zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2018-11-10-16zurniimtpe-1269Research ArticleСТАТЬИARTICLESГенотоксический эффект воздействия некоторых элементных или элементнооксидных наночастиц и его ослабление комплексом биопротекторовGenotoxic effect of some elemental or element oxide nanoparticles and its diminution by bioprotectors cоmbinationhttps://orcid.org/0000-0002-1749-7642СутунковаМ. П.SutunkovaMarina P.

Сутункова Марина Петровна - ст. науч. сотр., зав. лаб. токсикологии окружающей среды

ул. Попова, 30, Екатеринбург, 620014

marinasutunkova@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6819-3185МакеевО. Г.MakeyevOleg G.

Макеев Олег Германович - зав. лаб. клеточной и генной терапии, Институт медицинских клеточных технологий

ул. Репина, 3, Екатеринбург, 620028

ommt305@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1442-6737ПриваловаЛ. И.PrivalovaLarisa I.

Привалова Лариса Ивановна - гл. науч. сотр., зав. лаб. научных основ биопрофилактики

ул. Попова, 30, Екатеринбург, 620014

30, Popova Str., Ekaterinburg, 620014

privalovali@yahoo.comhttps://orcid.org/0000-0002-0097-7845МинигалиеваИ. А.MinigaliyevaIl’zira A.

Минигалиева Ильзира Амировна - ст. науч. сотр., зав. лаб. пром. токсикол.

ул. Попова, 30, Екатеринбург, 620014

30, Popova Str., Ekaterinburg, 620014

ilzira@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6475-7753ГурвичВ. Б.GurvichVladimir B.

Гурвич Владимир Борисович - директор

ул. Попова, 30, Екатеринбург, 620014

30, Popova Str., Ekaterinburg, 620014

gurvich@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8580-403XСоловьеваС. Н.Solov’yovaSvetlana N.

Соловьева Светлана Николаевна - мл. науч. сотр. отд. токсикол. и биопроф.

ул. Попова, 30, Екатеринбург, 620014

30, Popova Str., Ekaterinburg, 620014

lab523@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0927-4062КлиноваС. В.KlinovaSvetlana V.

Клинова Светлана Владиславовна - мл. науч. сотр. отд. токсикол. и биопроф.

ул. Попова, 30, Екатеринбург, 620014

30, Popova Str., Ekaterinburg, 620014

klinovasv@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8902-0416РузаковВ. О.RuzakovVadim O.

Рузаков Вадим Олегович - науч. сотр. отд. мед. тр.

ул. Попова, 30, Екатеринбург, 620014

30, Popova Str., Ekaterinburg, 620014

ruzakov_vo@66.rospotrebnadzor.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5114-6104КоротковА. В.KorotkovArtyom V.

Коротков Артем Владимирович - вед. науч. сотр. Институт медицинских клеточных технологий

ул. Репина, 3, Екатеринбург, 620028

3, Repina Str., Ekaterinburg, 620028

ommt305@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1981-4330ШуманЕ. А.ShumanEvgeniy A.

Шуман Евгений Александрович - мл. науч. сотр. Институт медицинских клеточных технологий

ул. Репина, 3, Екатеринбург, 620028

3, Repina Str., Ekaterinburg, 620028

ommt305@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8750-9624КацнельсонБ. А.KatsnelsonBoris A.

Кацнельсон Борис Александрович - зав. отд. токсикол. и биопроф.

ул. Попова, 30, Екатеринбург, 620014

30, Popova Str., Ekaterinburg, 620014

bkaznelson@etel.ruФБУН «Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» РоспотребнадзораРоссияEkaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection of Industrial WorkersRussian FederationФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет»РоссияUral State Medical UniversityRussian Federation2018160220190111016Copyright © Сутункова М.П., Макеев О.Г., Привалова Л.И., Минигалиева И.А., Гурвич В.Б., Соловьева С.Н., Клинова С.В., Рузаков В.О., Коротков А.В., Шуман Е.А., Кацнельсон Б.А., 20192019Сутункова М.П., Макеев О.Г., Привалова Л.И., Минигалиева И.А., Гурвич В.Б., Соловьева С.Н., Клинова С.В., Рузаков В.О., Коротков А.В., Шуман Е.А., Кацнельсон Б.А.Sutunkova M.P., Makeyev O.G., Privalova L.I., Minigaliyeva I.A., Gurvich V.B., Solov’yova S.N., Klinova S.V., Ruzakov V.O., Korotkov A.V., Shuman E.A., Katsnelson B.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-irioh.ru/jour/article/view/1269

