CC BY
22
НАНОМЕДИЦИНА ТА НАНОТЕХНОЛОГП
УДК: 546.284-31-022.532-06:[611.36+611.61+611.41]-091.8-092.9 Бандас I. А., Кул'щька М. I., Корда М. М.
СТРУКТУРЫ ЗМ1НИ ПЕЧ1НКИ, НИРОК ТА СЕЛЕ31НКИ ЩУР1В ПРИ Д|'Г
НАНОЧАСТИНОК Д1ОКСИДУ КРЕМН1Ю
ДВНЗ «Тернопшьський державний медичний ушверситет ¡меш I. Я. Горбачевського МОЗ УкраГни» (м. Тернопшь)
Дана робота е фрагментом науково-досл\дно! роботи «Б\ох\м\чн\ механ\зми порушень метабол\зму за умов надходження до орган\зму токсикант\в р\з-ного генезу», № державно! реестрацп 011611003353.
Вступ. В даний час у св\т\ спостер\гаеться при-скорений розвиток високих технолог\й з викорис-танням наночастинок та наноматер\ал\в [1,6]. Оч\-куеться, що в найближч\ десятил\ття саме розвиток нанотехнолог\й стане одн\ею з руш\йних сил сучас-но! науково-техн\чно! революцп, яка призведе до суттевих зм\н у багатьох галузях д\яльност\ людини.
Одним з пр\оритетних вид\в наноматер\ал\в е наноструктурний високодисперсний аморфний д\-оксид кремню (Б102), який широко використовуеть-ся у всезростаючих масштабах, зокрема у виробни-цтв\ харчово! продукцп, медицин! (переносник л\к\в), фармакологи (сорбент) \ косметологи [2,11]. За пев-них умов наночастинки можуть проявляти неспри-ятливий, у тому числ\ токсичний, вплив на орган\зм [3,13]. Наночастинки БЮ2 можуть чинити шк\дливу д\ю на кл\тини тварин \ людини ¡п vitro. Нав\ть у неви-соких дозах вони здатн\ зб\льшувати продукц\ю ме-д\атор\в запалення, проникати в ядро кл\тини \ вбу-довуватись у фосфатний каркас ДНК, п\двищувати р\вень активних форм кисню, впливати на процеси апоптозу. Зм\нюючи ц\л\сн\сть ядра, вони можуть формувати внутр\шньоядерн\ б\лков\ скупчення, що, в свою чергу, викликае пригн\чення реакц\й ре-пл\кац\|, транскрипц\! \ прол\ферацп [6,9,12]. Проте, питання про б\олог\чн\ ефекти наночастинок Si02 ¡п vivo при пероральному надходженн\ в орган\зм ви-вчено недостатньо. У зв'язку з цим досл\дження токсичност\ наноструктурного д\оксиду кремн\ю представляв великий \нтерес як для вир\шення фун-даментальних проблем нанотоксиколог\|, так \ для практики г\г\ен\чного нормування.
Метою дано! роботи було досл\дити морфоло-г\чн\ зм\ни печ\нки, нирок \ селез\нки п\ддосл\дних щур\в за умов внутр\шньошлункового введення наночастинок Si02.
Об'ект I методи досл1дження. Досл\ди проведено на 20 безпородних б\лих щурах-самцях масою 150-160 г, яких утримували на стандартному рац\оы в\вар\ю. Ус\ тварини перебували в однакових умовах \ досл\джувалися в один \ той же час (збер\галась се-зонн\сть \ час доби). Вс\ ман\пуляц\! з експеримен-тальними тваринами проводили \з дотриманням
правил в\дпов\дно до «бвропейсько! конвенц\! про захист хребетних тварин, що використовуються для досл\дних та \нших наукових ц\лей» [10] та «Науково-практичних рекомендац\й з утримання лаборатор-них тварин та роботи з ними» [7].
П\ддосл\дних тварин було под\лено на так\ групи: 1-ша - \нтактн\ щури (контроль); 2-га - щури, яким щоденно внутр\шньошлунково вводили колоУдний розчин наночастинок Si02 в доз\ 50 мг/кг маси т\ла тварини протягом 3-х тижн\в [8]. 1нтактним твари-нам щоденно внутр\шньошлунково вводили в\дпо-в\дну к\льк\сть ф\з\олог\чного розчину. Евтаназ\ю щур\в зд\йснювали шляхом кровопускання за умов т\опентал-натр\евого наркозу через 21 добу в\д початку досл\ду.
В експеримент\ використовували аморфний на-нопорошок д\оксиду кремн\ю ^Ю2, 99+%, 20-30 пт) виробництва «1^ РеБеагоИ Nanomaterials, 1пс.» (США). Диспергування наночастинок в дистильова-н\й вод\ проводили за допомогою ультразвукового диспергатора УЗДН-М750Т (20-25 кГц, 750 Вт) про-тягом 5 хв.
Матер\алом для морфолог\чних досл\джень стали фрагменти печ\нки, нирок та селез\нки.
Для зд\йснення г\столог\чного досл\дження мате-р\ал (шматочки печ\нки, нирок, селез\нки) ф\ксували в 10 %-му розчин\ забуференого нейтрального фор-мал\ну. Подальше проведення г\столог\чних препа-рат\в зд\йснювалося зг\дно загальноприйнятих методик [5]. Виготовлення сер\йних параф\нових зр\з\в товщиною 4-6 мкм проводилося на санному м\кро-том\. Фарбування препарат\в зд\йснювалося гема-токсил\ном \ еозином.
Для фотодокументацп зображення з г\столог\ч-них препарат\в виводили на мон\тор комп'ютера за допомогою м\кроскопа йе^а 0ptiоal та цифрово! в\деокамери ^д^! Camera SCM0S) за допомогою програмного забезпечення ToupWiew при р\зних зб\льшеннях.
Результати досл1джень та "Гх обговорення. Г\столог\чне досл\дження печ\нки експеримен-тально! групи тварин, яким щоденно внутр\шньош-лунково вводили коло!дний розчин наночастинок Si02, встановило незначне вогнищеве порушення !! структурно! орган\зац\!. Будова часточки не пошко-джувалась. Балкова орган\зац\я гепатоцит\в зали-шалась збереженою. Центральн\ вени та синусо!дн1
катляри дещо розширювались, в IX просв\тах в\зу-ал\зувались поодинок\ макрофаги (рис. 1). Др\б-новогнищева ретикулоендотел\альна \нф\льтрац\я виявлялась переважно центролобулярно \ незначно по ходу розширених синусоУд\в (рис. 2). Структура переважноУ б\льшост\ гепатоцит\в була однор\дною, контури кл\тин залишалися ч\ткими. Цитоплазма окремих кл\тин дещо просв\тлювалась, мала др\бно-зернист\ включення, що св\дчило про розвиток в них б\лковоУ г\ал\ново-крапельноУ дистроф\У. В частини ядер гепатоцит\в формувалась зернист\сть хроматину. М\жкл\тинн\ зв'язки залишались збережени-ми. Навколо поодиноких дистроф\чно-ушкоджених гепатоцит\в, переважно центролобулярноУ зони, виявлялись г\пертрофован\ кл\тини або двоядерн гепатоцити (рис. 1). Просв\ти портальних тракт\в незначно розширювались, в основному за рахунок вогнищевоУ периваскулярноУ л\мфо- та г\ст\оцитар-ноУ \нф\льтрац\У.
Рис. 1. Структура печшки тварини через 21 добу шсля введения наночастинок ЭЮ2. (Поодинок двоядерш гепатоцити). Забарвлення гематоксилшом та еозином. х 200.
Рис. 2. Структура печшки тварини через 21 добу шсля введення наночастинок ЭЮ2. (Нертномфне кровонаповнення центральних вен, вогнищева ретикулоендотел1альна ¡нфшьтрацт). Забарвлення гематоксилшом та еозином. х 200.
