Subchronická inhalace nanočástic TiO2 vede u myší k akumulaci v plicích a ke změnám v morfologii erytrocytů

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00027162%3A_____%2F24%3AN0000181" target="_blank" >RIV/00027162:_____/24:N0000181 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Subchronická inhalace nanočástic TiO2 vede u myší k akumulaci v plicích a ke změnám v morfologii erytrocytů

Popis výsledku v původním jazyce

Nanočástice TiO2 jsou široce využívány v nejrůznějších aplikacích, a proto je výzkum jejich účinků stále aktuální. Tato práce prezentuje data z unikátní inhalační studie provedené na myších (kmen ICR, samice). Koncentrace nanočástic TiO2 (geometrický průměr 30.3 nm) v inhalační komoře byla výrazně nižší (130,8 µg/m3) ve srovnání se staršími studiemi. Inhalace probíhala kontinuálně po dobu 11 týdnů, 24 hod/den. Cílem práce bylo ověřit distribuci nanočástic TiO2 v plicích, v dalších parenchymatózních orgánech (slezina, játra a ledviny), ale i na erytrocytech, a to pomocí elektronové mikroskopie s využitím EDX analýzy, katodoluminiscence (CL) a nanokrystalické práškové difrakce (PNBD - Powder NanoBeam Diffraction). Součástí byla i histopatologická analýza. Tato jedenáctitýdenní studie na myších potvrdila in vivo přítomnost nanočástic TiO2 v plicních makrofázích a v pneumocytech typu II, včetně jejich intracelulární lokalizace. Podle toho, co je nám známo, tato studie přináší poprvé in vivo evidenci změn v morfologii erytrocytů myší po inhalaci nanočástic TiO2. Jednalo se zejména o výskyt echinocytů a stomatocytů, které byly identifikovány po expozici různými nanočásticemi dosud pouze ve studiích in vitro. Pomocí katodoluminiscence byla potvrzena přítomnost nanočástic TiO2 na erytrocytech, což naznačuje možnost jejich systémové dostupnosti. Na ultratenkých řezech jater, ledvin a sleziny byly prostřednictvím elektronové mikroskopie nalezeny nanočástice vyskytující se i ve větším množství, ve větších shlucích. Nejednalo se však o nanočástice TiO2; ty nebyly v těchto orgánech EDX analýzou ani katodoluminiscencí potvrzeny. Titan byl detekován pouze v ledvinách ve velmi nízkém množství blížícímu se detekčnímu limitu (0,05 váhových %). EDX analýza ukázala, že se jedná o nanočástice železa. Pokud se železo vyskytuje ve zvýšeném množství, bývá v buňkách uchováváno ve formě hemosiderinu. Vyšší výskyt nanočástic železa v těchto orgánech exponovaných myší může být důsledkem hemolýzy poškozených erytrocytů. Histopatologická analýza také potvrdila hyperémii a zvýšené množství hemosiderinu zejména ve slezině, ale i v ledvinách. Přínos této in vivo inhalační studie, která se zabývá distribucí nanočástic TiO2 ve vybraných orgánech myší, spočívá v použití nižších koncentrací nanočástic TiO2, než bývá v inhalačních studiích běžné. Tato práce ukázala úspěšné metodické uplatnění analýz CL a PNBD, dosud v nanotoxikologii používaných sporadicky. Nanočástice TiO2 byly nalezeny pouze v plicích a na erytrocytech, ale ne v dalších orgánech. Změny v morfologii erytrocytů, které jsou pravděpodobně následkem inhalační expozice nanočásticím TiO2 byly poprvé identifikovány in vivo. V neposlední řadě studie zdůrazňuje důležitost identifikace prvkového složení nanočástic tak, aby nedocházelo k mylným interpretacím výsledků. Poděkování: Podpořeno Ministerstvem zemědělství ČR (DKVRO RO 0523) a Grantovou agenturou ČR (projekt č. 24-10051S).

Název v anglickém jazyce

Subchronic inhalation of TiO2 nanoparticles leads to their accumulation in lungs and to changes in morphology of erythrocytes in mice

Popis výsledku anglicky

"TiO2 nanoparticles (NPs) are extensively used in various applications, highlighting the importance of ongoing research into their effects. This work belongs among rare whole-body inhalation studies investigating the effects of TiO2 NPs on mice (ICR line, females). Unlike previous studies, the concentration of TiO2 NPs in the inhalation chamber (130.8 µg/m3) was significantly lower. The aim of this study was to detect the distribution of TiO2 NPs in lungs, in other parenchymatous organs (spleen, liver, and kidney), but also on erythrocytes by using the electron microscopy with the energy dispersed X-ray spectroscopy (EDX), cathodoluminescence (CL), and detailed diffraction pattern analysis using Powder NanoBeam Diffraction (PNBD). Histopathological analysis was included as well. This 11-week study on mice confirmed in vivo the presence of TiO2 NPs in lung macrophages and type II pneumocytes including their intracellular localization. To our knowledge, this study reports the alterations in erythrocyte morphology, with evidence of echinocytes and stomatocytes for the first time in vivo following the inhalation of TiO2 NPs in mice. The detection of TiO2 NPs on erythrocytes through CL analysis suggested their potential systemic availability. We detected nanoparticles in larger clusters on ultrathin sections of liver, kidney, and spleen by using electron microscopy. However, these nanoparticles were not TiO2, as Ti was not confirmed in these organs by EDX and CL analysis. Ti was detected in very small amount near the detection limit (0.05 weight %) only in kidney. EDX analysis showed these NPs consisted of iron, which is stored in cells in the form of hemosiderin if occurring in increased amount. This might result from hemolysis of damaged erythrocytes. Histopathological analysis moreover confirmed hyperaemia and the increased amount of hemosiderin in spleen and kidney. The novelty of this study, focusing on the distribution of TiO2 NPs in selected murine organs, consists in the use of lower levels of TiO2 NPs than commonly used in inhalation studies. This work showed succesful employment of CL and PNBD analysis, used sporadically in nanotoxicology. TiO2 NPs were found only in lungs and erythrocytes, but not in other organs. Alterations in erythrocyte morphology potentionally resulting from inhalation exposure to TiO2 NPs were identified for the first time in vivo. Last but not least, the study emphasizes the importance of identifying the elemental composition of nanoparticles in order to prevent the misinterpretation of the results. Acknowledgement: This study was supported by the Ministry of Agriculture of the Czech Republic (project No. RO0523) and by the Czech Science Foundation (project No. 24-10051S)."

Druh

O - Ostatní výsledky

CEP obor

—

OECD FORD obor

30108 - Toxicology

Projekt

—

Návaznosti

I - Institucionalni podpora na dlouhodoby koncepcni rozvoj vyzkumne organizace

Rok uplatnění

2024

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů