View More View Less
  • 1 Szegedi Tudományegyetem, Szeged, Dóm tér 10., 6720
  • 2 Szegedi Tudományegyetem, Szeged
  • 3 Szegedi Tudományegyetem, Szeged
  • 4 Szegedi Tudományegyetem, Szeged
Open access

Absztrakt:

Bevezetés: Napjainkban a nanotechnológia intenzív terjedésével nő a munkahelyi és lakossági nanorészecske-expozíció veszélye. Jelenleg azonban kevés tudományosan megalapozott, ellentmondásmentes ismeret áll rendelkezésre a nehézfém nanorészecskék toxicitásáról és potenciális egészségkárosító hatásairól. Célkitűzés: Szubakut, intratrachealisan instillált, pálcika alakú titán-dioxid (TiO2)-nanorészecskék indukálta tüdőszövet-károsodás vizsgálata morfológiai, kémiai és biokémiai módszerekkel, patkánymodellben. Módszer: Az általános toxicitást (test- és szervtömegváltozás), a lokális (alveolaris üregekben/epithelben, hilusi nyirokcsomóban zajló) akut és krónikus celluláris toxicitást (gyulladás, sejtpusztulás), továbbá az oxidatív stresszt fény- és elektronmikroszkópiával, valamint biokémiai (lipidperoxidáció, reaktívoxigén-gyök, proinflammatoricus citokin expressziója) úton mértük. Eredmények: A kezelt csoportok testtömegében dózis- és időfüggő eltérés nem volt, azonban a tüdők tömege és Ti-tartalma a dózissal arányosan nőtt. A tüdőszövet fény- és elektronmikroszkópos vizsgálata igazolta a nanorészecskék jelenlétét az alveolaris térben szabadon és az alveolaris epitheltől független macrophagok phagosomáiban. A lokális akut alveolitis krónikussá válását alátámasztotta az alveolaris régió macrophagszámának dózisfüggő növekedése, az interstitium ödémája és megvastagodása, valamint egyes proinflammatoricus citokinek (interleukin-1a, LIX, L-szelektin, vascularis endothelialis növekedési faktor) fokozott expressziója. A kezelt állatok tüdőszövetében az oxidatív stressz és a lipidperoxidáció jelentősen fokozódott. A kezelt tüdők tömege, Ti-tartalma és a lipidperoxidáció mértéke között korrelációt találtunk. Az alveolaris epithel-capillaris endothel barrier elégtelenségére utaltak a nanorészecskékkel telt falósejtek a hilusi nyirokcsomóban, ami felveti a nanorészecskék szisztémás keringésbe és távolabbi szervekbe jutásának és akut szisztémás gyulladás kialakulásának lehetőségét. Következtetés: Az alsó légutakba jutott TiO2-nanorészecskék etiológiai tényezőként szerepelhetnek az akut, illetve idült légúti gyulladással és/vagy progrediáló fibrosissal és obstrukcióval járó légzőszervi betegségek (például idült obstruktív tüdőbetegség, asztma) kialakulásában és/vagy progressziójában, melyben jelentősége lehet az autophagiának és az immunválasz (lymphocytaműködés) károsodásának. Orv Hetil. 2019; 160(2): 57–66.

If the inline PDF is not rendering correctly, you can download the PDF file here.

  • 1

    Buzea C, Pacheco II, Robbie K. Nanomaterials and nanoparticles: sources and toxicity. Biointerphases 2007; 2: MR17–MR71.

  • 2

    Keller AA, McFerran S, Lazareva A, et al. Global life cycle releases of engineered nanomaterials. J Nanopart Res. 2013; 15: 1692.

  • 3

    Oberdörster G, Oberdörster E, Oberdörster J. Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environ Health Perspect. 2005; 113: 823–839.

  • 4

    European Agency for Safety and Health at Work. Expert forecast on emerging chemical risks related to occupational safety and health. Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg, 2009.

  • 5

    Kreyling WG, Semmler-Behnke M, Möller W. Health implications of nanoparticles. J Nanoparticle Res. 2006; 8: 543–562.

  • 6

    Pándics T. Clinical application of nanoparticles, and their possible health risk. [A nanorészecskék klinikai alkalmazási lehetőségei és lehetséges veszélyei.] Orv Hetil. 2008; 149: 1785–1790. [Hungarian]

  • 7

    Shi H, Magaye R, Castranova V, et al. Titanium dioxide nanoparticles: a review of current toxicological data. Part Fibre Toxicol. 2013; 10: 15.

