CC BY
44
© Срiбна В. О., Bознеcенcька Т. Ю., Блашкiв Т. В.
УДК 612.62: 616.155.194: 615.038
Cpi6Ha В. О., Вознесенська Т. Ю., Блашюв Т. В.
ХАРАКТЕРИСТИКИ I ВПЛИВ НАНОЧАСТИНОК
НУЛЬ-ВАЛЕНТНОГО ЗАЛ1ЗА
1нститут фiзiолоríï ím. О. О. Богомольця НАН Украши (м. Кив)
Роботу виконано в 2016 роц в рамках науковоУ программ BÍAaLny iмунофiзiологiï 1нституту фiзiоло-riï ím. О. О. Богомольця НАН Украши: «Дослщження молекулярно-генетичних та iмунопатологiчних ме-ханiзмiв функцiональних порушень жшочоУ репро-дуктивноУ системи та можливост ïx корекцiï», дер-жавний реестрацмний № теми 0112U008233.
Вступ. Нанотехнологи е новим напрямком науки i технолопй, що швидко розвиваеться. Наночастинки - частинки металiв, якi мають розмiр менше 100 нм, стають все бiльш важливими продуктами нанотехнологи. Важливе мiсце серед них належить наночастинкам залiза.
Нанозалiзо - це матерiали з нанометровими лшмними розмiрами на основi залiза: наночастинки нуль-валентного залiза (zero-valent iron nanoparticles, Fe0), наночастинки оксиду залiза (iron oxide nanoparticles) або суперпарамагыты наночастинки оксиду залiза (superparamagnetic iron oxide nanoparticles), композиты наноматерiали [3]. Завдяки своУм характеристикам вони набувають все бтьшого застосування в сферах стьського госпо-дарства, електронiки, медицини та н i стали центром штенсивних дослiджень, оскiльки все ще зали-шаються невiдомими Ух еколопчы ризики i вплив на живi органiзми.
Нестача дослiджень, якi оцЫюють вплив Fe0 на здоров'я та еколопчы ризики використання в даний час е перешкодою його комерцiалiзацiï [5]. Мало вщомостей про мехаызми взаемодiï наночастинок залiза з кгмтинами i субклiтинними структурами, про Ух вплив на генетичний матерiал кгмтини. Тому, питання безпечностi та впливу нанозалiза на органiзм стае особливо актуальним i вимагае ретельних дослщжень.
Мета роботи - збiр, аналiз i узагальнення даних лiтератури про характеристики та вплив наночастинок нуль- валентного залiза (Fe0).
Характеристика наночастинок нуль-валентного зал'за (Fe0). Залiзо у навколишньому середови!щ iснуе переважно в окисненому стаы, тодi як вщновлене Fe0 е штучно створеним матерiалом [9].
Наночастинки Fe0 зазвичай представлен структурою за схемою «ядро-оболонка». Для захисту Fe0 частинки вщ швидкого окислення, ядро частинки, яка складаеться з залiза нульовоУ валентностi, покрите оболонкою [9]. ^ím рiзниx ор-ганiчниx молекул [18], оболонка може бути утворена оксидами Fe2+ i Fe3+, як результат окислення. Fe0 у xiмiчниx реакцiяx виступае донором електроыв, тодi як оболонка бере участь в утворенн xiмiчниx комплекЫв (xемосорбцiï).
Серед наноматерiалiв, Fe0 - нове поколшня продуктiв, якi вже використовуються для стратепй з вщновлення навколишнього середовища i вважаються допустимим варiантом для очистки забруднених грунпв i грунтових водних систем [3,6,8,13].
Вважають, що мехаызми, за допомогою яких Fe0 призводить до пошкодження життездатност клiтин можна роздiлити на двi групи: 1) прямий вплив наночастинки на клггини [4] i 2) непрямий вплив, змiна хiмiчних особливостей вода/грунт [12]. Так, адсорб^я Fe0 на зовнiшнiх клiтинних мембранах може призвести до пщвищено! проникност мембран або навiть до порушення мембранного бiшару лiпiдiв [7]. Тодi як Fe0 може також призвести до швидкого утворення втьних радикалiв. Редокс-активний Fe0 реагуе з киснем або водою i вивiльняе Fe2+ [19]. 1они Fe2+ додатково генерують активы форми кисню (АФК) через реакцю Фентона [14].
