Токсическое действие наноматериалов

Острое токсическое воздействие наночастиц на млекопитающих

В организм млекопитающих наночастицы могут попадать такими же путями, как и в организм человека, при этом острая токсичность может проявляться в форме изменения массы тела животного, его поведения, воспаления отдельных органов и тканей, уменьшения репродуктивности и т. д.

При попадании и накоплении углеродных нанотрубок у грызунов развиваются воспалительные процессы, фиброз[1], в легочной ткани накапливаются нейтрофилы и белок [3.49], возникает перитонит[2], проявляется дисфункция нервной и выделительной систем, а при определенных условиях наступает смерть.

Углеродные нанотрубки способны наносить значительный вред млекопитающим при их введении внутритрахе- альным путем. Например, у мышей доза 0,5 мг УНТ вызывает смерть 56% особей в течение 7 дней как результат развития воспаления в межклеточной области (интерсти- ций), тканей, образования гранулем[3]. Введение оксидов металлов также приводят к воспалению легких. Так, в легких крыс при б-часовом воздействии наночастицами СсЮ увеличивалось количество нейтрофилов и очагов воспаления [3.64].

При попадании в кровеносную систему микро- и наночастиц Zn у млекопитающих наблюдается почечная дисфункция, развивается анемия и нарушение системы свертывания крови [3.50].

В присутствии наночастиц ТЮ2 при дополнительном облучении светом в клетках человека, грызунов и рыб могут разрушаться молекулы ДНК [3.51]. При действии этих частиц ускоряется также седиментация, гемолиз эритроцитов крови и старение организма [3.42].

При воздействии наночастиц меди на кровь усиливается агрегация белков, что приводит к интенсивному осаждению протеинов [3.52].

Взаимодействие наночастиц металлов (Си, Zn, Ni, Fe), их сплавов (Си-Zn, Cu-Fe, Си-Ni), а также оксидов металлов (CuO, Zr02 и др.) с физиологическими растворами и биологическими жидкостями in vitro может приводить к резкому изменению водородного показателя (ЛрН от 0,05 до 0,80), что может иметь серьезные последствия, так как критическое значение ЛрН для биохимических реакций составляет 0,1 [3.53]. Кроме того, с уменьшением размера этих частиц скорость их растворения и диспергирования в растворе значительно возрастает [3.54].

Сильными токсическими свойствами обладают наночастицы алюминия, которые способны подавлять синтез мРНК, вызывать пролиферацию клеток, нарушение функций митохондрий[4] и т. д. [3.55-3.56]. На примере эпидермальных кератиноцитов[5] человека и мыши было показано, что углеродные нанотрубки проникают через клеточную мембрану, аккумулируются внутри клетки и индуцируют апоптоз[6].

Одностенные углеродные нанотрубки в концентрациях 25, 50, 100 и 150 мкг/мл ингибируют пролиферацию эмбриональных клеток человеческой почки [3.49].

Накопленные экспериментальные данные свидетельствуют о наличии острой токсичности при попадании наноматериалов в организм млекопитающих.

В табл. 3.3 приведены некоторые примеры респираторной токсичности наночастиц, выявленные на мелких млекопитающих.

Заметим, что анализ литературных данных в целях сравнения действия тех или иных наноматериалов между собой очень сложен — не определены дозы ЛД50 и ЛД100. Однако даже в этих литературных данных прослеживается взаимосвязь между данными токсичности в зависимости от места и способа введения. Токсическое действие наночастиц усиливается в ряду: кожа — желудочно-кишечный тракт — легкие — кровь.

Таблица 3.3

Примеры токсического действия наночастиц на млекопитающих (исследования in vivo) [3.57]

Наночастицы (характеристики; способ диспергирования)

Подопытное животное (способ введения)

Выраженный токсический эффект (концентрация и время воздействия)

Одностенные УНТ* (диаметр 1,4 нм, агломераты до 30 нм, примеси (5% Ni, 5% Со); диспергирование в фосфатном буфере политронным методом

Крысы (дыхание, внутрь трахей)

Многоочаговое поражение макрофагов в легких (1-5 мг/кг, от 24 ч до 12 нед.) [3.58]

Одностенные УНТ (примеси 26,9% Fe, 0,78% Ni, Си, Mo, Zn; ультразвук в сыворотке крови мыши)

Мыши (дыхание, внутрь трахей)