  • 8

    Chen J, Poon CS. Photocatalytic construction and building materials: from fundamentals to applications. Building Environ. 2009; 44: 1899–1906.

  • 9

    Shakeel M, Jabeen F, Shabbir S, et al. Toxicity of nano-titanium dioxide (TiO2-NP) through various routes of exposure: a review. Biol Trace Elem Res. 2016; 172: 1–36.

  • 10

    Liao CM, Chiang YH, Chio CP. Model-based assessment for human inhalation exposure risk to airborne nano/fine titanium dioxide particles. Sci Total Environ. 2008; 407: 165–177.

  • 11

    Boffetta P, Gaborieau V, Nadon L, et al. Exposure to titanium dioxide and risk of lung cancer in a population-based study from Montreal. Scand J Work Environ Health 2001; 27: 227–232.

  • 12

    Hext PM, Tomenson JA, Thompson P. Titanium dioxide: inhalation toxicology and epidemiology. Ann Occup Hyg. 2005; 49: 461–472.

  • 13

    Lee KP, Trochimowicz HJ, Reinhardt CF. Pulmonary response of rats exposed to titanium dioxide (TiO2) by inhalation for two years. Toxicol Appl Pharmacol. 1985; 79: 179–192.

  • 14

    Garabant DH, Fine LJ, Oliver C, et al. Abnormalities of pulmonary function and pleural disease among titanium metal production workers. Scand J Work Environ Health 1987; 13: 47–51.

  • 15

    Kwon S, Yang YS, Yang HS, et al. Nasal and pulmonary toxicity of titanium dioxide nanoparticles in rats. Toxicol Res. 2012; 28: 217–224.

  • 16

    Noël A, Charbonneau M, Cloutier Y, et al. Rat pulmonary responses to inhaled nano-TiO2: effect of primary particle size and agglomeration state. Part Fibre Toxicol. 2013; 10: 48.

  • 17

    Orosz L, Papanicolaou EG, Seprényi G, et al. IL-17A and IL-17F induce autophagy in RAW 264.7 macrophages. Biomed Pharmacother. 2016; 77: 129–134.

  • 18

    Stern ST, Adiseshaiah PP, Crist RM. Autophagy and lysosomal dysfunction as emerging mechanisms of nanomaterial toxicity. Part Fibre Toxicol. 2012; 9: 20.

  • 19

    Wang Y, Yao C, Ding L, et al. Enhancement of the immune function by titanium dioxide nanorods and their application in cancer immunotherapy. J Biomed Nanotechnol. 2017; 13: 367–380.

  • 20

    Kulkarni M, Mazare A, Gongadze E, et al. Titanium nanostructures for biomedical applications. Nanotechnology 2015; 26: 062002.

  • 21

    Dastjerdi R, Montazer M. A review on the application of inorganic nano-structured materials in the modification of textiles: focus on anti-microbial properties. Colloids Surf B Biointerfaces 2010; 79: 5–18.

  • 22

    Murphy FA, Schinwald A, Poland CA, et al. The mechanism of pleural inflammation by long carbon nanotubes: interaction of long fibres with macrophages stimulates them to amplify pro-inflammatory responses in mesothelial cells. Part Fibre Toxicol. 2012; 9: 8.

  • 23

    Oszlánczi G, Horváth E, Szabó A, et al. Subacute exposure of rats by metal oxide nanoparticles through the airways: general toxicity and neuro-functional effects. Acta Biol Szeged. 2010; 54: 165–170.

  • 24

    Kálomista I, Kéri A, Galbács G. On the applicability and performance of the single particle ICP-MS nano dispersion characterization method in cases complicated by spectral interferences. J Anal At Spectrom. 2016; 31: 1112–1122.

  • 25

    Beauchemin D. Inductively coupled plasma mass spectometry, methods. In: Lindon J, Tranter GE, Koppenaal G. (eds.) Encyclopedia of spectroscopy and spectrometry (3rd edn.). Academic Press, Oxford, 2016; pp. 236–245.