В токсикологических экспериментах оценивался коэффициент фрагментации (Кфр) ДНК в ПДАФ-тесте (полиморфизм длин амплифицированных фрагментов ДНК) после воздействия наночастиц (НЧ) серебра, золота, оксидов меди, железа, алюминия, цинка, свинца, никеля, кремния при внутрибрюшинном или ингаляционном путях поступления. Внутрибрюшинное введение осуществлялось 3 раза в неделю в течение 6 недель, в эмпирически подобранных сублетальных дозировках, при действии которых наблюдается умеренное развитие интоксикации. Ингаляционные экспозиции проводились по 4 часа в день, 5 раз в неделю в течение 3, 6 или 10 месяцев. Установлено, что при воздействии всех перечисленных НЧ происходит статистически значимое усиление фрагментации ядерной ДНК. На фоне воздействия на организм комплекса биопротекторов различной направленности действия генотоксичность НЧ серебра, оксида меди и оксида никеля оказалась существенно ослабленной.

Random Amplification of Polymorphic DNA (RPD) analysis was a part of toxicological studies to determine DNA fragmentation coefficient (Kfr) after the exposure to nanoparticles of silver, gold, copper oxides, iron, aluminum, zinc, lead, nickel, silicon administered intraperitoneally or by inhalation. Intraperitoneal administration occurred 3 times a week for 6 weeks and covered empirically selected sublethal doses to provide moderate intoxication. Inhalational expositions continued 4 hours a day 5 times a week for 3, 6 or 10 months. The statistically significant increase in nuclear DNA fragmentation was observed in all cases of exposure to nanoparticles. If subjected to a combination of bioprotectors varying in the action mode, genotoxicity of the silver, copper oxide and nickel oxide nanoparticles was significantly weaker.

