Влияние перорально вводимых одностенных углеродных нанотрубок на интегральные и биохимические показатели крыс Wistar

Введение. Одностенные углеродные нанотрубки (ОСУНТ) могут воздействовать на организм человека в результате их использования в упаковочных материалах, стимуляторах роста с/х растений и перспективных агрохимикатах. Целью работы явилось изучение влияния ОСУНТ на крыс при пероральном введении в течение 92 суток.

Материал и методы. ОСУНТ диспергировали ультразвуком в воде с 1% неионогенного ПАВ Tween-20. По данным динамического рассеяния света, электронной микроскопии и комбинационного светорассеяния в образце присутствовали как свободные, так и частично агрегированные ОСУНТ. Эксперимент проведён на пяти группах растущих самцов крыс Wistar. Дисперсию ОСУНТ добавляли к питьевой воде в дозе 0 (контроль); 0,01; 0,1; 1,0 и 10,0 мг/кг массы тела (м. т) для групп 1–5 соответсвенно. Изучали уровень тревожности и когнитивную функцию в тесте условного рефлекса пассивного избегания (УРПИ); определяли массу внутренних органов, проницаемость стенки тонкой кишки для макромолекул овальбумина, биохимические показатели сыворотки крови, активность глутатионпероксидазы, содержание небелковых тиолов в печени, экскрецию с мочой 8-гидрокси-2’-дезоксигуанозина (8-oxo-G) и селена. 

Результаты. Под действием ОСУНТ наблюдали достоверные изменения содержания в сыворотке крови общего белка, мочевой кислоты, триглицеридов, холестерина, активности аспартатаминотрансферазы, относительной массы печени, а также снижение проницаемости стенки кишки для макромолекул белка. Отмечались повышение экскреции 8-oxo-G, снижение активности глутатионпероксидазы, содержания глутатиона в печени, показателя обеспеченности селеном. Большинство из вышеперечисленных эффектов в большей степени проявлялись при минимальных и средних дозах ОСУНТ, чем при максимальных. Влияния ОСУНТ на поведенческие реакции выявлено не было.

Заключение. Полученные данные свидетельствуют о наличии у ОСУНТ признаков токсического действия в дозе 0,1 мг/кг массы тела в сутки и менее. 

1. De Volder M.F., Tawfick S.H., Baughman R.H., Hart A.J. Carbon nanotubes: present and future commercial applications. Science. 2013; 339 (6119): 535-9. https://doi.org/10.1126/science.1222453

2. Coyuco J.C., Liu Y., Tan B.-J., Chiu G.N.C. Functionalized carbon nanomaterials: exploring the interactions with Caco-2 cells for potential oral drug delivery. Int. J. Nanomedicine. 2011; 6: 2253-63.

3. Patlolla A., McGinnis B., Tchounwou P. Biochemical and histopathological evaluation of func-tionalized single-walled carbon nanotube in Swiss-Webster mice. J. Appl. Toxicol. 2011; 31(1): 75-83.

4. Shvedova A.A., Kisin E.R., Mercer R., Murray A.R., Johnson V.J., Potapovich A.I. et al. Un-usual inflammatory and fibrogenic pulmonary responses to single-walled carbon nanotubes in mice. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2005; 289 (5): 698-708.

5. Kolosnjaj-Tabi J., Hartman K.B., Boudjemaa S., Ananta J.S., Morgant G., Szwarc H. et al. In vivo behavior of large doses of ultrashort and full-length single-walled carbon nanotubes after oral and intraperitoneal administration to Swiss mice. ACS Nano. 2010; 4 (3): 1481-92.

6. Хрипач Л.В., Рахманин Ю.А., Михайлова Р.И., Князева Т.Д., Коганова З.И., Железняк Е.В. и др. Влияние углеродных нанотрубок и активированного угля на биохимические показатели состояния организма при хроническом введении препаратов крысам с питьевой водой. Гигиена и санитария. 2014; 5: 36-42

7. Philbrook N.A., Walker V.K., Afrooz A.R., Saleh N.B., Winn L.M. Investigating the effects of functionalized carbon nanotubes on reproduction and development in Drosophila melanogaster and CD-1 mice. Reprod. Toxicol. 2011; 32 (4): 442-8.

8. Li P., Lai X., Witzmann F.A., Blazer-Yost B.L. Bioinformatic analysis of differential protein expression in Calu-3 cells exposed to carbon nanotubes. Proteomes. 2013; 1 (3): 219-39.