ЛД5о = 0,5 мг/л. Потеря веса, легочные поражения, некроз, активация макрофагов и развитие гранулем, поражения перибронхиальной области (0,1-0,5 мг/особь, 7-90 сут.) [3.59]

Многостенные УНТ (степень чистоты 80-90%, с содержанием Fe; в фосфатном буфере)

Гвинейские свиньи (дыхание, внутрь трахей)

Выраженный пневмонит (доза 12,5 мг, 3 мес.) [3.60]

Многостенные УНТ

(размер 7,6-15,2 нм, длина до 5,9 мкм,

чистота до 98%)

Крысы (дыхание, внутрь трахей)

Развитие альвеолярной пневмонии (альвеолита) и фиброза (от 0,5 до 5,0 мг/особь, 3-15 сут.) [3.61]

* УНТ — углеродные нанотрубки.

Наночастицы (ха рактери сти ки; способ диспергирования)

Подопытное животное (способ введения)

Выраженный токсический эффект (концентрация и время воздействия)

ТЮ2 (21 нм; не диспергированные)

Мыши, крысы и хомяки (вдыхание аэрозоли)

При концентрации в воздухе 10 мг/м3 приводит к воспалению легочных путей (0,5-10 мг/м3, обработка в течение 6 ч каждые сутки, от 5 сут. до 52 нед.) [3.62]

ТЮ2 (кристаллы 200 х 35 нм; диспергированные в фосфатном буфере по- литронным методом)

Крысы (дыхание, внутрь трахей)

Кратковременное воспаление и поражение клеток при 24-часовом воздействии (1-5 мг/кг, до 3 мес.) [3.63]

CdO (40 нм)

Крысы (вдыхание аэрозоли)

Резкое увеличение активности нейтрофилов в первый же день, многоочаговое воспаление (70-550 мг/м3, от 6 ч до 7 сут.) [3.64]

Ni (60 нм)

Крысы (вдыхание аэрозоли)

Накопление в альвеолярных макрофагах, развитие альвеолярного липопро- теиноза и излишнее накопление кальция в макрофагах (0,15-2,54 мг/м3, 1-21 сут.) [3.65]

Наночастицы (характеристики; способ диспергирования)

Подопытное животное (способ введения)

Выраженный токсический эффект (концентрация и время воздействия)

Zn (58 нм ±16 нм, суспензии 200 мг/мл на основе 1%-го раствора карбоксиметилцеллюлозы натрия; ультразвук)

Крысы (через желудочно-кишечный тракт)

Повреждение тканей печени, почек и сердца, изменение биохимического состава крови, развитие анемии, небольшое воспаление слизистой желудка (5 г/кг особи, до 2 нед.) [3.50]

ТЮ2 — анатаз (5 нм; суспензии на основе дистиллированной воды)

Мыши (через желудочно-кишечный тракт)

ЛД50 = 150 мг/кг. Воспаление почек, печени и легких (50, 100, 150 мг/кг в течение 14 сут.) [3.66]

Si (20-80 нм, суспензия в растворах на основе этилового спирта)

Мыши (инъекции в хвостовую вену)

Морфология легких и почек без изменений, воспаление в хвостовой части, некроз гепатоцитов в печени (10 мг/кг особи, до 7 сут.) [3.67]

  • [1] Фиброз — патологическое разрастание волокнистой соединительной ткани различных органов вследствие облучения, воспалительных, инфекционно-аллергических и других процессов.
  • [2] Перитонит — воспаление брюшины, сопровождающееся общими симптомами заболевания организма с нарушениемфункции жизненно важных органов и систем.
  • [3] Гранулема — очаг пролиферативного воспаления в различныхтканях, имеющий вид плотного узелка; возникает в результате пролиферации (разрастание ткани организма путем размножения клеток) и трансформации способных к фагоцитозуклеток.
  • [4] Митохондрии — постоянные структуры клеток, обладающиесобственной ДНК и выполняющие синтез аденозинтрифосфор-ной кислоты (основной энергетической единицы всего живого).
  • [5] Кератиноциты — клетки эпидермиса, многослойного эпителия, основной чертой дифференцированного состояния которых является синтез кератина.
  • [6] Апоптоз — генетически запрограммированная гибель клеток,которая сопровождается постепенным распадом клетки с образованием апоптозных телец.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >