CC BY
19
НАНОМЕДИЦИНА ТА НАНОТЕХНОЛОГП
УДК 617:547.533-06:612.015.11 Палиця Л. М., Корда М. М.
КАРБОНОВ1 НАНОЧАСТИНКИ П1ДСИЛЮЮТЬ ВИКЛИКАНИЙ ТОЛУОЛОМ
ОКСИДАТИВНИЙ ТА Н1ТРООКСИДАТИВНИЙ СТРЕС
ДВНЗ «Терноп!льський державний медичний унiверситет iM. 1.Я. Горбачевського МОЗ УкраГни» (м. Терноп!ль)
Дана робота е фрагментом науково-дослiдноI роботи «Бiохiмiчнi мехаызми порушень метаболiзму за умов надходження до органiзму токсикантiв рiз-ного генезу», № державно! реестрацiI 011611003353.
Вступ. На сьогоднiшнiй день в багатьох кражах свггу спостерiгаеться швидкий розвиток нанотех-нологiй, тобто науково-практичних методiв манту-лювання речовинами на рiвнi менше 100 нанометрiв [2,10]. Наночастки, зважаючи на широке за масштабами використання багатьма кражами св^ у рiзних сферах виробництва, побут i медицинi, набувають характеру нового глобального антропогенного чин-ника, який може характеризуватись потенцiйною небезпекою для здоров'я населення [6,8,12]. Серед уЫх наноматерiалiв карбоновi наночастинки, зокре-ма, фулерени, зважаючи на !х унiкальнi фiзико-хiмiч-нi властивостi, мають чи не найбiльший потенцiал i перспективу використання. Вони застосовуються у виробницга електронних приладiв, сенсорiв, фшь-трiв для води, було також показано ефективнють використання фулеренiв в медицин i бiологií, зокре-ма, для цшьово! доставки лiкiв до певних тканин, для стимуляци росту клггин кiсток, для лiкування раку i iн. Попереднi токсикологiчнi дослщження показали, що для наночастинок характерною е здатнють прони-кати крiзь бiологiчнi мембрани i фiзiологiчнi бар'ери оргаызму i слугувати «провiдниками» в оргаызм важких металiв, пестицидiв, сполук галогеыв тощо. Тому постае питання про необхщнють фундаментального розумжня токсикологiчних властивостей наночастинок при !х попаданнi в органiзм разом з «класичними» хiмiчними токсикантами.
Мета дослщження. Дослщити вплив фулеренiв С60 на здатнють вщомого хiмiчного токсиканту толуолу викликати оксидативний та ытрооксидативний стрес у сироватцi кровi i печiнцi експериментальних щурiв.
Об'ект i методи дослiдження. Дослiди викона-нi на 104 безпородних щурах-самцях масою 150-180 г, яких утримували на стандартна дiетi. Всiх тварин подшили на 4 групи: 1-а - контрольна (жтакты щури), яким жтраперитонеально вводили фiзрозчин (0,5 мл/кг); 11-а - щури, яким iнтраперитонеально вводили 60 мг/кг суспензи фулерену С60. Диспергування наночастинок С60 у фiзiологiчному розчинi проводили за допомогою ультразвукового диспер-гатора УЗДН-М750Т (25 кГц, 750 Вт) протягом 5 хв; 111-а - тварини, яким жтраперитонеально вводи-
ли толуол в дозi 0,5 мл/кг, IV-a - щури, яким вводили фулерен (60 мг/кг), розведений в толуолi (0,5 мл/ кг). Тварин виводили з експерименту пщ тюпентало-вим наркозом через 3, 6, 24 i 72 год. Дослщжували сироватку кровi i гомогенат печiнки.
Утримання тварин та експерименти проводились у вщповщност до положень «бвропейсько! конвенци про захист хребетних тварин, як використовуються в експериментальних та жших наукових цiлях».
У печiнцi визначали сумарну активнють NO син-тази [15], активнють супероксиддисмутази (СОД) [7] i рiвень ТБК-активних продуктiв (ТБК-АП) [1]. В сироватц кровi визначали загальний вмют нiтрaтiв i нггри^в (NOx) [13], рiвень ТБК-активних продук^в (ТБК-АП) [1], окиснено-модифiковaних бiлкiв (ОМБ) [5], активнють каталази (КТ) [4], вмют вщновленого глутатюну (ГБИ) [9], церулоплазмжу (ЦП) [3] i за-гальну антиоксидну aктивнiсть (ЗАА) [14].