9. Shipelin V.A., Shumakova A.A., Masyutin A.G., Chernov A.I., Sidorova Yu.S., Gmoshinski I.V. et al. In vivo subacute oral toxicity assessment of multiwalled carbon nanotubes: characteristic of nanomaterial and integral indicators. Nanotechnologies in Russia. 2017; 12(9-10): 559-568. https://doi.org/10.1134/S199507801705010X

10. Приказ Министерства здравоохранения Российской Федерации № 199н от 01.04.2016 г. «Об утверждении правил надлежащей лабораторной практики»

11. Guide for the care and use of laboratory animals. Eighth Edition. Committee for the Update of the Guide for the Care and Use of Laboratory Animals; Institute for Laboratory Animal Research (ILAR); Division on Earth and Life Studies (DELS); National Research Council of the national academies. Washington: The National Academies Press. 2011.

12. Loskutova L.V., Dubrovina N.I., Markel' A.L. Comparative analysis of the persistence of a conditioned passive avoidance reflex in rats with different forms of inherited hypertension. Neurosci. Behav. Physiol. 2007; 37 (6): 577-82.

13. Разыграев А.В. Метод определения глутатионпероксидазной активности с использованием пероксида водорода и 5,5'-дитиобис (2-нитробензойной кислоты). Клинико-лабораторный консилиум. 2004; 4: 19-22.

14. Голубкина Н.А. Флуориметрический метод определения селена. Журнал аналитической химии. 1995; 50 (8): 492-7.

15. Udall J.N., Pang K., Fritze L., Kleinman R., Walker W.A. Development of gastrointestinal mucosal barrier. I. The effect of age on intestinal permeability to macromolecules. Pediat. Res. 1981; 15(3): 241-4.

16. Polyoxyethylene (20) sorbitan monoesters of lauric, oleic, palmitic and stearic acid and triester оf stearic acid. Toxicological evaluation of some food additives including anticaking agents, antimicrobials, antioxidants, emulsifiers and thickening agents. WHO Food Additives Series. 1974; 5: 8. Электронный ресурс: http://www.inchem.org

17. Ju L., Zhang W., Wang X., Hu J., Zhang Y.: Aggregation kinetics of SDBSdispersed carbon nanotubes in different aqueous suspensions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and En-gineering Aspects. 2012; 409: 159-66.

18. Ferguson P.L., Chandler G.T., Templeton R.C., Demarco A., Scrivens W.A., Englehart B.A. Influence of sediment-amendment with single-walled carbon nanotubes and diesel shoot on bioaccumulation of hydrophobic organic contaminats by bentic invertebrates. Environ. Sci. Technol. 2008; 42 (10): 3879.

19. Горшенёва Е.Б. Дозозависимый эффект многостенных углеродных нанотрубок и частиц сажи при пероральном введении лабораторным мышам. Нанотехнологии и охрана здоровья. 2014; 6 (18): 48-55

20. Chen G., Chen R., Zou C., Yang D., Chen Z-S. Fragmented polymer nanotubes from sonication-induced scission with a thermo-responsive gating system for anti-cancer drug delivery. J. Mater. Chem. B. 2014; 10(2): 1327-34.

21. Zaragoza-Contreras E.A., Lozano-Rodríguez E.D., Román-Aguirre M., Antunez-Flores W., Hernández-Escobar C.A., Flores-Gallardo S.G. et al. Evidence of multi-walled carbon nanotube fragmentation induced by sonication during nanotube encapsulation via bulk-suspension polymerization. Micron. 2009; 40 (5-6): 621-7.

22. Shumakova A.A., Gmoshinsky I.V., Shipelin V.A., Rezaeva D.M., Khotimchenko S. A. Effect of multiwalled carbon nanotubes on the microelement status in the internal organs of rats in an experiment. Nanotechnologies in Russia. 2018; 13 (3-4): 189-94.

23. Jachak A., Lai S.K, Hida K., Suk J.S., Markovic N., Biswal S., et al. Transport of metal oxide nanoparticles and single-walled carbon nanotubes in human mucus. Nanotoxicology. 2012; 6 (6): 614-22.

24. Pauluhn J. Subchronic 13-week inhalation exposure of rats to multiwalled carbon nanotubes: toxic effects are determined by density of agglomerate structures, not fibrillar structures. Toxicol Sci. 2010; 113(1): 226-42.

25. Zhang Z.P., Tian Y.H., Li R., Cheng X.Q., Guo S.M., Zhang J.X. et al. The comparison of the normal blood biochemical values of Wistar rats with different age and sex. Asian Journal of Drug Metabolism and Pharmacokinetics. 2004; 4: 215-8.