Исследование особенностей бионакопления и патоморфологических изменений тканей органов крыс при однократной ингаляционной экспозиции наночастицами оксида молибдена (VI) в сравнении с микродисперсным аналогом

Введение. Наночастицы оксида молибдена (VI) (НЧ МоО₃) применяются в производстве нанооптики, продукции электрохимической, текстильной и химической промышленности. В настоящее время также рассматривается возможность их применения в сферах нефтепереработки и наноэлектроники. Расширение спектра применения НЧ МоО₃ может привести к загрязнению атмосферного воздуха, экспозиции населения и развитию негативных эффектов, вызванных токсическими свойствами данного наноматериала. В связи с этим возникает необходимость изучения токсичности НЧ МоО₃ при ингаляционном пути поступления в организм.

Материалы и методы. Установлены размер, площадь поверхности и суммарный объём пор НЧ МоО₃. Проведено исследование бионакопления и патоморфологических изменений тканей органов крыс после однократной ингаляционной экспозиции НЧ МоО₃ сравнительно с микроразмерным химическим аналогом.

Результаты. Размер наночастиц (НЧ) составил 662,5 нм, что в 5,15 раза меньше микрочастиц (МЧ) (3410 нм). Площадь поверхности наноматериала — 3,66 м²/г, что в 1,17 раза больше МЧ (3,14 м²/г); общий объём пор, находящихся на поверхности НЧ, составил 0,0133 см³/г, что превышает данный параметр у МЧ в 1,18 раза (0,0113 см³/г). Не установлено увеличения концентрации молибдена в сердце, лёгких, печени, почках и головном мозге крыс через 14 сут после однократной ингаляционной экспозиции НЧ и МЧ МоО₃. Установлены патоморфологические изменения в тканях лёгких, головного мозга и печени экспонированных крыс. Более выраженное токсическое действие НЧ в сравнении с МЧ проявляется в остром полнокровии и развитии реактивных фолликулов в лёгких.

Ограничения исследования. Исследование выполнено только при однократном ингаляционном введении НЧ МоО₃ и МЧ МоО₃ на крысах линии Wistar.

Заключение. Тестируемый материал является продуктом наноиндустрии. При однократной ингаляционной экспозиции не обладает бионакоплением. Вызывает более выраженные патоморфологические изменения тканей лёгких в сравнении с микроматериалом. Полученные результаты необходимо учитывать при разработке мер профилактики для работников и населения, подвергающихся воздействию НЧ МоО₃, и совершенствовании методологии гигиенического нормирования новых химических веществ.

Соблюдение этических стандартов. Исследование выполнено в соответствии с Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных или в иных научных целях (ETS № 123), и требованиями Этического комитета ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» (Протокол № 1 от 15.01.2021 г.).

Участие авторов:
Зайцева Н.В. — концепция и дизайн исследования, статистическая обработка материала, редактирование;
Землянова М.А. — концепция и дизайн исследования, обработка материала, написание текста;
Степанков М.С. — сбор материала, написание текста;
Игнатова А.М., Николаева А.Е. — обработка материала.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

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

Финансирование. Исследование выполнено за счёт федерального бюджета.

Поступила: 11.04.2022 / Принята к печати: 08.06.2022 / Опубликована: 26.06.2022

1. Бандман А.Л., Волкова Н.В., Грехова Т.Д., Гудзовский Г.А., Давыдова В.И., Дворкин Э.Л. и др. Вредные химические вещества. Неорганические соединения V-VIII групп: Справочное издание. Ленинград: Химия; 1989

2. Stone V., Miller M.R., Clift M.J.D., Elder A., Mills N.L., Møller P., et al. Nanomaterials versus ambient ultrafine particles: an opportunity to exchange toxicology knowledge. Environ. Health Perspect. 2017; 125(10): 106002. https://doi.org/10.1289/EHP424