Статистичну обробку результа^в виконували у вщдьт статистичних дослiджень Тернопiльського державного медичного уыверситету iм. 1.Я. Гор-бачевського з використанням статистичних при-кладних програм Microsoft Excel 2007 i Statsoft STATISTICA. Результати виражали як середне ± SEM з 8 експеримен^в. Порiвнювaли отримaнi величини з використанням непараметричного критерю Ман-нa-Уiтнi. Змiни вважали статистично достовiрними при р<0,05.
Результати досл1дження та 'Гх обговорення.
При умовах введення щурам чисто! суспензи фуле-реыв С60 у дозi 60 мг/кг показники жтенсивност про-цесiв вшьнорадикального окислення, функцюналь-ного стану системи синтезу оксиду азоту i системи антиоксидного захисту достовiрно не змжювалися порiвняно з aнaлогiчними показниками у жтактних тварин у всi термжи дослiдження (табл. 1).
Як свщчать дaнi таблиц! 2, введення щурам 0,5 мл толуолу призводило до достовiрного зростання вмюту ТБК-активних продукпв у плaзмi кровi так i в печiнцi у всi термжи дослщження з максимумом (237%, 162%) на 6 год. пюля ж'екцп. Толуол також викликав окисну модифкацю як нейтральних, так i лужних амжокислот сироватки кровi. Через 3, 6, 24 i 72 год. пюля початку введення токсину вмют у сиро-ватц 2,4-динiтрофенiлгiдрaзонiв, що визначалися при 310 нм (вщображае концентрацю aльдегiдо- i кетонопохiдних нейтрального характеру), збшьшив-ся вiдповiдно в 1,3, 1,4, 1,4 i 1,3 рази порiвняно зi
Таблиця 1.
Вплив фулерешв С60 на показники штенсивност оксидативного i нiтрооксидативного стресу в сироватцi кровi i печiнцi щурiв (М±т, п=8)
Показник Групи тварин
1нтактш С60
Час тсля введення (год)
3 6 24 72
Плазма кров1
ЫОх, ммоль/л 3,68+0,23 3,12+0,21 3,18+0,21 3,51+0,15 4,03+0,21
БК-АП, мкмоль/л 7,50+0,41 7,10+0,42 7,88+0,34 7,99+0,37 6,82+0,35
ОМБ370, мкмоль/мг бтка 0,94+0,04 0,98+0,07 1,16+0,07 1,02+0,06 0,83+0,07
0МБ430, мкмоль/мг бтка 0,62+0,03 0,72+0,04 0,74+0,04 0,75+0,05 0,65+0,04
КТ, мкат/л 0,71+0,03 0,63+0,04 0,65+0,04 0,62+0,03 0,7+0,06
ЦП, мг/л 242,1+10,4 226,5+17,2 229,9+16,0 231,7+17,4 234,9+18,2
ГБИ, ммоль/л 2,90+0,22 2,42+0,19 2,55+0,18 2,63+0,16 2,71+0,19
ЗАА, % гальмування утворення ТБК-АП 53,33+3,09 52,83+2,25 50,50+2,77 50,33+3,61 52,16+3,80
Печшка
N0 синтаза, нмоль/мг бтка*хв 3,06+0,38 3,24+0,46 3,96+0,28 3,48+0,20 3,18+0,32
СОД, ум.од/г 0,67+0,02 0,7+0,03 0,61+0,02 0,59+0,03 0,75+0,02
ТБК-АП, мкмоль/кг 2,08+0,19 2,15+0,20 2,22+0,18 2,28+0,19 2,20+0,17
Таблиця 2.
