反复口服氧化铁纳米颗粒对大鼠的临床和病理方面的急性毒性研究

文件类型:原始研究文章

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1 伊朗德黑兰德黑兰大学兽医学院基础科学系。

2 伊朗卡拉伊标准研究所食品毒理学部,食品技术和农产品研究中心

3 伊朗卡拉伊标准研究所化学和石化研究中心

抽象

氧化铁纳米粒子(IONPS)在纳米医学中具有潜在的不同应用。 IONPS的这些新应用提高了这种纳米材料对人类的暴露风险。到目前为止,动物对IONPS毒性的所有方面尚不完全清楚 ’接触这些新型化合物。这项研究旨在调查IONPS对实验动物在病理毒理学分析和临床方面的急性毒性作用。随机选择24只雄性Wistar大鼠,并分成四组,每组六只大鼠。第一组,第二组和第三组通过管饲法分别口服50、500和5000 mg / kg的IONPS溶液,持续5天。在研究过程中评估了动物死亡率,临床症状和体重。最后一次给药后第十四天,对大鼠实施安乐死以进一步研究以进行组织病理学评估。在所有组中均未观察到死亡。在研究期间,高剂量和中等剂量的IONPS会导致嗜睡,共济失调,厌食,孤立和呼吸性心律失常等症状。低剂量组的受试者未显示毒性迹象。在高剂量组中观察到特定的组织病理学并发症,例如肾脏中的透明质酸,肺中的充血和间质增厚,心脏中的出血和肝脏中的肝变性。因此,可以得出结论,IONPS对大鼠的毒性是剂量依赖性的。 IONPS的这种特定大小可导致高剂量严重的病理异常和临床症状。

关键词


介绍

氧化铁纳米粒子(IONPS)在生物医学应用中具有广泛的优点,包括靶向药物或基因的递送,磁转染,造影剂增强,螯合疗法和组织工程。此外,它们是抗癌药的增强剂,并逆转了多药耐药性。因此,它们可用作靶向药物载体[1-4]。由于IONPS的广泛应用,必将在不久的将来显着增加人和动物对IONPS的接触。经过改造的纳米颗粒可能对人体健康和环境造成未知危害。由于纳米技术的飞速发展,纳米颗粒向人体的暴露途径,如吸入,摄入,皮肤和注射等得到了增强[5-7]。但是,对IONPs进行生物安全性评估的临床研究尚处于早期阶段,因此迫切需要确定IONPs是否对人体健康安全,然后再将这些珍贵的纳米颗粒商品化。关于IONPS的不利影响和毒性的报道很少,特别是在体内条件下[8和9]。这几项研究也有一些矛盾的结果。例如,有报道说在一些体内情况下,IONPS是无毒的,轻度的毒性或引起炎症反应,甚至引起细胞死亡。一些研究表明,在实验动物中施用IONPS会明显诱发炎症反应[8,10,11,12,13]。此外,关于由动物中各种尺寸的IONPS引起的病理异常的可靠信息不足。据我们所知,尚无关于这种大小(30 nm)的IONPS在口服Wistar大鼠模型中的病理影响的研究。因此,有必要评估这种大小的IONPS的生物安全性。在这项研究中,以五天重复剂量口服各种剂量的IONPS治疗动物。治疗后两周分析动物死亡率,组织病理学参数和体重。

材料与方法

动物和住房条件

从Razi疫苗和血清研究所获得的24只雄性Wistar大鼠随机分为6组,分为4组,每组平均重量为220±22克然后将大鼠转移到研究标准协会的动物部门。根据德黑兰大学动物保健委员会的建议,对动物进行了照顾。‘实验室动物的护理和使用指南’(NIH美国出版物86-23,1985年修订)。在适当的新实验室环境下,将动物饲养在特殊的卫生笼中,以适应在22光照和黑暗下12小时的适应性±摄氏2度,可自由享用水和食物。

氧化铁纳米粒子的制备

从比利时Nanocyl公司购买了具有特定特性的30纳米Fe3O4纳米颗粒,无需进一步纯化或筛分即可用于我们的研究(图1)。然后,将Fe 3 O 4纳米颗粒添加到生理盐水溶液中,并使用4摄氏度的超声波浴进行30分钟的分散步骤。