В к\рковому шар\ нирки спостер\галось II не-р\вном\рне кровонаповнення, яке проявлялось повнокров'ям артер\ол клубочк\в (рис. 3) та судин строми к\ркового та мозкового шар\в, поодинокими спазмами в судинах артер\ального русла строми та вогнищевими стазами м\кроциркуляторного русла. Б\льш\сть клубочк\в к\ркового шару мали п\двищене кровонаповнення, що в\зуально зб\льшувало роз-м\ри судинних клубочк\в. В просв\тах судин виявлялись дещо г\пертрофован\ ендотел\оцити. Просв\ти капсули зменшувались, поодинок\ нефроцити зо-вн\шнього листка капсули сплющувались, зазнавали дистроф\чних зм\н.
Рис. 3. Структура юркового шару нирки тварини через 21 добу шсля введення наночастинок ЭЮ2. (ЗбГльшення судинного клубочка за рахунок вираженого повнокров'я артерюл, вогнищев1 дистроф1чн1 зм1ни нефроцит1в).
Забарвлення гематоксилшом та еозином. х 200.
Незначн\ структурн\ зм\ни виявлялися \ в еп\те-л\У проксимальних та дистальних в\дд\л\в канальц\в. Еп\тел\й виглядав дещо набубняв\лим, м\сцями спо-стер\галася його ап\кальна десквамац\я. Цитоплазма незначноУ частини кл\тин була зернистою або вакуол\зованою. Нормохромн\ ядра в\зуал\зувались у переважноУ б\льшост\ кл\тин. Просв\ти канальц\в не розширювались, були в\льними в\д ексудату (рис. 4). Базальн\ мембрани канальц\в не пошкоджува-лись, в \нтерстиц\йн\й тканин\ розвивався пом\рний набряк.
В б\л\й пульп\ селез\нки спостер\галась др\бно-вогнищева г\перплаз\я л\мфоУдних фол\кул\в, яка проявлялась розширенням реактивних центр\в за рахунок г\перплаз\У бластних кл\тин у центрах роз-множення. В мант\йних зонах розвивалась незначна г\перплаз\я л\мфобласт\в, л\мфоцит\в та макрофаг\в, незначно зростала к\льк\сть сидерофаг\в з включен-нями гемосидерину, яка поеднувалась \з незначною \нтенсивн\стю апоптозу л\мфоцит\в (рис. 5).
В червон\й пульп\ просв\ти венозних синус\в практично не зм\нювались. Окрем\ ендотел\оцити сину-с\в зазнавали дистроф\чних зм\н. В ретикулярних волокнах дещо зб\льшувалась к\льк\сть сидерофа-г\в. Вогнищеве розширення \ м\сцями повнокров'я синусоУд\в поеднувалось з\ зб\льшенням к\ль-кост\ в\льно розташованих гранул гемосидерину
Pиc. 4. ^pyKrypa мoзкoвoгo rnapy ниpки твapини чepeз 21 дoбy пicля ввeдeння нaнoчacтинoк SiO2. (Збepeжeнa cтpyктypa бязяльниж мeмбpaн кяняль^в, мутнв ня6У6НЯВШНЯ пooдинoкиx нeфpoцитiв). Зaбapвлeння гeмaтoкcилiнoм тя eoзинoм. х 200.
Pиc. б. Бгля пульпэ ceлeзiнки твapини чepeз 21 дoбy пicля ввeдeння нaнoчacтинoк SiO2. (Дpiбнoвoгнищeвa гiпepплaзiя ЛГМФСГДНИЖ вoлiкyлiв, poзшиpeнням peaктивниx цeнтpiв ЗЯ paxyнoк гiпepплaзГГ блэ^ниж клГтин y цeнтpax poзмнoжeння). Зaбapвлeння гeмaтoкcилiнoм тя eoзинoм. х 200.
Pиc. б. Чepвoнa пульпя ceлeзiнки твapини чepeз 21 дoбy пюля ввeдeння нaнoчacтинoк SiO2. (Heзнaчнe збiльшeння кiлькocтi cидepoфaгiв мГЖ
peтикyляpними вoлoкнaми). Зaбapвлeння гeмaтoкcилiнoм ТЯ eoзинoм. х 200.
(pиc. б). В бiлiй пyльпi ceлeзiнки cпocтepiгaлacь дpiбнoвoгнищeвa гiпepплaзiя лiмфoÏдниx фoлiкyлiв. яка пpoявлялacь poзшиpeнням peaктивниx цeнтpiв за paxyнoк гiпepплaзiÏ блacтниx клiтин y цeнтpax poз-мнoжeння. В мaнтiйниx зoнax poзвивaлacь нeзнaчнa гiпepплaзiя лiмфoблacтiв, лiмфoцитiв та мaкpoфaгiв. нeзнaчнo зpocтaлa кiлькicть cидepoфaгiв з включeн-нями гeмocидepинy, яка пoeднyвaлacь iз нeзнaчнoю iнтeнcивнicтю aпoптoзy лiмфoцитiв.
В ocнoвi взaeмoдiÏ виcoкoдиcпepcниx дюгои-дiв кpeмнiю (нaнoчacтинoк) з бioмoлeкyлaми i бiooб'eктaми, в пepшy чepгy з мeмбpaнaми, закла-дeний мexaнiзм Ïx aктивнoÏ aдcopбцiÏ на пoвepxнi кгм-тин, здiйcнювaний, як пpийнятo вважати, в двi стади за yчacтю eлeктpocтaтичниx зв'язкiв, нaдмeмбpaн-нoгo мaтpикcy i фocфoлiпiдiв влacнe мeмбpaни [4].
Ïepma cтaдiя - швидка aдcopбцiя нeгaтивнo за-pяджeниx нaнoчacтoк клiтиннoю пoвepxнeю чepeз чeтвepтиннi aмoнieвi гpyпи фocфoлiпiдiв, щo мютять лeцитин i cфiнгoмieлiн, з пoдaльшим змiцнeнням цьoгo кoнтaктy вoднeвими зв'язками i ^лами ван-дep-вaaльcoвoгo тяжЫня. Дpyгa cтaдiя cyпpoвoджy-eтьcя дeнaтypaцieю мeмбpaнниx пpoтeÏнiв, cтyпiнь виpaжeнocтi яга'! зaлeжить вiд cпiввiднoшeння poз-мipiв нaнoчacтинoк i пpoтeÏнoвиx мoлeкyл, щo пpи-звoдить дo aктивaцiÏ i пoдaльшoÏ зaгибeлi чacтини клiтин вна^^к пopyшeння тpaнcмeмбpaннoгo ви-бipкoвoгo тpaнcпopтy ioнiв.
У дocлiдax in vitro вcтaнoвлeнo здaтнicть нaнoчac-тинoк ^л^у викликати гeмoлiз epитpoцитiв, впли-вати на активнють глaдкиx клiтин eкcyдaтy чepeвнoÏ пopoжнини щypiв i i^io здaтнicть дo виживання в кopoткocтpoкoвiй кyльтypi, блoкyвaти cпeцифiчнi pe-цeптopи лiмфoцитiв пepифepичнoÏ кpoвi. Öi eфeкти poзглядaютьcя aвтopaми як пpямa мeмбpaнoтoкcич-на дiя нaнoчacтинoк дioкcидy кpeмнiю, якe peaлiзy-eтьcя пpи бeзпocepeдньoмy кoнтaктi з кJliтинaми [4].
Ряд дocлiдникiв cтвepджyють [1,9], щo нaнoчac-тинки, пoтpaпляючи в opгaнiзм, здатн пoшкoджyвa-ти бioмeмбpaни, впливати на функцп бioмoлeкyл, в тoмy чиогм мoлeкyл гeнeтичнoгo aпapaтy клiтини й кëiтинниx opгaнeл (мiтoxoндpiй), щo пpизвoдить дo пopyшeння peгyлятopниx пpoцeciв i зaгибeлi клiти-ни. Mexaнiзм впливу нaнooб'eктiв на живi cтpyктypи пoв'язaний з yтвopeнням в Ïx пpиcyтнocтi вiльниx paдикaлiв, в тoмy чиот пepгiдpaтiв, а тaкoж з ви-никнeнням кoмплeкciв з нyкJleÏнoвими шортами. Eфeкт для живoгo opгaнiзмy пpoявляeтьcя в poзви-тку зaпaльниx пpoцeciв в oкpeмиx opгaнax i тканина/ та знижeннi iмyнiтeтy.
Toкcичнicть нaнoчacтинoк зaлeжить вiд Ïx кoн-цeнтpaцiÏ, плoщi пoвepxнi, а тaкoж вщ cepeдoвищa. в якoмy вoни знaxoдятьcя. 3i змeншeнням poзмipiв чacтинoк го^ичн^ть зpocтae. Eкcпepимeнти cвiд-чать пpo здaтнicть нaнoчacтинoк з нeймoвipнoю Ter кicтю дoлaти зaxиcнi мexaнiзми i пepeпoни opгaнiз-му. Так, частки звичaйнoгo пилу в лeгeнi пoтpaпити нe мoжyть. Kлiтини так звaнoгo мигoтливoгo eпiтe-лiю, щo виcтилaють диxaльнi шляxи, зaбeзпeчeнi ocoбливими вoлocкaми-вiями, яю вивoдять чacтки пилу, щo пoтpaпили з пoвiтpям в лeгeнi, нaзoвнi [1]. Однак, y випадку з нaнoчacтинкaми вoни, oчeвиднo.
безсилг Усередин организму будь-яке сторонне тто Висновки
зустр1чае i нейтрал1зуе цта арм1я кттин ¡мунноУ сис- 1. Вплив наночастинок SiO2 викликае м^мальы
теми. Але наночастинки i тут виявляються практично структуры змЫи в печiнцi та нирках, якi проявляють-
невразливими. Проникаючи все далi, вони виклика- ся др^новогнищевими ураженнями епгге™альних
ють цший каскад бiохiмiчних реакцiй [1]. структур печшки та ниPок, вогнищевою макр°фа-
Отже, результати проведених нами морфолопч- гальною ш^ьфащею та нертно^рним кровона-
них дослiджень свiдчать про те, що у доотджуваних
повненням судин.
2. В селезшц дiя наночастинок дюксиду крем-органах тварин, яким щоденно внутрииньошлунково . . .
r r ' г ' нiю характеризуеться появою апоптозу л^фоцитт у
вводили коло1дний розчин наночастинок SiO2, в доз фолiкулах i, як наслiдок, компенсаторною пперпла-
50 мг/кг маси тiла тварини протягом 3-х тижнiв, вiд- зieю бластних ^¡тин у центрах розмноження.
мiчалися деякi незначнi змiни, порiвняно з контроль- Перспективи подальших дослщжень. У пер-
ною групою. При цьомузначних ефекпв, якi могли б спективi необхiдно дослiдити вплив наночастинок
бути Ытерпретоваы як шкiдливi (токсичнО, у вказа- SiO2 на основы бiохiмiчнi процеси в печiнцi, нирках
нм дозi не виявлено. i селезiнцi.
Л^ература
1. Abaeva L.F. Nanochastitsy i nanotekhnolohii v meditsyne sehodnia i zavtra / L.F Abayeva, V.I. Shumskii, Ye.N. Petrytskaya, D.A. Rohatkin, P.N. Liubchenko // Almanakh klinicheskoi meditsyny. - 2010. - № 22. - S. 10-16.
2. Zastosuvannia nanochastynok u biomedytsyni / P.H. Telehieeva, D.S. Yefremenko, H.D. Telehieev, S.S. Maliuta // Biotechnologia Acta. - 2013. - T. 6, № 2. - S. 21-32.
3. Klestova Z.S. Nanotekhnolohii ta bioryzyky (ohlyad literatury) / Z.S. Klestova, A.M. Holovko // Nauk.-tekhn. biul. In-tu biolohii tvaryn i Derzh. nauk.-doslid. kontrol. in-tu vetpreparativ ta kormovykh dobavok. - 2014. - Vyp. 15, № 2-2. - S. 329-339.
4. Meditsynskaya khimia i klinicheskoye primenenie dioksida kremnia / Pod red. A.A. Chuiko. — K.: Nauk. Dumka, 2003. — 230 s.
5. Metodyky morfolohichnykh doslidzhen: monohrafia / M.M. Bahrii, V.A. Dibrova, O.H. Popadynets, I.M. Hryshchuk; za red. M.M. Bahria, V.A. Dibrovy. - Vinnytsya: Nova knyha, 2016. - 328 s.
6. Nanochastynky: vazhlyvist siohodni, klasyfikatsia, vykorystannia v medytsyni, toksychnist / I.A. Bandas, I.Ya. Krynytska, M.I. Kulitska, M.M. Korda // Med. ta klinich. khimia. - 2015. - T. 17, № 3 (64). - S. 123-129.
7. Naukovo-praktychni rekomendatsii z utrymanna laboratornykh tvaryn ta roboty z nymy / Yu.M. Kozhemiakin, O.S. Khromov, M.A. Filonenko, H.A. Saifetdinova. - K.: Avitsena, 2002. - 156 s.
8. Poriadok i metody otsenki vozdeistvia iskusstvennykh nanochastits i nanomaterialov na toksicheskoye deistvie khimicheskikh veshchestv: metodicheskie rekomendatsii. MR 1.2.0054-11 / H.H. Onishchenko, V.A. Tutelian, I.V. Hmoshinskii [i dr.]. - M.: Federalnyi tsentr hihieny i epidemiolohii Rospotrebnadzora, 2011. - 39 s.
9. Chekman I.S. Nanohenotoksykolohia: vplyv nanochastynok na klitynu / I.S. Chekman, M.O. Hovorukha, A.M. Doroshenko // Ukr. med. chasop. - 2011. - № 1 (81), I/II. - S. 30-35.
10. European convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes. - Council of Europe, Strasbourg, 1986. - 56 p.
11. Mesoporous silica nanoparticles in nanotechnology / D. Douroumis, I. Onyesom, M. Maniruzzaman, J. Mitchell // Crit. Rev. Biotechnol. - 2013. — 33 (3). - P. 229-245. [PubMed]
12. Yang X. SiO2 nanoparticles induce cytotoxicity and protein expression alteration in HaCaT cells / X. Yang, J. Liu, H. He // Part Fibre Toxicol. - 2010. — 7, № 1. - P. 1-10.
13. Ying Zhu The biocompatibility of nanodiamonds and their application in drug delivery systems / Ying Zhu // The 7th International Nanotoxicology Congress «NanoTox2014»: materials of the conference. - Antalya, Turkey, 2014. - P. 256.
УДК 546.284-31-022.532-06:[611.36+611.61+611.41]-091.8-092.9
СТРУКТУРЫ ЗМ1НИ ПЕЧ1НКИ, НИРОК ТА СЕЛЕ31НКИ ЩУР1В ПРИ ДМ НАНОЧАСТИНОК Д1ОКСИДУ КРЕМН1Ю
Бандас I. А., Кулщька М. I., Корда М. М.
Резюме. У статп представлено результати морфолопчних змш печЫки, нирок i селезЫки щурiв при дм наночастинок дюксиду кремню. Встановлено, що вплив наночастинок SiO2 викликае м^мальы структур-н змши в печЫц та нирках, яю проявляються вогнищевою макрофагальною ^ф^тра^ею, нерiвномiрним кровонаповненням тканини. В селезЫ^ посилюеться гемосидероз червоноУ пульпи та дрiбновогнищева п-перплазiя лiмфоiдних фолкугмв бтоУ пульпи.
Кпючов1 слова: наночастинки, дюксид кремыю, щури, морфолопя, печшка, нирки, селезЫка.