  • 26

    Serbinova E, Khwaja S, Reznick AZ, et al. Thioctic acid protects against ischemia-reperfusion injury in the isolated perfused Langendorff heart. Free Radic Res Commun. 1992; 17: 49–58.

  • 27

    Beers RF Jr, Sizer IW. Catalase assay with special reference to manometric methods. Science 1953; 117: 710–712.

  • 28

    Schneider CA, Rasband WS, Eliceiri KW. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat Methods 2012; 9: 671–675.

  • 29

    Białas AJ, Sitarek P, Miłkowska-Dymanowska J, et al. The role of mitochondria and oxidative/antioxidative imbalance in pathobiology of chronic obstructive pulmonary disease. Oxid Med Cell Longev. 2016; 2016: 7808576.

  • 30

    Migliore L, Uboldi C, Di Bucchianico S, et al. Nanomaterials and neurodegeneration. Environ Mol Mutagen. 2015; 56: 149–170.

  • 31

    Calenic B, Miricescu D, Greabu M, et al. Oxidative stress and volatile organic compounds: interplay in pulmonary, cardio-vascular, digestive tract systems and cancer. Open Chem. 2015; 13: 1020–1030.

  • 32

    Domej W, Oettl K, Renner W. Oxidative stress and free radicals in COPD – implications and relevance for treatment. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2014; 9: 1207–1224.

  • 33

    Ling MP, Chio CP, Chou WC, et al. Assessing the potential exposure risk and control for airborne titanium dioxide and carbon black nanoparticles in the workplace. Environ Sci Pollut Res Int. 2011; 18: 877–889.

  • 34

    Oyabu T, Morimoto Y, Hirohashi M, et al. Dose-dependent pulmonary response of well-dispersed titanium dioxide nanoparticles following intratracheal instillation. J Nanopart Res. 2013; 15: 1600.

  • 35

    Morimoto Y, Izumi H, Kuroda E. Significance of persistent inflammation in respiratory disorders induced by nanoparticles. J Immunol Res. 2014; 2014: 962871.

  • 36

    Erdő F, Hutka B, Dénes L. Function, aging and dysfunction of blood–brain barrier. Crossing the barrier. [A vér–agy gát működése, öregedése és diszfunkciója. Átjutás a barrieren.] Orv Hetil. 2016; 157: 2019–2027. [Hungarian]

  • 37

    Thompson EA, Sayers BC, Glista-Baker EE, et al. Innate immune responses to nanoparticle exposure in the lung. J Environ Immunol Toxicol. 2014; 1: 150–156.

  • 38

    Sayes CM, Wahi R, Kurian PA, et al. Correlating nanoscale titania structure with toxicity: a cytotoxicity and inflammatory response study with human dermal fibroblasts and human lung epithelial cells. Toxicol Sci. 2006; 92: 174–185.

  • 39

    Cohignac V, Landry MJ, Boczkowski J, et al. Autophagy as a possible underlying mechanism of nanomaterial toxicity. Nanomaterials 2014; 4: 548–582.

  • 40

    Boland S, Hussain S, Baeza-Squiban A. Carbon black and titanium dioxide nanoparticles induce distinct molecular mechanisms of toxicity. WIREs Nanomed Nanobiotechnol. 2014; 6: 641–652.

  • 41

    Yoshiura Y, Izumi H, Oyabu T, et al. Pulmonary toxicity of well-dispersed titanium dioxide nanoparticles following intratracheal instillation. J Nanopart Res. 2015; 17: 241.

  • 42

    Caramori G, Adcock IM, Di Stefano A, et al. Cytokine inhibition in the treatment of COPD. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2014; 9: 397–412.

  • 43

    Farrera C, Fadeel B. It takes two to tango: understanding the interactions between engineered nanomaterials and the immune system. Eur J Pharm Biopharm. 2015; 95: 3–12.

  • 44

    Yazdi AS, Guarda G, Riteau N, et al. Nanoparticles activate the NLR pyrin domain containing 3 (Nlrp3) inflammasome and cause pulmonary inflammation through release of IL-1α and IL-1β. Proc Natl Acad Sci USA 2010; 107: 19449–19454.

  • 45

    Penttinen P, Timonen KL, Tiittanen P, et al. Ultrafine particles in urban air and respiratory health among adult asthmatics. Eur Respir J. 2001; 17: 428–435.