наночастицыметаллыгенотоксичностьnanoparticlesmetalsgenotoxicityReferencesSenapati V.A., Jain A.K., Gupta G.S., Pandey A.K., Dhawan A. Chromium oxide nanoparticle-induced genotoxicity and p53-dependent apoptosis in human lung alveolar cells. J. Appl. Toxicol. 2015; 35 (10): 1179–80. doi. org/10.1002/jat.3174Senapati V.A., Jain A.K., Gupta G.S., Pandey A.K., Dhawan A. Chromium oxide nanoparticle-induced genotoxicity and p53-dependent apoptosis in human lung alveolar cells. J. Appl. Toxicol. 2015; 35 (10): 1179–80. doi. org/10.1002/jat.3174Kang S.J., Ryoo I.G., Lee Y.J., Kwak M.K. et al. Role of the Nrf2-heme oxygenase–1 pathway in silver nanoparticle-mediated cytotoxicity. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2012; 258 (1): 89–98. doi: 10.1016/j.taap.2011.10.011.Kang S.J., Ryoo I.G., Lee Y.J., Kwak M.K. et al. Role of the Nrf2-heme oxygenase–1 pathway in silver nanoparticle-mediated cytotoxicity. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2012; 258 (1): 89–98. doi: 10.1016/j.taap.2011.10.011.Buffet P.E., Richard M., Caupos F., Vergnoux A., PerreinEtajani H., Luna-Acosta A., A mesocosm study of fate and effects of CuO nanoparticles on endobenthic species (Scrobicularia plana, Hediste diversicolor). Environmental science & technology. 2013; 47(3): 1620–1628. doi: 10.1021/es303513r.Buffet P.E., Richard M., Caupos F., Vergnoux A., PerreinEtajani H., Luna-Acosta A., A mesocosm study of fate and effects of CuO nanoparticles on endobenthic species (Scrobicularia plana, Hediste diversicolor). Environmental science & technology. 2013; 47(3): 1620–1628. doi: 10.1021/es303513r.Bayat N., Rajapakse K., Marinsek-Logar R., Drobne D., Cristobal S. The effects of engineered nanoparticles on the cellular structure and growth of Saccharomyces cerevisiae. Nanotoxicology. 2014; 8(4): 363–373.Bayat N., Rajapakse K., Marinsek-Logar R., Drobne D., Cristobal S. The effects of engineered nanoparticles on the cellular structure and growth of Saccharomyces cerevisiae. Nanotoxicology. 2014; 8(4): 363–373.Alarif S., Ali D., Verma A., Alakhtani S. et al. Cytotoxicity and genotoxicity of copper oxide nanoparticles in human skin keratinocytes cells. International journal of toxicology. 2013; 32(4): 296–307. DOI: 1091581813487563.Alarif S., Ali D., Verma A., Alakhtani S. et al. Cytotoxicity and genotoxicity of copper oxide nanoparticles in human skin keratinocytes cells. International journal of toxicology. 2013; 32(4): 296–307. DOI: 1091581813487563.Bhattacharya K., Davoren M., Boertz J., Schins R .P., Hoffmann E., Dopp E. Titanium dioxide nanoparticles induce oxidative stress and DNA-adduct formation but not DNAbreakage in human lung cells. Part. Fibre. Toxicol. 2009; 6: 17. DOI: 10.1186/1743–8977–6–17.Bhattacharya K., Davoren M., Boertz J., Schins R .P., Hoffmann E., Dopp E. Titanium dioxide nanoparticles induce oxidative stress and DNA-adduct formation but not DNAbreakage in human lung cells. Part. Fibre. Toxicol. 2009; 6: 17. DOI: 10.1186/1743–8977–6–17.Gomaa I.O., Kader M.H., Salah T.A., Heikal O.A. Evaluation of in vitro mutagenicity and genotoxicity of magnetite nanoparticles. Drug discoveries & Terapeutics. 2013; 7(3): 116–23.Gomaa I.O., Kader M.H., Salah T.A., Heikal O.A. Evaluation of in vitro mutagenicity and genotoxicity of magnetite nanoparticles. Drug discoveries & Terapeutics. 2013; 7(3): 116–23.Kain J., Karlsson H.L., Möller L. DNA damage induced by micro- and nanoparticles — interaction with FPG infl uences the detection of DNA oxidation in the comet assay. Mutagenesis. 2012; 27(4): 491–500.Kain J., Karlsson H.L., Möller L. DNA damage induced by micro- and nanoparticles — interaction with FPG infl uences the detection of DNA oxidation in the comet assay. Mutagenesis. 2012; 27(4): 491–500.Perreault F., Perreault F.., Pedroso M.S., Henning da Costa C., de Oliveira Franco Rossetto A.L et al. Genotoxic effects of copper oxide nanoparticles in Neuro 2A cell cultures. Science of The Total Environment. 2012; 441: 117–24.Perreault F., Perreault F.., Pedroso M.S., Henning da Costa C., de Oliveira Franco Rossetto A.L et al. Genotoxic effects of copper oxide nanoparticles in Neuro 2A cell cultures. Science of The Total Environment. 2012; 441: 117–24.Freyria F.S., Bonelli B., Tomatis M., Ghiazza M., Gazzano E. et al. Hematite nanoparticles larger than 90 nm show no sign of toxicity in terms of lactate dehydrogenase release, nitric oxide generation, apoptosis, and comet assay in murine alveolar macrophages and human lung epithelial cells. Chem. Res. toxicol. 2012; 25(4): 850–61. DOI: 10.1021/tx2004294.Freyria F.S., Bonelli B., Tomatis M., Ghiazza M., Gazzano E. et al. Hematite nanoparticles larger than 90 nm show no sign of toxicity in terms of lactate dehydrogenase release, nitric oxide generation, apoptosis, and comet assay in murine alveolar macrophages and human lung epithelial cells. Chem. Res. toxicol. 2012; 25(4): 850–61. DOI: 10.1021/tx2004294.Karlsson H.L., Cronholm P., Gustafsson J., Möller L. Copper oxide nanoparticles are highly toxic: a comparison between metal oxide nanoparticles and carbon nanotubes. Chem Res Toxicol. 2008; 21(9): 1726–32. DOI: 10.1021/tx800064j.Karlsson H.L., Cronholm P., Gustafsson J., Möller L. Copper oxide nanoparticles are highly toxic: a comparison between metal oxide nanoparticles and carbon nanotubes. Chem Res Toxicol. 