Fe0 може непрямо генерувати АФК, так що пошкодження груп залiзо-сiрка, кофактори в багатьох фермен^в, призводить до запуску реакци Фентона, яка каталiзуе продук^ю збтьшення АФК. Так, генерованi АФК можуть бути вивiльненi в цитозоль i запустити АФК-iндуковане АФК-вивтьнення в iнших мiтохондрiях, що може призвести до кттинного ушкодження i загибелi [20].
Клiтини за умов сильного окисного стресу, тобто таю що тддаються впливу високих концентрацм Fe0, показали рiзнi дисфункцiI мембранних лт^в, бiлкiв i ДНК [11,15].
Вплив наночастинок нуль-валентного зал'за (Fe0). Встановлено, що Fe0 е токсичним для чистих культур мiкроорганiзмiв вже при низьких концентра^ях, таких як дектька мг на лггр [10].
У до^джены ефекту часткового окиснення («старшня») та модифiкацiI поверхнi наночастинок Fe0 на потенцмну нейротоксичнiсть за умов in vitro на культурах кттин мiкроглiI (BV2) i нейроыв (N27) гризунiв встановлено, що наночастинки Fe0 спричиняють найвищу активнiсть оксидативного стресу та понижують вмiст АТФ у нейронах порiвняно iз наночастинками магнетиту (Fe3O4), наночастинками Fe0 з модифкованою поверхнею за допомогою полiмерного покриття, а також «старими», частково окисненими наночастинками Fe0, синтезованими бтьш нiж 11 мiсяцiв тому. При цьому в кттинах мiкроглiI спостерiгали набухання мiтохондрiй, прояви апоптозу, а в нейронах -перинуклеарн включення та гранульованiсть цитоплазми. Тобто, часткове або повне окиснення наночастинок Fe0 призводить до пониження 1хньо1
окисно-вщновно! активностi, що ймовiрно понижуе токсичнiсть вiдносно клiтинних культур ссав^в [17].
Показано утворення реактивних сполук кисню й окисне пошкодження епiтелiальних клiтин бронхiв людини пщ впливом наночастинок Ре0 (НЧЗ) та про-дуктiв !хнього окиснення (Ре2+ та Ре3+) [16].
Встановлено статеву залежнють гостро! токсичностi Ре0 при внутршньовенному введеннi мишам: 1_050 для самок, сам^в i обох статей становить 207,5±10,6 мг/кг, 231,4±8,1 мг/кг i 220,3±7,1 мг/кг вiдповiдно. Пюля внутршньовенно-го введення НЧЗ у токсичних дозах мишам протягом першо! доби спостертали дозозалежнi порушення з боку серцево-судинно!, дихально! i нервово! систем. Однак введення найменших рiвнiв доз (130 мг/кг для самок i 180 мг/кг для сам^в) призводило до незначного й короткотривалого порушення загального стану тварин [2].
Пюля внутршньовенного введення летальних доз Ре0 спостертали три перюди смертност пiдцослiдних мишей: перший (найгострiший) -протягом перших 1-60 хв. пюля введення, другий (гострий) - протягом 1 доби, третм (пщгострий)
- протягом 2-4 доби на фон значного зменшення маси тта [2].
Дослщжеы наночастинки Fe0 (сферичнi, розмiром 40 нм, отриманi за допомогою методу хiмiчноI конденсацiI) е бюбезпечною субстанцieю, яка мае протективний ефект на скоротливiсть мiометрiя при використанн за умов експериментально! залiзодефiцитноI анемп [1], проте при розладах iмунного генезу проявляють пригнiчуючу дiю [1].