Вплив толуолу на показники iнтенсивностi оксидативного i нiтрооксидативного стресу
в сироватц кровi i печiнцi щурiв (М±т, п=8)
Показник Групи тварин
1нтактн1 Толуол
Час тсля введення (год)
3 6 24 72
Плазма кров1
N0x, ммоль/л 3,68+0,23 7,32+0,48* 6,62+0,34* 5,66+0,37* 4,78+0,28*
ТБК-АП, мкмоль/л 7,50+0,41 13,86+0,78* 17,76+0,93* 16,12+0,74* 14,89+0,82*
0МБ370, мкмоль/мг бтка 0,94+0,04 1,20+0,04* 1,36+0,05* 1,28+0,06* 1,19+0,03*
0МБ430, мкмоль/мг бтка 0,62+0,03 0,90+0,04* 0,84+0,05* 0,78+0,04* 0,74+0,03*
КТ, мкат/л 0,71+0,03 0,99+0,04* 1,23+0,06* 1,07+0,09* 0,87+0,04*
ЦП, мг/л 242,1+10,4 280,2+8,03* 299,3+10,9* 282,1+8,60* 270,2+8,83
ГБИ, ммоль/л 2,90+0,22 2,04+0,19* 1,70+0,15* 1,86+0,13* 2,12+0,12*
ЗАА, % гальмування утворення ТБК-АП 53,33+3,09 32,16+2,58* 34,66+2,70* 45,83+2,41 48,50+2,29
Печшка
N0 синтаза, нмоль/мг бтка*хв 3,06+0,38 7,95+0,34* 7,67+0,29* 7,03+0,30* 6,44+0,26*
СОД, ум.од/г 0,67+0,02 0,41+0,03* 0,32+0,04* 0,39+0,03* 0,52+0,02*
ТБК-АП, мкмоль/кг 2,08+0,19 2,74+0,12* 3,37+0,20* 4,05+0,23* 3,66+0,19*
Примiтка. * — змши достовiрнi порiвняно з контролем (р<0,05).
Таблиця 3.
Вплив поеднаного застосування С60 i толуолу на показники штенсивност оксидативного i нiтрооксидативного стресу в сироватцi кровi i печiнцi щурiв (M±m, n=8)
Показник Групи тварин
!нтактш Толуол + С60
Час тсля введення (год)
3 6 24 72
Плазма кров1
NOx, ммоль/л 3,68+0,23 9,84+0,66*# 8,82+0,48*# 8,01+0,37*# 7,19+0,5*#
ТБК-АП, мкмоль/л 7,50+0,41 17,76+1,05*# 21,82+1,34*# 20,62+0,95*# 16,31+1,27*
0МБ370, мкмоль/мг бтка 0,94+0,04 1,37+0,04*# 1,52+0,03*# 1,43+0,04*# 1,24+0,05*
0МБ430, мкмоль/мг бтка 0,62+0,03 1,06+0,05*# 0,98+0,02*# 0,86+0,02*# 0,78+0,04*
КТ, мкат/л 0,71+0,03 1,44+0,08*# 1,42+0,13* 1,17+0,07* 1,08+0,06*
ЦП, мг/л 242,1+10,4 313,8+12,5* 314,2+10,4* 295,7+12,8* 282,7+11,8*
rSH, ммоль/л 2,90+0,22 1,40+0,11*# 1,20+0,09*# 1,32+0,08*# 1,44+0,10*#
ЗАА, % гальмування утворення ТБК-АП 53,33+3,09 27,16+1,38* 25,50+2,04* 40,33+2,90* 42,5+1,93*
Печшка
NO синтаза, нмоль/мг бтка*хв 3,06+0,38 9,80+0,32*# 9,48+0,40*# 8,87+0,26 *# 7,26+0,38*
СОД, ум.од./г 0,67+0,02 0,30+0,02*# 0,25+0,01*# 0,38+0,03* 0,48+0,04*
ТБК-АП, мкмоль/кг 2,08+0,19 2,85+0,16* 4,22+0,20*# 4,99+0,24*# 4,57+0,30*
Примiтка. * — змЫи достс^рнл порiвняно з контролем (p<0,05); # — змши достовiрнi порiвняно з групою тварин, яким вводили толуол (p<0,05).
здоровими щурами, а тих, що визначалися при 430 нм (альдегщо- i кетонопох1дн1 основного характеру), - у 1,5, 1,4, 1,3 i 1,2 рази (р<0,05 i вс1х випадках).
Найб1льшою м1рою явища оксидативного стресу проявилися в щур1в, яким вводили фулерени, розведен в толуол1. У тварин дано! групи, пор1в-няно з штактними щурами, на 6 год. експерименту активн1сть процес1в л1попероксидацИ зростала в 2,9 рази. При цьому через 3, 6 i 24 год. вмют ТБК-активних продукт1в в сироватц1 кров1 був достов1р-но вищим в1д такого у вщповщних групах тварин, яким вводили ттьки толуол. Концентрац1я моди-ф1кованих втьними радикалами б1лк1в у сироватц1 кров1 щур1в IV групи також пщвищувалася значно р1зк1ше, н1ж у тварин III групи (i вм1ст 0МБ310, i р1вень ОМБ430 при поеднаному застосуванн1 наночастинок i толуолу був достов1рно вищим в1д такого при за-стосуванн1 лише х1м1чного токсину на 3, 6 i 24 год. експерименту).