动物处理程序

通过管饲法分别对第一组,第二组和第三组的受试者口服五种不同剂量(50、500和5000 mg / kg)的氧化铁纳米颗粒溶液。第四组作为对照组,服用3ml生理盐水。在剂量治疗期间,每天四次评估临床症状,包括外观,活动,抑郁,可能的外伤,共济失调,死亡等,最后一次在每组动物中评估两周。然后,在最后一次给药后14天,将大鼠安乐死。进行了有关实验室动物福利的动物处理和研究程序。

组织切片准备

为了评估组织,按照工作的道德原则对动物进行了无痛安乐死。从处理过的大鼠中提取的器官,如心脏,肺,肝,肾,脾和胃,要浸泡在10%福尔马林缓冲液中48小时。浸泡阶段后,将组织横向切成3个–4 µ米片。将样品在一系列分级的乙醇和二甲苯中脱水。然后,将切片包埋在石蜡中。产生多个切片,并用苏木精和曙红染色。检查切片并用光学显微镜照相。

统计分析

所有数据均表示为均值±标清组间参数均值的比较由学生进行’t检验。数据分析由SPSS软件(版本20)和p

结果与讨论

由于近年来纳米技术的发展以及诸如氧化铁之类的纳米粒子在包括健康和食品在内的各个行业中的广泛应用,以及将此类成分引入生物体中,急性毒性分析对于防止进一步的并发症似乎至关重要。 [1-4]。已经进行了数项研究以确定IONPS的毒性。在本研究中,在任何组中均未观察到因IONPS给药而导致死亡。在研究期间,在大鼠中高剂量施用IONPS(5000 mg / kg)会导致毒性及其随后的症状,如嗜睡,共济失调,厌食,抑郁和呼吸性心律失常。接受中等剂量治疗(500 mg / kg)的受试者表现出轻度的毒性,伴有嗜睡,厌食和孤立的症状。但是,比高剂量组稍轻。与对照组相比,以较低的剂量(50 mg / kg)施用IONPS没有随后的毒性 然而, 口服IONPS溶液(5000 mg / kg)会引起特定的病理并发症,例如肝脏中的肝变性(图4)。在肾脏中观察到轻度的透明石膏(图5)。此外,肺部出现中度充血,间质增厚,出血和严重炎症(图2)。心脏也可见中度出血(图3)。脾脏和胃部未见病理性损伤(图6和7)。表1强调了按严重程度分类的病理扰动。IONPS溶液的中,低剂量给药未引起任何病理扰动。在研究结束时,与对照组相比,高剂量和中剂量组的平均体重显着降低。高剂量组体重减轻的严重程度大于中剂量组。低剂量组和对照组的平均体重之间无显着差异(表 2)。氧化铁纳米颗粒导致细胞膜的乳酸脱氢酶泄漏,线粒体活性紊乱,染色体团聚以及ROS的产生。自由基氧不平衡氧化应激并破坏抗氧化系统,导致膜脂质过氧化,酶和结构蛋白的氧化,DNA损伤和细胞死亡[14-16]。 Najafi等人通过口服氧化铁和蒸馏水对雄性Wistar大鼠进行了研究(20、50、150 μg / kg)15天。据报道肝细胞变性在150 μ克/千克[17]。 Iversen等人报道了静脉注射Fe3O4纳米颗粒对肝脏的影响。纳米颗粒以10 mg / kg的剂量不影响肝脏[18]。 Jain等人的研究表明,食用氧化铁纳米颗粒不会在不同组织中引起任何异常变化[8]。 Noori等人研究了雌性BALB / c小鼠腹腔内注射二巯基丁二酸涂层的氧化铁纳米颗粒(50、100、200、300 mg / kg)对肝组织的短期作用,持续4天,未见异常[ 19]。 Perodan等人的腹膜内注射氧化铁(0.7、1.7、3.7 mg / kg)的研究显示,在48小时后,重要器官的行为或组织病理学改变没有迹象[20]。冯等人表明10 纳米PEG化的IONPs对BALB / c小鼠没有明显的毒性,而PEI包被的IONPs显示出剂量依赖性的致死性毒性。他们强调,IONPs的尺寸和涂层特性对其性能和毒性非常内在[22]。

结论

当前,IONPS被应用于诸如医学,电子学等各种领域。因此,IONPS的毒性测定对于在不同的科学领域安全使用它们至关重要。在本研究中,我们的发现表明,不同剂量的IONPS可以在大鼠中诱发不同的病理并发症和临床体征。关于我们的结果,可以得出结论,IONPS对大鼠的毒性是剂量依赖性的。显然,迫切需要评估用于医疗目标的各种尺寸的IONPS不同剂量的毒性。因此,在任何情况下,我们都不应将高剂量的IONPS用于医学目的而无需注意毒理学方面。