Висновок. Таким чином, на основi проведеного аналiзу даних лiтератури зроблено так'1 узагальнення: на сьогодн вплив наночастинок Fe0 за умов in vitro та in vivo е вивчений не достатньо i потребуе подальшого вияснення, потребують подальшого вивчення мехаызми взаемодiI наночастинок iз клггиною, що може забезпечити поступ у розробц нових препаратiв на основi наночастинок залiзо нульово! валентностi (Fe0).
Перспективи подальших дослiджень. Актуальностi набувае оцiнка впливу наночастинок Fe0 на функцюнальний стан органiв жiночоI репродуктивно! системи з використанням тварин.
Л^ература
1. Влияние перорального введения субстанции наночастиц железа на функциональное состояние органов репродуктивной системы самок мышей с экспериментальной железодефицитной анемией / А.П. Литвиненко, Л.С. Резниченко, Т.Ю. Вознесенская [и др.] // Проблемы репродукции. — 2015. — № 5. - С. 23-28.
2. Протианемiчна активнють субстанцп наночастинок залiза за умов перорального введення щурам / А.М. Дорошенко, Л.С. Резшченко, С.М. Дибкова [та ш.] // Фармаколопя та лкарська токсиколопя. — 2014. — № 3. — С. 12-19.
3. Чекман 1.С. Нанонаука, нанобюлопя, нанофармащя: монографiя / 1.С. Чекман, З.Р. Ульберг, В.О. Маланчук [та ш.]. - К.: Полiграф плюс. — 2012. - 328 с.
4. Adsorbed polymer and NOM limits adhesion and toxicity of nano scale zerovalent iron to E. coli / Z. Li, K. Greden, P. Alvarez [et al.] // Environ. Sci. Technol. - 2010. - Vol. 44. - P. 3462-3467.
5. Aquatic Ecotoxicity Testing of Nanoparticles-The Quest To Disclose Nanoparticle Effects / L. Skjolding, S. Soirensen, N. Hartmann [et al.] // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. - 2016. - Vol. 55 (49). - P. 15224-15239.
6. Assessing the impact of zero-valent iron (ZVI) nanotechnology on soil microbial structure and functionality: a molecular approach / C. Fajardo, L. Or^z, M. Rodmguez-Membibre [et al.] // Chemosphere. - 2012. - Vol. 86 (8). - P. 802-808.
7. Bactericidal effect of zero-valent iron nanoparticles on Escherichia coli / C. Lee, J. Kim, W. Lee [et al.] // Environ. Sci. Technol. -2008. - Vol. 42 (13). - P. 4927-4933.
8. Crane R. Nanoscale zero-valent iron: future prospects for an emerging water treatment technology / R. Crane, T. Scott // J. Hazard. Mater. - 2012. - V. 211-212. - P. 112-125.
9. Determination of the oxide layer thickness in core-shell zerovalent iron nanoparticles / J. Martin, A. Herzing, W. Yan [et al.] // Langmuir. — 2008. - Vol. 24. - P. 4329-4334.
10. Diao M. Use of zero-valent iron nanoparticles in inactivating microbes / M. Diao, M. Yao // Water Res. - 2009. - Vol. 43. - P. 52435251.
11. Henle E. Formation, prevention, and repair of DNA damage by iron/hydrogen peroxide / E. Henle, S. Linn // J. Biol. Chem. — 1997. - Vol. 272. - P. 19095-19098.
12. Impact of nanoscale zero valent iron on geochemistry and microbial populations in trichloroethylene contaminated aquifer materials / T. Kirschling, K. Gregory, E. Minkley [et al.] // Environ. Sci. Technol. - 2010. - Vol. 44. - P. 3474-3480.
13. Inactivation of Escherichia coli by nanoparticulate zerovalent iron and ferrous ion / J. Kim, H. Park, C. Lee [et al.] // Appl. Environ. Microbiol. - 2010. - Vol. 76 (22). - P. 7668-7670.
14. Keenan C. Factors affecting the yield of oxidants from the reaction of nanoparticulate zero-valent iron and oxygen / C. Keenan, D. Sedlak // Environ. Sci. Technol. - 2008. - Vol. 42. - P. 1262-1267.
15. Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects / S. Klaine, P. Alvarez, G. Batley [et al.] // Environ. Toxicol. Chem. - 2008. - Vol. 27. - P. 1825-1851.
16. Oxidative stress induced by zero-valent iron nanoparticles and Fe(II) in human bronchial epithelial cells / C. Keenan, R. Goth-Goldstein, D. Lucas, D. Sedlak // Environ. Sci. Technol. - 2009. - Vol. 43. - P. 4555-4560.
17. Partial oxidation («aging») and surface modification decrease the toxicity of nanosized zerovalent iron / T. Phenrat, T. Long, G. Lowry [et al.] // Environ. Sci. Technol. - 2009. - Vol. 43 (1). - P. 195-200.
18. Stabilization of aqueous nanoscale zerovalent iron dispersions by anionic polyelectrolytes: adsorbed anionic polyelectrolyte layer properties and their effect on aggregation and sedimentation / T. Phenrat, N. Saleh, K. Sirk [et al.] // J. Nanopart. Res. - 2008. -Vol. 10. - P. 795-814.
19. Zhang W. Nanoscale Iron Particles for Environmental Remediation: An Overview / W. Zhang // J. Nanopart. Res. - 2003. - Vol. 5 (3-4). - P. 323-332.
20. Zorov D. Mitochondrial ROS-induced ROS release: An update and review / D. Zorov, M. Juhaszova, S. Sollott // Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. - 2006. - Vol. 1757. - P. 509-517.
УДК 612.62: 616.155.194: 615.038
ХАРАКТЕРИСТИКИ I ВПЛИВ НАНОЧАСТИНОК НУЛЬ-ВАЛЕНТНОГО ЗАЛ1ЗА
Cpi6Ha В. О., Вознесенська Т. Ю., Блашкiв Т. В.
Резюме. Нанотехнологи е новим напрямком науки i технолопй, що швидко розвиваеться. Наночастинки металiв, якi мають розмiр менше 100 нм, стають все бiльш важливими продуктами нанотехнологи. Важливе мiсце серед них належить наночастинкам залiза: наночастинки нульвалентного залiза (Fe0), наночастинки оксиду залiза або суперпарамагнггы наночастинки оксиду залiза, композиты наноматерiали. Нестача досл^ джень, як оцiнюють вплив Fe0 на здоров'я та еколопчы ризики використання в даний час е перешкодою його комерцiалiзацiI. Мало вщомостей про мехаызми взаемодiI наночастинок залiза з клггинами i субклiтинними структурами, про 1х вплив на генетичний матерiал клiтини. Тому, питання безпечностi та впливу нанозалiза на органiзм стае особливо актуальним i вимагае ретельних доогиджень.
На основi проведеного аналiзу даних лтератури зроблено так узагальнення: на сьогодн бiологiчний вплив наночастинок Fe0 за умов in vitro та in vivo е вивчений не достатньо i потребуе подальшого вияснення, потребують подальшого вивчення мехаызми взаемоди наночастинок iз клiтиною, що може забезпечити поступ у розробц нових препара^в на основi наночастинок залiзо нульово! валентностi (Fe0), актуальностi набувае оцшка 1х впливу на функцюнальний стан органiв жiночоI репродуктивно! системи з використанням тварин.
Ключовi слова: нанотехнологiI, наночастинки нульвалентного залiза.
УДК 612.62: 616.155.194: 615.038
ХАРАКТЕРИСТИКИ И ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ НОЛЬ-ВАЛЕНТНОГО ЖЕЛЕЗА
Срибна В. А., Вознесенская Т. Ю., Блашкив Т. В.
Резюме. Нанотехнологии как новое направление науки и технологий, быстро развиваются. Наночастицы металлов размером менее 100 нм, становятся все более важными продуктами нанотехнологии. Важное место среди них принадлежит наночастицам железа: наночастицы нольвалентного железа (Fe0), наночастицы оксида железа или суперпарамагнитные наночастицы оксида железа, композитные наноматериалы. Отсутствие исследований, оценивающих влияние Fe0 на здоровье и экологические риски его использования, в настоящее время является препятствием его коммерциализации. Мало сведений о механизмах взаимодействия наночастиц железа с клетками и субклеточными структурами, об их влиянии на генетический материал клетки. Поэтому, вопрос безопасности и влияния наножелеза на организм становится актуальным и требует тщательных исследований.
