COPPER NANOPARTICLES AS MODULATORS OF APOPTOSIS AND STRUCTURAL CHANGES IN SOME ORGANS

Abstract

The effect of repeated intramuscular injection into the organism of copper nanoparticles (CNP) with the diameter of 103 nm on the index of cell readiness to apoptosis and the structure of liver, spleen, kidney, as well as sensomotor cerebral cortex, was studied in 78 male Wistar rats. CNP were injected once per week for 12 weeks. The organs were studied using histological, immunohistochemical and morphometric methods. It was found that after the injections, CNP were distributed into organs and tissues of animals causing structural changes that were specific for eaach tissue. Toxicity of CNP in respect to microgliocytes was demonstrated at a dose of 2 mg/kg, hepatotoxicity and nephrotoxicity — at 6 mg/kg. The increase of CNP load on the organism up to toxic threshold (maximum tolerated dose) resulted in the appearance of signs of dystrophy and tissue necrosis. The data obtained suggest the application of an index of cell readiness to apoptosis, as assessed by caspase 3 expression, as a criterion for evaluation of CNP injection safety.

Keywords

liver / spleen / kidney / sensomotor cerebral cortex / copper nanoparticles

References

[1] Богословская О. А., Сизова Е. А., Полякова В. С. и др. Изучение безопасности введения наночастиц меди с различными физико-химическими характеристиками в организм животных. Вестн. Оренбургского гос. ун-та, 2009, № 2, с. 124–127.

[2] Глущенко Н. Н., Ольховская И. П., Плетенева Т. В. и др. Биологическое действие высокодисперсных порошков металлов. М., Изв. РАН, 1989, № 3, с. 415–419.

[3] Глущенко Н. Н., Богословская О. А. и Ольховская И. П. Физико-химические закономерности биологического действия высокодисперсных порошков металлов. Химическая физика, 2002, т. 21, № 4, с. 79–85.

[4] Жигач А. Н., Лейпунский И. О., Кусков М. Л. и др. Установка для получения и исследования физико-химических свойств наночастиц металлов. Приборы и техника эксперимента, 2000, № 6, с. 122–127.

[5] Калетина Н. И. и Калетин Г. И. Микроэлементы — биологические регуляторы. В кн.: Наука в России. М., Изд-во РАН, 2007, № 1, с. 50–54.

[6] Кудрин А. В. и Жаворонков А. А. Роль микроэлементов и кальция в регуляции апоптоза. Успехи соврем. биол., 1998, т. 118, вып. 1, с. 623–629.

[7] Патент № 2306141. Препарат, ускоряющий ранозаживление. Т. А. Байтукалов, Н. Н. Глущенко, О. А. Богословская, И. П. Ольховская, И. О. Лейпунский, А. Н. Жигач, Э. А. Шафрановский. Заявка 28.12.2005. Опубл. в БИ, 2007, № 26.

[8] Пирс Э. Гистохимия. Теоретическая и прикладная. М., Издво иностр. лит-ры, 1962.

[9] Рахметова А. А., Алексеева Т. П., Богословская О. А. и др. Ранозаживляющие свойства наночастиц меди в зависимости от их физико-химических характеристик. Российские нанотехнологии, 2010, т. 5, № 3–4, с. 102–108.

[10] Сизова Е. А., Полякова В. С. и Глущенко Н. Н. Морфофункциональная характеристика селезенки крыс при внутримышечном введении наночастиц меди. Морфология, 2010, т. 137, вып. 4, с. 173–176.

[11] Сизова Е. А., Холодилина Т. Н., Мирошников С. А. и др. К разработке критериев безопасности наночастиц металлов при введении их в организм животных. Вестн. Российской академии сельскохозяйственных наук, 2011, № 1, с. 40–42.

[12] Karlsson H. L., Cronholm P., Gustafsson J. and Möller L. Copper oxide nanoparticles are highly toxic: a comparison between metal oxide nanoparticles and carbon nanotubes. Chem. Res. Toxicol., 2008, v. 21, № 9, p. 1726–1732.

[13] Lei R.,Wu G., Yang B. et al. Integrated metabolomic analysis of the nano-sized copper particle-induced hepatotoxicity and nephrotoxicity in rats: a rapid in vivo screening method for nanotoxicity. Toxicol. Appl. Pharmacol., 2008, v. 232, № 2, p. 292–301.

[14] Perreault F., Pedroso Melegari S., Henning da Costa C. et al. Genotoxic effects of copper oxide nanoparticles in Neuro 2A cell cultures. Sci. Total Environ., 2012, v. 441, p. 117–124.

[15] Shvedova A. A. and Kagan V. E. The role of nanotoxicology in realizing the ‘helping without harm’ paradigm of nanomedicine: lessons from studies of pulmonary effects of single-walled carbon nanotubes. J. Intern. Med., 2010, v. 267, № 1, p. 106–118.

[16] Wang J., Rahman M. F., Duhart H. M. et al. Expression changes of dopaminergic system-related genes in PC12 cells induced by manganese, silver, or copper nanoparticles. Neurotoxicology, 2009, v. 30, № 6, p. 926–933.

[17] Wright J. B., Lam K., Buret A. G. et al. Early healing events in a porcine model of contaminated wounds: effects of nanocrystalline silver on matrix metalloproteinases, cell apoptosis, and healing. Wound Repair Regen., 2002, v. 10, № 3, p. 141–151.

[18] Yang Z., Liu Z. W., Allaker P. P. et al. A review of nanoparticle functionality and toxicity on the central nervous system. J. R. Soc. Interface., 2010, Suppl. 4, p. 313–332.

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-Vector