2008; 21(9): 1726–32. DOI: 10.1021/tx800064j.Karlsson H.L., Gustafsson J., Cronholm P., Möller L. Size-dependent toxicity of metal oxide particles — a comparison between nano- and micrometer size. Toxicol Let. 2009; 188 (2): 112–8. DOI: 10.1016/j. toxlet. 2009.03.014.Karlsson H.L., Gustafsson J., Cronholm P., Möller L. Size-dependent toxicity of metal oxide particles — a comparison between nano- and micrometer size. Toxicol Let. 2009; 188 (2): 112–8. DOI: 10.1016/j. toxlet. 2009.03.014.Balasubramanyam A., Sailaja N., Mahboob M., Rahman M.F., Hussain S. M. et al. In vivo genotoxicity assessment of aluminium oxide nanomaterials in rat peripheral blood cells using the comet assay and micronucleus test. Mutagenesis. 2009; 24 (3): 245–51. DOI: 10.1093/mutage/gep003Balasubramanyam A., Sailaja N., Mahboob M., Rahman M.F., Hussain S. M. et al. In vivo genotoxicity assessment of aluminium oxide nanomaterials in rat peripheral blood cells using the comet assay and micronucleus test. Mutagenesis. 2009; 24 (3): 245–51. DOI: 10.1093/mutage/gep003Singh S.P., Rahman M.F., Murty U.S., Mahboob M., Grover P. Comparative study of genotoxicity and tissue distribution of nano and micron sized iron oxide in rats after acute oral treatment. Toxicology and Applied Pharmacology. 2013; 266(1): 56–66.Singh S.P., Rahman M.F., Murty U.S., Mahboob M., Grover P. Comparative study of genotoxicity and tissue distribution of nano and micron sized iron oxide in rats after acute oral treatment. Toxicology and Applied Pharmacology. 2013; 266(1): 56–66.Tavares P., Balbinot F., Oliveira H.M., Fagundes, G.E., Venâncio M. Ronconi J. et al. Evaluation of genotoxic effect of silver nanoparticles (Ag-Nps) in vitro and in vivo. J. Nanoparticle Research. 2012; 14: 791.Tavares P., Balbinot F., Oliveira H.M., Fagundes, G.E., Venâncio M. Ronconi J. et al. Evaluation of genotoxic effect of silver nanoparticles (Ag-Nps) in vitro and in vivo. J. Nanoparticle Research. 2012; 14: 791.Katsnelson B.A., Privalova L.I., Gurvich V.B., Makeyev O.G., Shur V.Ya., Bejkin Ya.B. et al. Comparative in Vivo Assessment of Some Adverse Bioeff ects of Equidimensional Gold and Silver Nanoparticles and the Atenuation of Nanosilver’s Effects with a Complex of Innocuous Bioprotectors. International Journal of Molecular Sciences. 2013; 14: 2449–83.Katsnelson B.A., Privalova L.I., Gurvich V.B., Makeyev O.G., Shur V.Ya., Bejkin Ya.B. et al. Comparative in Vivo Assessment of Some Adverse Bioeff ects of Equidimensional Gold and Silver Nanoparticles and the Atenuation of Nanosilver’s Effects with a Complex of Innocuous Bioprotectors. International Journal of Molecular Sciences. 2013; 14: 2449–83.Minigaliyeva A.I., Katsnelson B.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B. et al. In vivo toxicity of copper oxide, lead oxide and zinc oxide nanoparticles acting in different combinations and its attenuation with a complex of innocuous bioprotectors. Toxicology. 2017; 380: 72–93.Minigaliyeva A.I., Katsnelson B.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B. et al. In vivo toxicity of copper oxide, lead oxide and zinc oxide nanoparticles acting in different combinations and its attenuation with a complex of innocuous bioprotectors. Toxicology. 2017; 380: 72–93.Минигалиева И.А., Кацнельсон Б.А., Привалова Л.И., Сутункова М.П., Гурвич В.Б., Шур В.Я. и др. Сравнительная и комбинированная токсичность наночастиц оксидов алюминия, титана и кремния и ее ослабление комплексом биопротекторов. Токсикологический вестник. 2018; 2: 18–27.Minigaliyeva A.I., Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Gurvich V.B., Shur V.Ya. et al. Comparative and combined toxicity of aluminium, titanium and silicon oxides nanoparticles and its attenuation with bioprotectors combination. Toksikologicheskij vestnik. 2018; 2: 18–27. (in Russian).Канцерогенные факторы и основные требования к профилактике канцерогенной опасности: СанПиН 1.2.2353–08. М., 2008.Carcinogenic factors and general requirements to cancer prevention. SanPiN 1.2.2353–08. М., 2008. (in Russian).Привалова Л.И., Кацнельсон Б.А., Логинова Н.В., Гурвич В.Б., Шур В.Я., Макеев О.Г и др. Пути повышения устойчивости организма к вредному действию наноматериалов на примере наносеребра и нанооксида меди. Гигиена и сан. 2015; 94 (2): 31–5.Privalova L.I., Katsnelson B.A., Loginova N.V., Gurvich V.B., Shur V.Ya., Makeyev O.G. et al. Increasing individual resistance to harmful effects of nanomaterials: the cases of silver and copper nanoparticles exposure. Gigiyena i san. 2015; 94 (2): 31–5 (in Russian).Минигалиева И.А., Привалова Л.И., Сутункова М.П., Шур В.Я., Валамина И.Е., Макеев О.Г. и др. Комбинированная субхроническая токсичность наночастиц оксидов никеля и марганца и ее ослабление от комплекса биопротекторов. Мед. труда и пром. экол. 2016; 10: 25–8.Minigaliyeva A.I., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Shur V.Ya., Valamina I.Ye., Makeyev O.G. et al. Nickel and manganese oxides nanoparticles combined subchronic toxicity and its attenuation with bioprotectors combination. Med. truda i prom. ekol. 2016; 10: 25–8 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.