Проведенный анализ данных литературы дает возможность сделать следующие обобщения: на сегодня биологическое воздействие наночастиц Fe0 в условиях in vitro и in vivo изучено недостаточно и требует дальнейшего выяснения, дальнейшее изучение механизмов взаимодействия наночастиц с клеткой может обеспечить прогресс в разработке новых препаратов на основе Fe0, особую актуальность приобретает оценка их влияния на функциональное состояние органов женской репродуктивной системы с использованием животных.
Ключевые слова: нанотехнологии, наночастицы нольвалентного железа.
UDC 612.62: 616.155.194: 615.038
CHARACTERISTICS AND EFFECTS OF ZERO-VALENT IRON NANOPARTICLES
Sribna V., Voznesenska T., Blashkiv T.
Abstract. Nanotechnology as a new area of science and technology is developing rapidly. Nanoparticles of metals which have a size less than 100 nm, are becoming increasingly important nanotechnology products. Prominent among them are iron nanoparticles: zero-valent iron nanoparticles, (nZVI), superparamagnetic iron oxide nanoparticles, composite nanomaterials. Due to its characteristics, they are becoming increasingly used in agriculture, electronics, medicine and became the center of intensive research as yet remain unknown environmental risks and their effects on living organisms. The lack of studies that evaluate the nZVI impact on health and environmental risks of using currently blocks its commercialization. Few details are known about the mechanisms of interaction of iron nanoparticles with cells and subcellular structures, their effects on the genetic material of cells. Therefore, the issue of safety and effects of nZVI is particularly important and requires careful research.
The aim is to collect, analys and synthes of the literature data about the characteristics, safety and effects of zero-valent iron nanoparticles.
nZVI are generally as a structure on a «core-shell». To protect nZVI from rapid oxidation core particle comprising zero valence iron coated. In various organic molecules, the membrane can be formed oxides Fe2+ and Fe3+, as a result of oxidation. nZVI in chemical reactions favor the donor of electrons, while the shell is involved in the formation of chemical complexes. Among nanomaterials, nZVI — a new generation of products that are used for strategies to restore the environment and are considered acceptable option for the treatment of contaminated soil and ground water systems.
It is believed that the mechanisms by which nZVI causes cell damage may be divided into two groups: 1) the direct impact on cells and 2) indirect impact, changing the chemical characteristics of water. Thus, adsorption nZVI on external cell membranes could lead to increased permeability of membranes or even breach the membrane bi-layer of lipids. While nZVI may also lead to a rapid formation of free radicals. Redox-active nZVI reacts with oxygen
or water and releases Fe2+. Fe2+ ions additionally generate reactive oxygen species (ROS) through the Fenton reaction. nZVI may generate ROS indirectly, so damage groups of iron-sulfur cofactors in many enzymes, leading to the launch Fenton reaction, which catalyzes the increase in ROS. Thus, the ROS generated could be released into the cytosol and run mitochondria ROS-induced ROS release, which could lead to cell damage and death.
Thus, based on the analysis of the literature data it could be made the following: today the biological effects of nZVI under conditions in vitro and in vivo are studied not enough and need further clarification, require further study the mechanisms of interaction of nanoparticles with cells that can ensure progress in developing new drugs based on zero-valent iron nanoparticles, and their impact on functional status of the female reproductive system using animals is becoming current and needed of.
Keywords: nanotechnology, zero-valent iron nanoparticles.
Рецензент — проф. Мщенко I. В.
Стаття надшшла 05.01.2017 року
© Старшко О. М.
УДК 579.2:579.61:616.6-07
Старшко О. М.
ОСОБЛИВОСТ1 СКЛАДУ М1КРОФЛОРИ УРОГЕН1ТАЛЬНОГО ТРАКТУ Ж1НОК
Джпропетровський нацюнальний ужверситет iM. Олеся Гончара
(м. Джпро)
Публка^я е фрагментом планово! науково-до-слщно! роботи ВНЗ «ДНУ iM. Олеся Гончара» ка-федри ктычно! лабораторно! дiагностики на тему «Вивчення комплексно! характеристики хроычних вiрусних гепати^в В i С з оцшкою кл^чних та лабо-раторних показниюв периферично! кровi в прогно-зуванн переб^ хвороби», № державно! реестраци 0116U002213.
Вступ. Мiкробiологiчна флора регулюе роботу всього оргаызму. Вивчення мiкрофлори сечостатево! системи жшки мае велике значення для можливост попередження iнфекцiй сечовивiдних шляхiв, як посiдають перше мiсце в структурi iнших iнфекцiйних захворювань.
Видовий склад мiкрофлори жiночих статевих органiв досить стабтьний. Певнi вiдмiнностi обумовленi вком, вагiтнiстю, фазою менструального циклу. Порожнина матки, маткових труб i яечниюв у нормi стерильнi [1,2].
Нормальна мiкрофлора жiночих статевих органiв надзвичайно рiзноманiтна i представлена аеробними, факультативними та анаеробними мiкроорганiзмами, причому анаероби у видовому i кiлькiсному вщношены домiнують. У 87-100% здорових жшок у репродуктивному перiодi вияв-ляють аеробн мiкроорганiзми. З них зустрiчають лактобактери (45-88%), стрептококи (53-68%), ентерококи (27-32%), коагулазонегативн стаф^ лококи (34-92%). Бтьше 90% всiх iнфекцiй сечостатево! системи викликають уропатогеннi мiкроорганiзми, якi вiдносяться в першу чергу до грамнегативних бактерм сiм. Enterobacteriaceae (Proteus spp., Klebsiella spp., Enterobacter, Serratia, Acinetobacter spp., Enterococcus spp., Staphylococcus saprophyticus, Pseudomonas aeruginosa) [3,4].
Особливютю нормально! мiкрофлори статевих шляхiв жшок е рiзноманiтнiсть !! видового складу,
представлено'! протягом усього життя типовими i факультативними анаеробами i, в значно меншм Mipi, аеробними i мiкроаерофiльними мiкроорганiзмами [5].
Нирки, сечоводи та сеча в сечовому мiхурi в нормi стерильнi. У зовнiшнiй частини уретри зустрiчаються пептококи, пептострептококи, коринебактерп, бактерощи, мкобактери, а також грамнегативнi бактерп фекального походження. На зовнiшнiх статевих органах жшок локалiзуються Mycobacterium smegmatis, що мають морфологiчну схожiсть з мiкобактерiями туберкульозу. Цi сапрофiти виявляються в секрет сальних залоз, що знаходяться на малих статевих губах у жшок. ^м того, зустрiчаються стафiлококи, мiкоплазми (Mycoplasma hominis) та mini мiкроорганiзми. У верхнiх вщдтах пiхви домiнують лактобактери та бiфiдобактерiï. У цервiкальному каналi присутнi епщермальы стафiлококи, пептострептококи i дифтероïди [6,8].
В останн роки вiдмiчаeться рют дисбiотичних захворювань урогенiтального тракту у жшок. Дисбаланс бюти урогенiтального тракту жшок представляв собою порушення ктьюсного та яюсного спiввiдношення резистентних, сапрофтих мiкроорганiзмiв з умовно-патогенними, що населяють сечостатеву систему в нормк
Змши екологiчного стану довкiлля, нерацiональне харчування, перенесем гострi кишковi iнфекцiï, хроычы захворювання та дисфункцiя шлунково-кишкового тракту, широке застосування антибiотикiв, зниження iмунологiчноï реактивностi органiзму, довготривале використання пероральних контрацептивiв, порушення гормонального стану, який супроводжуеться порушенням менструального циклу - можуть бути причинами порушень рiвноваги представникiв резидентноï мiкрофлори i виникнення
