Ukr.Biochem.J. 2020; Том 92, № 4, липень-серпень, c. 45-54

doi: https://doi.org/10.15407/ubj92.04.045

Гепатотоксичність ТiО(2) за тривалого введення щурам

23.12.2020   Uncategorized   No comments

О. В. Цимбалюк, С. П. Весельський, А. М. Науменко, Т. Л. Давидовська,
І. С. Войтешенко, І. І. Чиж, В. А. Скришевський

Інститут високих технологій, Київський національний університет імені Тараса Шевченка;
e-mail: otsymbal@bigmir.net

Отримано: 30 березня 2020; Затверджено: 15 травня 2020

Порошок діоксиду титану (ТіО2), який використовується як білий барвник, довгий час вважався інертним матеріалом, незважаючи на накопичення його в тканинах печінки після проникнення в організм. Метою дослідження було оцінити біохімічні маркери функціонування печінки у плазмі крові та активність ATPази плазматичної мембрани еритроцитів за перорального введення суспензії наночастинок ТіО2 (0,1 мг/кг щодня) щурам Wistar протягом 30 та 100 днів. Показано значне підвищення активності аланінамінотрансферази та аспартатамінотрансферази, а також вмісту прямого, непрямого та зв’язаного білірубіну. Також встановлено вірогідне зменшення кон’югованих (таурохолевої, таурохенодезоксихолевої, тауродезоксихолевої, глікохолевої, глікохенодезоксихолевої та глікодезоксихолевої) і вільних (глікодезоксихолевої і дезоксихолевої) жовчних кислот у разі супутнього збільшення концентрації вільної холевої кислоти в плазмі крові щурів під час введення ТіО2, що вказувало на значне порушення пігментного обміну в печінці щурів. Під час введення ТіО2 спостерігалося значне пригнічення еритроцитарної плазматичної мембрани Мg2+-залежної, уабаїнчутливої Na+,K+-АТРази та уабаїннечутливої АТРази. Ці результати передбачають порушення процесів транспорту трансплазмалеми іонів та іонного гомеостазу клітин, індукований ТіО2.

Ключові слова: , , , , ,

Посилання:

  1. Song Y, Chen S. Janus nanoparticles: preparation, characterization, and applications. Chem Asian J. 2014;9(2):418-430. PubMed, CrossRef
  2. Trovato MC, Andronico D, Sciacchitano S, Ruggeri RM, Picerno I, Di Pietro A, Visalli G. Nanostructures: between natural environment and medical practice. Rev Environ Health. 2018;33(3):305-317. PubMed, CrossRef
  3. Proquin H, Jetten MJ, Jonkhout MCM, Garduño-Balderas LG, Briedé JJ, de Kok TM, van Loveren H, Chirino YI. Transcriptomics analysis reveals new insights in E171-induced molecular alterations in a mouse model of colon cancer. Sci Rep. 2018;8(1):9738.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  4. Xu F. Review of analytical studies on TiO2 nanoparticles and particle aggregation, coagulation, flocculation, sedimentation, stabilization. Chemosphere. 2018;212:662-677.  PubMed, CrossRef
  5. Weir A, Westerhoff P, Fabricius L, Hristovski K, von Goetz N. Titanium dioxide nanoparticles in food and personal care products. Environ Sci Technol. 2012;46(4):2242-2250.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  6. De Matteis V, Cascione M, Brunetti V, Toma CC, Rinaldi R. Toxicity assessment of anatase and rutile titanium dioxide nanoparticles: The role of degradation in different pH conditions and light exposure. Toxicol In Vitro. 2016;37:201-210. PubMed, CrossRef
  7. Bettini S, Boutet-Robinet E, Cartier C, Coméra C, Gaultier E, Dupuy J, Naud N, Taché S, Grysan P, Reguer S, Thieriet N, Réfrégiers M, Thiaudière D, Cravedi JP, Carrière M, Audinot JN, Pierre FH, Guzylack-Piriou L, Houdeau E. Food-grade TiO2 impairs intestinal and systemic immune homeostasis, initiates preneoplastic lesions and promotes aberrant crypt development in the rat colon. Sci Rep. 2017;7:40373. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  8. Tsymbalyuk OV, Naumenko AM, Rohovtsov OO, Skoryk MA, Voiteshenko IS, Skryshevsky VA, Davydovska TL. Titanium  Dioxide Modulation of the Contractibility of Visceral Smooth Muscles In Vivo. Nanoscale Res Lett. 2017;12(1):129. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  9. Tsymbalyuk OV, Naumenko AM, Skoryk MA, Nyporko AY, Davidovska TL, Skryshevsky VA. Histamine- and nicotine-stimulated modulations of mechanic activity of smooth muscles in gastrointestinal tract at the impact of nanosized TiO2 material. Biopolym Cell. 2016;32(2):140-149. CrossRef
  10. Naumenko AM, Dmytrenko OV, Shapoval LM, Tsymbalyuk OV, Sagach VF,  Davydovska TL. Effects of Injections of Nanostructured Titanium Dioxide into the Rat Medullary Nuclei Involved in Cardiovascular Control. Neurophysiology. 2018; 50(6): 409-414. CrossRef
  11. Khalili Fard J, Jafari S, Eghbal MA. A Review of Molecular Mechanisms Involved in Toxicity of Nanoparticles. Adv Pharm Bull. 2015;5(4):447-454.
    PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  12. Adverse Effects of Engineered Nanomaterials: Exposure, Toxicology, and impact on human health. Second Edition / Edited by Fadeel B., Pietroiusti A., Shvedova A.A., Elsevier, Academic Press, 2017, 468 p.
  13. Geraets L, Oomen AG, Krystek P, Jacobsen NR, Wallin H, Laurentie M, Verharen HW, Brandon EFA, de Jong WH. Tissue distribution and elimination after oral and intravenous administration of different titanium dioxide nanoparticles in rats. Part Fibre Toxicol. 2014; 11:30.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Abbasi-Oshaghi E, Mirzaei F, Pourjafar M. NLRP3 inflammasome, oxidative stress, and apoptosis induced in the intestine and liver of rats treated with titanium dioxide nanoparticles: in vivo and in vitro study. Int J Nanomedicine. 2019;14:1919-1936.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  15. Reitman S, Frankel S. A colorimetric method for the determination of serum glutamic oxalacetic and glutamic pyruvic transaminases. Am J Clin Pathol. 1957;28(1): 56-63. PubMed, CrossRef
  16. Jendrassik L, Grof P. Colorimetric Method of Determination of bilirubin. Biochem Z. 1938;297:81-82.
  17. Cohen PP, Thompson FL. Mechanism of the thymol turbidity test. J Lab Clin Med. 1947;32(5):475-480. PubMed
  18. A. c. № 441106614 USSR MTIS 01W33 / 50 Veselsky S.P., Lyashchenko P.S., Lukyanenko I.A. A method for determining bile acids in biological fluids. USSR No. 1624322 declared 25.01.1988, published 30.01.1991, bull. № 4 (In Russian)
  19. Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr AL, Randall RJ. Protein measurement with the Folin phenol reagent. J Biol Chem. 1951;193(1): 265-275. PubMed
  20. Tsymbalyuk OV, Kosterin SO, Rodik RV, Kalchenko VI. Comparative study in vitro and in vivo of the effects of calixarene C107 and oubaine on Na+, K+-ATPase activity in the plasma membranes of rat hepatocytes. Ukr Biokhim Zhurn. 2010;82(4):78-85. (In Ukrainian). PubMed
  21. Rathbun WB, Betlach MV. Estimation of enzymatically produced orthophosphate in the presence of cysteine and adenosine triphosphate. Anal Biochem. 1969; 28(1): 436-445. PubMed, CrossRef
  22. Hong J, Zhang Yu-Q. Murine liver damage caused by exposure to nano-titanium dioxide. Nanotechnology. 2016;27(11):112001. PubMed, CrossRef
  23. Hofmann AF, Hagey LR. Bile Acids: Chemistry, Pathochemistry, Biology, Pathobiology and Therapeutics. Cell Mol Life Sci. 2008;65(16): 2461-2483. PubMed, CrossRef
  24. Hoffmann WE, Solter PhF. in Clinical Biochemistry of Domestic Animals (Sixth Edition), Chapter 12 – Diagnostic Enzymology of Domestic Animals / Academic Press, 2008, P. 351-378.
    CrossRef
  25. De Ritis F, Giusti G, Piccinino F, Cacciatore L. Biochemical laboratory tests in viral hepatitis and other hepatic diseases. Evaluation and follow-up. Bull World Health Organ. 1965;32(1):59-72. PubMed, PubMedCentral
  26. Botros M, Sikaris KA. The de Ritis ratio: the test of time. Clin Biochem Rev. 2013;34(3):117-130. PubMed, PubMedCentral
  27. Tsymbaliuk OV, Kosterin SO. Na+,K+-ATPase, endogenous cardiotonic steroids and their transducing role. Ukr Biokhim Zhurn. 2012;84(1):5-17. (In Ukrainian). PubMed
  28. Yang J, Luo M, Tan Z, Dai M, Xie M, Lin J, Hua H, Ma Q, Zhao J, Liu A. Oral administration of nano-titanium dioxide particle disrupts hepatic metabolic functions in a mouse model. Environ Toxicol Pharmacol. 2017;49:112-118.  PubMed, CrossRef
  29. Kreyling WG, Holzwarth U, Schleh C, Kozempel J, Wenk A, Haberl N, Hirn S, Schäffler M, Lipka J, Semmler-Behnke M, Gibson N. Quantitative biokinetics of titanium dioxide nanoparticles after oral application in rats: Part 2. Nanotoxicology. 2017;11(4):443-453. PubMed, CrossRef
  30. Hong F, Yu X, Wu N, Zhang YQ. Progress of in vivo studies on the systemic toxicities induced by titanium dioxide nanoparticles. Toxicol Res. (Camb). 2017;6(2):115-133. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  31. Mohammadpour R, Dobrovolskaia MA, Cheney DL, Greish KF, Ghandehari H. Subchronic and chronic toxicity evaluation of inorganic nanoparticles for delivery applications. Adv Drug Deliv Rev. 2019;144:112-132. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  32. Shi H, Magaye R, Castranova V, Zhao J. Titanium dioxide nanoparticles: a review of current toxicological data. Part Fibre Toxicol. 2013;10:15.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  33. Shakeel M, Jabeen F, Qureshi NA, Fakhr-E-Alam M. Toxic Effects of Titanium Dioxide Nanoparticles and Titanium Dioxide Bulk Salt in the Liver and Blood of Male Sprague-Dawley Rats Assessed by Different Assays. Biol Trace Elem Res. 2016;173(2):405-426. PubMed, CrossRef
  34. Jia X, Wang S, Zhou L, Sun L. The Potential Liver, Brain, and Embryo Toxicity of Titanium Dioxide Nanoparticles on Mice. Nanoscale Res Lett. 2017;12(1):478. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  35. Słomka M, Szczerbo-Trojanowska M, Celiński K, Skrzydło-Radomańska B. [Evaluation of the consequences of hepatic artery embolization under experimental conditions. Ann Univ Mariae Curie Sklodowska Med. 1991;46:81-87. (In Polish). PubMed
  36. Li Y, Yan J, Ding W, Chen Y, Pack LM, Chen T. Genotoxicity and gene expression analyses of liver and lung tissues of mice treated with titanium dioxide nanoparticles. Mutagenesis. 2017;32(1):33-46. PubMed, CrossRef
  37. Chen T, Yan J, Li Y. Genotoxicity of titanium dioxide nanoparticles. J Food Drug Anal. 2014;22(1):95-104. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  38. Shalan H, Kato M, Cheruzel L. Keeping the spotlight on cytochrome P450. Biochim Biophys Acta Proteins Proteom. 2018;1866(1):80-87. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  39. Natarajan V, Wilson CL, Hayward SL, Kidambi S. Titanium Dioxide Nanoparticles Trigger Loss of Function and Perturbation of Mitochondrial Dynamics in Primary Hepatocytes. PLoS One. 2015;10(8):e0134541. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  40. Hong F, Si W, Zhao X, Wang L, Zhou Y, Chen M, Ge Y, Zhang Q, Wang Y, Zhang J. TiO2 Nanoparticle Exposure Decreases Spermatogenesis via Biochemical Dysfunctions in the Testis of Male Mice. J Agric Food Chem. 2015;63(31):7084-7092. PubMed,  CrossRef
  41. Hu R, Gong X, Duan Y, Li N, Che Y, Cui Y, Zhou M, Liu C, Wang H, Hong F. Neurotoxicological effects and the impairment of spatial recognition memory in mice caused by exposure to TiO2 nanoparticles.  Biomaterials. 2010;31(31):8043-8050. PubMed, CrossRef
  42. Yu X, Hong F, Zhang YQ. Cardiac inflammation involving in PKCε or ERK1/2-activated NF-κB signalling pathway in mice following exposure to titanium dioxide nanoparticles. J Hazard Mater. 2016;313:68-77. PubMed, CrossRef
  43. Garduño-Siciliano L, Labarrios F, Tamariz J, Moreno MG, Chamorro G, Muriel P. Effect of alpha-asarone and a derivative on lipids, bile flow and Na+/K+-ATPase in ethinyl estradiol-induced cholestasis in the rat. Fundam Clin Pharmacol. 2007;21(1):81-88. PubMed, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.