3. Smita S., Gupta S.K., Bartonova A., Dusinska M., Gutleb A.C., Rahman Q. Nanoparticles in the environment: assessment using the casual diagram approach. Environ. Health. 2012; 11(Suppl. 1): 1-11. https://doi.org/10.1186/1476-069X-11-S1-S13

4. Rönkkö T., Timonen H. Overview of sources and characteristics of nanoparticles in urban traffic-influenced areas. J. Alzheimer’s Dis. 2019; 72(1): 15-28. https://doi.org/10.3233/JAD-190170

5. Sukhanova A., Bozrova S., Sokolov P., Berestovoy M., Karaullov A., Nabiev I. Dependence of nanoparticle toxicity on their physical and chemical properties. Nanoscale Res. Lett. 2018; 13(44): 1-21. https://doi.org/10.1186/s11671-018-2457-x

6. Khan Ib., Saeed K., Khan Id. Nanoparticles: properties, applications and toxicities. Arabian J. Chem. 2019; 12(7): 908-31. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2017.05.011

7. Паренаго О.П., Бакунин В.Н., Кузьмина Г.Н., Суслов А.Ю., Веденеева Л.М. Наночастицы сульфидов молибдена - новый класс добавок к углеводородным смазочным материалам. Доклады академии наук. 2002; 383(1): 84-6

8. Sobańska Z., Zapór L., Szparaga M., Stȩpnik M. Biological effects of molybdenum compounds in nanosized forms under in vitro and in vivo conditions.Int. J. Occup. Med. Environ. Health. 2020; 33(1): 1-19. https://doi.org/10.13075/ijomeh.1896.01411

9. Lee S.H., Kim Y.H., Deshpande R., Parilla P.A., Whitney E., Gillaspie D., et al. Reversible lithium-ion insertion in molybdenum oxide nanoparticles. Adv. Mater. 2008; 20(19): 3627-32. https://doi.org/10.1002/adma.200800999

10. Indrakumar J., Korrapati P.S. Steering efficacy of nano molybdenum towards cancer: Mechanism of action. Biolog. Trace Element Res. 2020; 194(1): 121-34. https://doi.org/10.1007/s12011-019-01742-2

11. Božinović K., Nestić D., Centra U.G., Ambriović-Ristov A., Dekanić A., de Bisschop L., et al. In-vitro toxicity of molybdenum trioxide nanoparticles on human keratinocytes. Toxicology. 2020; 444: 15264. https://doi.org/10.1016/j.tox.2020.152564

12. Tran T.A., Krishnamoorthy K., Song Y.W., Cho S.K., Kim S.J. Toxicity of nano molybdenum trioxide toward invasive breast cancer cells. ACS Appl. Mater.Interfaces. 2014; 6(4): 2980-6. https://doi.org/10.1021/am405586d

13. Assadi F., Amirmoghadami H.R., Shamseddin M., Nedaei K., Heidari A. Effect of molybdenum trioxide nanoparticles (MoO3 NPs) on thyroid hormones in female rats. J. Human Environ. Health Prom. 2016; 1(4): 189-95. https://doi.org/10.29252/jhehp.1.4.189

14. Сизова Е.А., Мирошников С.А., Калашников В.В. Цитоморфологические и биохимические показатели крыс линии Wistar под влиянием молибденсодержащих наночастиц. Сельскохозяйственная биология. 2016; 51(6): 929-36. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2016.6.929rus

15. Fazelipour S., Assadi F., Tootian Z., Sheibani M.T., Dahmardeh M., Zentabvar O., et al. Effect of molybdenum trioxide nanoparticles on histological changes of uterus and biochemical parameters of blood serum in rat.Comparative Clin. Pathol. 2020; 29(6): 991-9. https://doi.org/10.1007/s00580-020-03137-5

16. Гмошинский И.В., Багрянцева О.В., Хотимченко С.А. Токсиколого-гигиеническая оценка наночастиц диоксида титана в составе пищевой добавки Е171 (обзор данных литературы и метаанализ). Анализ риска здоровью. 2019; (2): 145-63. https://doi.org/10.21668/health.risk/2019.2.17

