.S., Savchenko A.G. Fe304/Si02 core shell nanostructures: preparation and characterization. Russ. J. Inorg. Chem. 2018; 63: 1684–8. https://doi.org/10.1134/s0036023618120239Zaytseva M.P., Muradova A.G., Sharapaev A.I., Yurtov E.V., Grebennikov I.S., Savchenko A.G. Fe304/Si02 core shell nanostructures: preparation and characterization. Russ. J. Inorg. Chem. 2018; 63: 1684–8. https://doi.org/10.1134/s0036023618120239Miao C., Yang L., Wang Z., Luoa W., Li H., Luo P., et al. Lipase immobilization on amino-silane modified superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles as biocatalyst for biodiesel production. Fuel. 2018; 224: 774–82. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.02.149Miao C., Yang L., Wang Z., Luoa W., Li H., Luo P., et al. Lipase immobilization on amino-silane modified superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles as biocatalyst for biodiesel production. Fuel. 2018; 224: 774–82. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.02.149Цурин В.А., Ермаков А.Е., Уймин М.А., Мысик А.А., Щеголева Н.Н., Гавико В.С. и др. Синтез, структура и магнитные свойства наночастиц железа и никеля, капсулированных в углерод. Физика твердого тела. 2014; 56(2): 287–300. https://elibrary.ru/ryizhdTsurin V.A., Yermakov A.Y., Uimin M.A., Mysik A.A., Shchegoleva N.N., Gaviko V.S., et al. Synthesis, structure, and magnetic properties of iron and nickel nanoparticles encapsulated into carbon. Physics of the Solid State. 2014; 56(2): 287–300. https://doi.org/10.1134/S1063783414020309 https://elibrary.ru/skmkvxChen Z., Geng Z., Tao T., Wang Z. Shape-controlled synthesis of Fe3O4 rhombic dodecahedrons and nanodiscs. Mater. Lett. 2014; 117: 10–3. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2013.11.076Chen Z., Geng Z., Tao T., Wang Z. Shape-controlled synthesis of Fe3O4 rhombic dodecahedrons and nanodiscs. Mater. Lett. 2014; 117: 10–3. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2013.11.076Leonenko N.S., Demetska O.V., Leonenko O.B. Changes in concentrations of nanoparticles in working air under production environment over time. Ukrainian Journal Of Modern Problems Of Toxicology. 2019; (1): 53–61. https://elibrary.ru/essgfwLeonenko N.S., Demetska O.V., Leonenko O.B. Changes in concentrations of nanoparticles in working air under production environment over time. Ukrainian Journal Of Modern Problems Of Toxicology. 2019; (1): 53–61. https://elibrary.ru/essgfwСутункова М.П. Экспериментальные данные и методические соображения к обоснованию предельно допустимой концентрации железо-оксидных наночакстиц в воздухе рабочей зоны. Токсикологический вестник. 2016; (6): 11–7.Sutunkova M.P. Experimental data and methodological considersations for justification of iron oxide nanoparticles maximum allowable concentration in occupsational air. Toksikologicheskii vestnik. 2016; (6): 11–7. (in Russian)Зайцева Н.В., Уланова Т.С., Злобина А.В., Волкова М.В., Гилева М.И. Исследования наноразмерных частиц в составе промышленных аэрозолей и взвешенных веществ в воздухе рабочей зоны. Токсикологический вестник. 2017; (1): 20–6. https://doi.org/10.36946/0869-7922-2017-1-20-26 https://elibrary.ru/yfqfktZaitseva N.V., Ulanova T.S., Zlobina A.V., Volkova M.V., Gileva M.I. Investigations into nanoscale particles as part of industrial aerosols and particulate matter in the air of working area. Toksikologicheskii vestnik. 2017; (1): 20–6. https://doi.org/10.36946/0869-7922-2017-1-20-26 https://elibrary.ru/yfqfkt (in Russian)Титов Е.А., Соседова Л.М., Новиков М.А. Альтерация ткани головного мозга белых крыс, индуцированная воздействием нанокомпозита серебра, инкапсулированного на полимерной матрице. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2015; 59(4): 41–4. https://elibrary.ru/vxpoinTitov E.A., Sosedova L.M., Novikov M.A. Alteration of white rats brain tissue inducted by assessment of silver nanocomposite incapsulated in polymer matrix. Patologicheskaya fiziologiya i eksperimental’naya terapiya. 2015; 59(4): 41–4. https://elibrary.ru/vxpoin (in Russian)Коржевский Д.Э. Краткое изложение основ гистологической техники для врачей и лаборантов-гистологов. СПб.: Кроф; 2005. https://elibrary.ru/rwxfhfKorzhevskii D.E. Summary of the Basics of Histological Technique for Doctors and Laboratory Technicians [Kratkoe izlozhenie osnov gistologicheskoi tekhniki dlya vrachei i laborantov-gistologov]. St. Petersburg: Krof; 2005. https://elibrary.ru/rwxfhf (in Russian)Полозюк О.Н., Ушакова Т.М. Гематология: учебное пособие. Персиановский; 2019.Polozyuk O.N., Ushakova T.M. Hematology: a Textbook [Gematologiya: uchebnoe posobie]. Persianovskii; 2019. (in Russian)Дурнев А.Д., Жанатаев А.К., Анисина Е.А., Сиднева Е.С., Никитина В.А., Оганесянц Л.А. и др. Методические рекомендации. Применение метода щелочного гель-электрофореза изолированных клеток для оценки генотоксических свойств природных и синтетических соединений. М.; 2006. https://elibrary.ru/sevvqtDurnev A.D., Zhanataev A.K., Anisina E.A., Sidneva E.S., Nikitina V.A., Oganesyants L.A., et al. Methodological recommendations. The use of alkaline gel electrophoresis of isolated cells to evaluate the genotoxic properties of natural and synthetic compounds. Moscow; 2006. https://elibrary.ru/sevvqt (in Russian)Медведева С.А., Александрова Г.П., Грищенко Л.А., Тюкавкина Н.А., Четверикова Т.Д., Красникова И.М. и др. Средство, обладающее противоанемической и иммуномодуляторной активностью. Патент РФ № 2208440 C2; 2003.Medvedeva S.A., Aleksandrova G.P., Grishchenko L.A., Tyukavkina N.A., Chetverikova T.D., Krasnikova I.M., et al. A drug with antianemic and immunomodulatory activity. Patent RF № 2208440 C2; 2003. (in Russian)Николаев А.А., Белопасов В.В. Ферроптоз в патогенезе опухолей головного мозга. Клиническая практика. 2022; 13(4): 68–73. https://doi.org/10.17816/clinpract114787 https://elibrary.ru/qqxmspNikolaev A.A., Belopasov V.V. Ferroptosis in the pathogenesis of brain tumors. Klinicheskaya praktika. 2022; 13(4): 68–73. https://doi.org/10.17816/clinpract114787 https://elibrary.ru/qqxmsp (in Russian)Александрова Г.П., Красникова И.М., Грищенко Л.А., Медведева С.А., Четверикова Т.Д. Синтез и антианемическая активность наноразмерного биокомпозита ферроарабиногалактана. Химия растительного сырья. 2010; (3): 37–42. https://elibrary.ru/mxsevlAleksandrova G.P., Krasnikova I.M., Grishchenko L.A., Medvedeva S.A., Chetverikova T.D. Synthesis and antianemic activity of a nanoscale ferroarabinogalactane biocomposite. Khimiya rastitel‘nogo syr‘ya. 2010; (3): 37–42. https://elibrary.ru/mxsevl (in Russian)Doak S.H., Dusinska M. NanoGenotoxicology: present and the future. Mutagenesis. 2017; 32(1): 1–4. https://doi.org/10.1093/mutage/gew066Doak S.H., Dusinska M. NanoGenotoxicology: present and the future. Mutagenesis. 2017; 32(1): 1–4. https://doi.org/10.1093/mutage/gew066Тютрина В.А., Соседова Л.М., Новиков М.А. Анализ генотоксичности нанокомпозита железа арабиногалактана методом ДНК-комет. Гигиена и санитария. 2024; 103(10): 1251–6. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2024-103-10-1251-1256 https://elibrary.ru/ngqwicTyutrina V.A., Sosedova L.M., Novikov M.A. Analysis of the genotoxicity of iron nanocomposite arabinogalactan using the DNA comet method. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2024; 103(10): 1251–6. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2024-103-10-1251-1256 https://elibrary.ru/ngqwic (in Russian)

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