УДК 546.284-31-022.532-06:[611.36+611.61+611.41]-091.8-092.9
СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПЕЧЕНИ, ПОЧЕК И СЕЛЕЗЕНКИ КРЫС ПРИ ДЕЙСТВИИ НАНОЧАСТИЦ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ
Бандас И. А., Кулицкая М. И., Корда М. М.
Резюме. В статье представлены результаты морфологических изменений печени, почек и селезенки крыс при действии наночастиц диоксида кремния. Установлено, что влияние наночастиц SiO2 вызывает минимальные структурные изменения в печени и почках, которые проявляются очаговой макрофагальной инфильтрацией, неравномерным кровенаполнением ткани. В селезенке усиливается гемосидероз красной пульпы и мелкоочаговая гиперплазия лимфоидных фолликулов белой пульпы.
Ключевые слова: наночастицы, диоксид кремния, крысы, морфология, печень, почки, селезенка.
UDC 546.284-31-022.532-06:[611.36+611.61+611.41]-091.8-092.9
STRUCTURAL CHANGES OF LIVER, KIDNEYS AND SPLEEN IN RATS AFFECTED WITH NANOPARTICLES OF SILICON DIOXIDE
Bandas I. A., Kulitska M. I., Korda M. M.
Abstract. High dispersible nanostructured amorphous silicon dioxide (SiO2) is one of the main types of nanomaterial. It is everincreasingly used in food and medicine production, pharmacology and cosmetology. Under certain conditions, nanoparticles can have unfavourable, even toxic effect on the body. Nano-SiO2 may also affect animal and human cells in vitro. Even in low doses SiO2 nanoparticles can increase the production of inflammatory mediators, penetrate the cell nucleus and integrate into the phosphate frame of DNA, increase the level of active oxygen forms, influence the apoptosis processes. Changing the integrity of nucleus they may form intranuclear protein assembly that causes inhibition of replication, transcription and proliferation reactions. However the biological effects of SiO2 nanoparticles in vivo in cases of oral intake have not been adequately studied. So, the study of nanostructured silicon dioxide toxicity is an urgent matter of nanotoxicology as well as of hygienic standardization.
The aim of the study was to investigate morphological changes in liver, kidneys and spleen of rats in cases of intragastrical administration of SiO2 nanoparticles.
20 white outbred rats, 150-160 g in weight, which were kept on a standard vivarium diet, were used for the experiments. All manipulations with experimental animals were carried out in accordance with the bioethics principles.
The test animals were divided into the following groups: the 1st - the intact rats (control); the 2nd - the rats administered intragastrically with nano-SiO2 colloidal solution at a dose of 50 mg/kg of body weight daily during 3 weeks. The intact animals were administered intragastrically with appropriate amount of normal saline daily. Euthanasia was performed by exsanguination under thiopental sodium anaesthesia in 21 days after the beginning of the experiment.
Fragments of liver, kidney and spleen were used as the material for morphological studies.
The histological examination of liver of the animals injected with SiO2 nanoparticles proved minor disorders that were manifested by uneven blood filling of great veins and sinusoids, and microfocal reticuloendothelial infiltration. In the cortex and medulla of kidneys moderate circulatory disorders developed, which were manifested by single stasis or spasms in blood vessels of arterial bed. Some of the cortical glomeruli experienced reduced blood filling or were ischemic; some hypertrophied endothelial cells were visualized in vessels lumens. Tubular basement membranes were not damaged; moderate oedema developed in interstitial tissues. In the white pulp of spleen a slight hyperplasia of lymphoid follicles was evidenced, which was manifested by the distention of reactive centres associated with hyperplasia of blast cells in germinal centres. Hyperplasia of red pulp was mainly associated with the increase in the number of sideroblasts and siderophages.
The conclusion was drawn that SiO2 nanoparticles cause minimal structural changes in liver, kidneys and spleen.
Keywords: nanoparticles, silicon dioxide, rats, morphology, liver, kidney, spleen.
Рецензент — проф. Врошенко Г. А.
Стаття надшшла 07.06.2017 року