17. Гмошинский И.В., Багрянцева О.В., Арнаутов О.В., Хотимченко С.А. Наноглины в пищевой продукции: польза и возможные риски (обзор литературы). Анализ риска здоровью. 2020; (1): 142-64. https://doi.org/10.21668/health.risk/2020.1.16

18. Гмошинский И.В., Хотимченко С.А. Оценка риска никельсодержащих наноматериалов: характеристика опасности in vivo. Анализ риска здоровью. 2021; (3): 177-91. https://doi.org/10.21668/health.risk/2021.3.18

19. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. Пер. с англ. М.: Мир; 1984.

20. Barrett E.P., Joyner L.G., Halenda P.P. The determination of pore volume and area distributions in porous substances. I.Computations from nitrogen isotherms. J. Am. Chem. Soc. 1951; 73: 373-80.

21. Kapp Jr. R.W. Molybdenum. In: Encyclopedia of toxicology (Third edition). Elsevier Inc.; 2014: 383-8.

22. Lebedev S., Yasheva E., Galaktionova L., Sizova E. Impact of molybdenum nanoparticles on survival, activity of enzymes, and chemical elements in Eisenia fetida using test on artificial substrata. Environ. Sci. Pollution Res.Internat. 2016; 23(18): 18099-110. https://doi.org/10.1007/s11356-016-6916-6

23. Pham-Huy L.A., He H., Pham-Huy C. Free radicals, antioxidants in disease and health.Internat. J. Biomed. Sci. 2008; 4(2): 89-96.

24. Phanindra A., Jestadi D.B., Periyasamy L. Free radicals: properties, sources, targets, and their implication in various diseases. Indian J. Clin. Biochem. 2015; 30(1): 11-26. https://doi.org/10.1007%2Fs12291-014-0446-0

25. Sirajuddin A., Raparia K., Lewis V.A., Franks T.J., Dhand S., Galvin J.R., et al. Primary pulmonary lymphoid lesions: radiologic and pathologic findings. Radiographics. 2016; 36(1): 53-70. https://doi.org/10.1148/rg.2016140339

26. Kaptein F.H.J., Kroft L.J.M., Hammerschlag G., Ninaber M.K., Bauer M.P., Huisman M.V., et al. Pulmonary infarction in acute pulmonary embolism. Thromb. Res. 2021; 202: 162-9. https://doi.org/10.1016/j.thromres.2021.03.022

27. Overview of vasculitis. MSD Manual professional version. Available at: https://www.msdmanuals.com/professional/musculoskeletal-and-connective-tissue-disorders/vasculitis/overview-of-vasculitis

28. Fuller G., Manford M. Subarachnoid hemorrhage. In: Neurology (Third edition). Elsevier Inc; 2010: 72-3.

29. Струков А.И., Серов В.В. Патологическая анатомия: учебник. М.: Литтерра; 2010.

30. Малова И.Ю. Общее учение о дистрофиях (методическое пособие). Майкоп; 2014.

31. Цыркунов В.М., Прокопчик Н.И., Андреев В.П., Кравчук Р.И. Клиническая морфология печени: дистрофии. Гепатология и гастроэнтерология. 2017; 1(2): 140-51.

32. Braydich-Stolle L., Hussain S., Schlager J.J., Hoffman M.C. In vitro cytotoxicity of nanoparticles in mammalian germline stem cells. Toxicol. Sci. 2005; 88(2): 412-9. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfi256

33. Abdelhalim M.A.K., Jarrar B.M. Gold nanoparticles induced cloudy swelling to hydropic degeneration, cytoplasmic hyaline vacuolation, polymorphism, binucleation, karyopyknosis, karyolysis, karyorrhexis and necrosis in the liver. Lipids Health Dis. 2011; 10: 166. https://doi.org/10.1186/1476-511X-10-166