致谢

这项工作由标准研究院资助。

利益冲突

作者声明,有关此手稿的出版没有利益冲突。

 

介绍

氧化铁纳米粒子(IONPS)在生物医学应用中具有广泛的优点,包括靶向药物或基因的递送,磁转染,造影剂增强,螯合疗法和组织工程。此外,它们是抗癌药的增强剂,并逆转了多药耐药性。因此,它们可用作靶向药物载体[1-4]。由于IONPS的广泛应用,必将在不久的将来显着增加人和动物对IONPS的接触。经过改造的纳米颗粒可能对人体健康和环境造成未知危害。由于纳米技术的飞速发展,纳米颗粒向人体的暴露途径,如吸入,摄入,皮肤和注射等得到了增强[5-7]。但是,对IONPs进行生物安全性评估的临床研究尚处于早期阶段,因此迫切需要确定IONPs是否对人体健康安全,然后再将这些珍贵的纳米颗粒商品化。关于IONPS的不利影响和毒性的报道很少,特别是在体内条件下[8和9]。这几项研究也有一些矛盾的结果。例如,有报道说在一些体内情况下,IONPS是无毒的,轻度的毒性或引起炎症反应,甚至引起细胞死亡。一些研究表明,在实验动物中施用IONPS会明显诱发炎症反应[8,10,11,12,13]。此外,关于由动物中各种尺寸的IONPS引起的病理异常的可靠信息不足。据我们所知,尚无关于这种大小(30 nm)的IONPS在口服Wistar大鼠模型中的病理影响的研究。因此,有必要评估这种大小的IONPS的生物安全性。在这项研究中,以五天重复剂量口服各种剂量的IONPS治疗动物。治疗后两周分析动物死亡率,组织病理学参数和体重。

材料与方法

动物和住房条件

从Razi疫苗和血清研究所获得的24只雄性Wistar大鼠随机分为6组,分为4组,每组平均重量为220±22克然后将大鼠转移到研究标准协会的动物部门。根据德黑兰大学动物保健委员会的建议,对动物进行了照顾。‘实验室动物的护理和使用指南’(NIH美国出版物86-23,1985年修订)。在适当的新实验室环境下,将动物饲养在特殊的卫生笼中,以适应在22光照和黑暗下12小时的适应性±摄氏2度,可自由享用水和食物。

氧化铁纳米粒子的制备

从比利时Nanocyl公司购买了具有特定特性的30纳米Fe3O4纳米颗粒,无需进一步纯化或筛分即可用于我们的研究(图1)。然后,将Fe 3 O 4纳米颗粒添加到生理盐水溶液中,并使用4摄氏度的超声波浴进行30分钟的分散步骤。

动物处理程序

通过管饲法分别对第一组,第二组和第三组的受试者口服五种不同剂量(50、500和5000 mg / kg)的氧化铁纳米颗粒溶液。第四组作为对照组,服用3ml生理盐水。在剂量治疗期间,每天四次评估临床症状,包括外观,活动,抑郁,可能的外伤,共济失调,死亡等,最后一次在每组动物中评估两周。然后,在最后一次给药后14天,将大鼠安乐死。进行了有关实验室动物福利的动物处理和研究程序。

组织切片准备

为了评估组织,按照工作的道德原则对动物进行了无痛安乐死。从处理过的大鼠中提取的器官,如心脏,肺,肝,肾,脾和胃,要浸泡在10%福尔马林缓冲液中48小时。浸泡阶段后,将组织横向切成3个–4 µ米片。将样品在一系列分级的乙醇和二甲苯中脱水。然后,将切片包埋在石蜡中。产生多个切片,并用苏木精和曙红染色。检查切片并用光学显微镜照相。

统计分析

所有数据均表示为均值±标清组间参数均值的比较由学生进行’t检验。数据分析由SPSS软件(版本20)和p

结果与讨论

由于近年来纳米技术的发展以及诸如氧化铁之类的纳米粒子在包括健康和食品在内的各个行业中的广泛应用,以及将此类成分引入生物体中,急性毒性分析对于防止进一步的并发症似乎至关重要。 [1-4]。已经进行了数项研究以确定IONPS的毒性。在本研究中,在任何组中均未观察到因IONPS给药而导致死亡。在研究期间,在大鼠中高剂量施用IONPS(5000 mg / kg)会导致毒性及其随后的症状,如嗜睡,共济失调,厌食,抑郁和呼吸性心律失常。接受中等剂量治疗(500 mg / kg)的受试者表现出轻度的毒性,伴有嗜睡,厌食和孤立的症状。但是,比高剂量组稍轻。与对照组相比,以较低的剂量(50 mg / kg)施用IONPS没有随后的毒性 然而, 口服IONPS溶液(5000 mg / kg)会引起特定的病理并发症,例如肝脏中的肝变性(图4)。在肾脏中观察到轻度的透明石膏(图5)。此外,肺部出现中度充血,间质增厚,出血和严重炎症(图2)。心脏也可见中度出血(图3)。脾脏和胃部未见病理性损伤(图6和7)。表1强调了按严重程度分类的病理扰动。IONPS溶液的中,低剂量给药未引起任何病理扰动。在研究结束时,与对照组相比,高剂量和中剂量组的平均体重显着降低。高剂量组体重减轻的严重程度大于中剂量组。低剂量组和对照组的平均体重之间无显着差异(表 2)。氧化铁纳米颗粒导致细胞膜的乳酸脱氢酶泄漏,线粒体活性紊乱,染色体团聚以及ROS的产生。自由基氧不平衡氧化应激并破坏抗氧化系统,导致膜脂质过氧化,酶和结构蛋白的氧化,DNA损伤和细胞死亡[14-16]。 Najafi等人通过口服氧化铁和蒸馏水对雄性Wistar大鼠进行了研究(20、50、150 μg/ kg),持续15天。据报道肝细胞变性在150 μg/千克[17]。 Iversen等人报道了静脉注射Fe3O4纳米颗粒对肝脏的影响。纳米颗粒以10 mg / kg的剂量不影响肝脏[18]。 Jain等人的研究表明,食用氧化铁纳米颗粒不会在不同组织中引起任何异常变化[8]。 Noori等人研究了雌性BALB / c小鼠腹腔内注射二巯基丁二酸涂层的氧化铁纳米颗粒(50、100、200、300 mg / kg)对肝组织的短期作用,持续4天,未见异常[ 19]。 Perodan等人的腹膜内注射氧化铁(0.7、1.7、3.7 mg / kg)的研究显示,在48小时后,重要器官的行为或组织病理学改变没有迹象[20]。冯等人表明10 纳米PEG化的IONPs对BALB / c小鼠没有明显的毒性,而PEI包被的IONPs显示出剂量依赖性的致死性毒性。他们强调,IONPs的尺寸和涂层特性对其性能和毒性非常内在[22]。

结论

当前,IONPS被应用于诸如医学,电子学等各种领域。因此,IONPS的毒性测定对于在不同的科学领域安全使用它们至关重要。在本研究中,我们的发现表明,不同剂量的IONPS可以在大鼠中诱发不同的病理并发症和临床体征。关于我们的结果,可以得出结论,IONPS对大鼠的毒性是剂量依赖性的。显然,迫切需要评估用于医疗目标的各种尺寸的IONPS不同剂量的毒性。因此,在任何情况下,我们都不应将高剂量的IONPS用于医学目的而无需注意毒理学方面。

致谢

这项工作由标准研究院资助。

利益冲突

作者声明,有关此手稿的出版没有利益冲突。

 

 
17.Babadi,V.Y.,Najafi,L.,Najafi,A.,Gholami,H.,Zarji,M.E.B.,Golzadeh,J.,Shirband,A。评价氧化铁纳米颗粒对大鼠肝脏组织和酶的影响。药学生物医学杂志,2012,23(23),1-4。
18. Iversen,N. K.,Frische,S.,Thomsen,K.,Laustsen,C.,Pedersen,M.,Hansen,P. B. Baatrup,E.超顺磁性氧化铁聚丙烯酸涂层 γ-Fe2O3 纳米颗粒不会影响肾脏功能,但会对健康小鼠的心血管功能产生急性影响。毒理学与应用药理学,2013,266(2),276-288。
19. A. Noori,G。R. Amiri,B.Taj。,Nasr.I.M.,S.Taj,&Valiani,A.磁性氧化铁纳米粒子对小鼠肝脏和肾脏的影响2012, 克尔曼医科大学学报科学。 2012,19(3),243-252。
21. M. Monireh, &Mohammad,F. wistar大鼠肺部施用Fe2O3纳米颗粒对肺组织的影响。国际生物科学研究杂志,2014,3(7),6-9。