Вщомо, що активнють процес1в л1попероксидацИ та окисно! модифкацп б1лк1в залежить не т1льки вщ !нтенсивност1 утворення в1льних радикал1в у тканинах, а й вщ функцюнального стану системи антиоксидного захисту [11]. З метою доогмдження впливу фулереыв i толуолу на стан антиоксидно! системи ми визначали активнють каталази i супероксиддисму-
тази, вмют церулоплазмшу i в1дновленого глутатюну та загальну антиоксидну активн1сть плазми кров1. Як показали результати наших досл1джень, введення тваринам толуолу супроводжувалося глибокими по-рушеннями антиоксидно! системи. Так, через 6 год. пюля введення токсину активнють одного з найпо-тужнших антиоксидних фермент1в оргаызму - СОД, знизилася у печ1нц1 в 2,1 рази (p<0,05). В Ыш1 термг ни досл1дження зменшення активност1 даного ферменту також було достов1рним. Активн1сть КТ i вм1ст ЦП у плазм1 кров1, навпаки, достов1рно пщвищували-ся пюля введення толуолу у вс1 термши дослщжен-ня. Концентрац1я ще одного важливого антиокси-данта — rSH — зменшувалася п1д впливом х1м1чного токсину в 1,4, 1,7, 1,6 i 1,4 рази в1дпов1дно на 3, 6, 24 i 72 год. експерименту. ЗАА плазми кров1 у щур1в III групи зменшувалася достов1рно пор1вняно з контролем ттьки через 3 i 6 год. пюля введення токсину.
Максимальн зм1ни показник1в функц1онування антиоксидно! системи зафксовано у тварин, яким вводили толуол разом з карбоновими наночастин-ками (табл. 3). В цьому випадку активнють СОД у печ1нц1 i вм1ст rSH в сироватц1 кров1 були достов1рно меншими пор1вняно з такими ж показниками у вщ-пов1дн1 строки у тварин, яким вводили толуол без наночастинок.
Токсичне ураження печЫки призводить до фор-мування w^iaTOpiB запалення, основними з яких е прозапальнi цитокiни, якi можуть моделювати систему синтезу оксиду азоту в тканинах, зокрема призводити до гiперактивацiI iндуцибельноI форми синтази оксиду азоту. Тому цкаво було дослщити вплив комбiнованого застосування фулереыв з толуолом на загальну активнють NO-синтази у печшц i вмiст метаболiтiв оксиду азоту в кровг Як свiдчать наведен в таблицi 2 результати, при введены толуолу загальна активнють NO-синтази в печшщ рiзко (бшыше, нiж у 2 рази) пщвищувалася порiвняно з н тактною групою тварин у всi термiни дослщження. Ще бiльшою мiрою активнiсть ферменту зростала у тварин, яким толуол вводили разом з фулеренами (у щурiв групи загальна активнють NO-синтази була достовiрно вищою порiвняно з такою у тварин III групи).
Очевидно, активащею NO-синтази можна пояс-нити отриман нами результати, як свiдчать про до-стовiрне збiльшення рiвня метаболiтiв оксиду азоту - нггра^в i нiтритiв - у сироватц кровi щурiв, яким вводили толуол i, особливо, толуол разом з фулеренами. Необхщно вщзначити, що у тварин IV групи показники вмюту NOx були достовiрно вищими, нiж у тварин, яким вводили толуол без фулереыв. Ц данi свiдчать про те, що при дм хiмiчного токсину разом з карбоновими наночастинками Ыдуцибельна форма синтази оксиду азоту Ыдукуеться бiльшою мiрою, нiж при дм токсину без наночастинок. У цьому кон-
текстi можна припустити, що порушення обмiну N0, поряд з оксидативним стресом, е одыею з ключових ланок у патогенетичних побудовах ураження печн ки комбiнацiею карбонових наночастинок i хiмiчного токсиканта.
Отже, здатнють хiмiчного токсиканта толуолу ви-кликати оксидативний i нiтрооксидативний стрес в печшц i сироватцi кровi достовiрно зростае при його введены в оргаызм разом з карбоновими наночастинками фулеренами С60. Такий синерпзм токсич-них ефектiв доотджуваних чинникiв найбiльш ймо-вiрно зумовлений здатнютю фулеренiв абсорбувати на сво!й поверхнi велику кiлькiсть токсинiв i сприяти !х транспорту до тканин i клiтин, зокрема, в гепато-цити. Можливо також, що фулерени безпосередньо змшюють метаболiчнi шляхи в клмтинах, призводячи до токсифiкацiI ксенобютиюв хiмiчноI природи.
Висновок. Карбоновi наночастинки посилюють здатнють хiмiчного токсиканта толуолу викликати оксидативний i нiтрооксидативний стрес в сиро-ватцi кровi i печiнцi. Механiзм такого синергiчного ефекту хiмiчного токсину i наночастинок потребуе подальшого дослiдження.
Перспективи подальших дослщжень. Для безпечного використання нанотехнологiй необхiднi подальшi бiохiмiчнi дослiдження, спрямованi на ви-вчення механiзмiв синергiчного впливу карбонових наночастинок i ксенобiотикiв хiмiчноI природи на ор-ганiзм.
Л^ература
1. Андреева Л.И. Модификация метода определения перекисей липидов в тесте с тиобарбитуровой кислотой / Л.И. Андреева, Л.А. Кожемякин, А.А. Кишкун // Лаб. дело. — 1988. — № 11. — С. 41-43.
2. Балабанов В.И. Нанотехнологии / В.И. Балабанов // Наука будущего. - М.: Эксмо, 2009. - 220 с.
3. Колб В.Г. Справочник по клинической химии / В.Г. Колб, В.С. Камышников. — Минск: Беларусь, 1982. — 311 с.
4. Королюк М.А. Метод определения активности каталазы / М.А. Королюк, Л.И. Иванова, И.Г. Майорова [и др.] // Лаб. дело. — 1988. — № 1. — С. 16-19.
5. Мещишен 1.Ф. Метод визначення окислювальноУ модифкацп бтюв плазми (сироватки) кровi / 1.Ф. Мещишен // Буковин-ський мед. вюн. — 1998. — 2, № 1. — С. 156-158.
6. Пиотровский Л.Б. Фуллерены в биологии / Л.Б. Пиотровский, О.И. Киселев. - СПб.: Росток, 2006. — 336 с.
7. Чевари С. Роль супероксиддисмутазы в окислительных процессах клетки и метод определения ее в биологическом материале / С. Чевари, И. Чаба, Й. Секей // Лаб. дело. — 1985. — № 11. — С. 678-681.
8. Чекман 1.С. Нанофармаколопя: експериментально клЫчний аспект / 1.С. Чекман // Лкарська справа. — 2008. — № 3 — С. 104-109.
9. Ellman G.L. Tissne sulfhydryl group / G.L. Ellman // Arch of Bioch. and Biophys. — 1959. — № 82. — P. 70-77.
10. Jensen A.W. Biological applications of fullerenes / A.W. Jensen, S.R. Wilson, D.I. Schuster // Bioorg. Med Chem. — 1996. — Vol. 4. — P. 767-779.
11. Oberd^ster E. Manufactured nanomaterials (fullerenes, C60) induce oxidative stress in the brain of juvenile largemouth bass / E. Oberd^ster // Environ. Health Perspect. — 2004. — Vol. 112. — P. 1058-1062.
12. Piotrovsky L.B. Fullerenes and viruses / L.B. Piotrovsky, O.I. Kiselev // Fullerenes, nanotubes, and carbon nanostructures. — 2004. — Vol. 12. — P. 397-403.
13. Ridnour L. A spectrophotometric method for the direct detection and quantitation of nitric oxide, nitrite, and nitrate in cell culture media / L. Ridnour, J.E. Sim, M. Hayward [et al.] // Anal. Biochem. - 2000. - Vol. 281. - P. 223-229.
14. Stock J. Assay using brain homogenate for measuring the antioxidant activity of biological fluids / J. Stock, J.M. Gutteridge, R.J. Sharp [et al.] // Clin. Sci. and Mol. Med. — 1974. — Vol. 47. — Р. 215-222.
15. Stuehr D. N.-Hydroxy-L-arginine is an intermediate in the biosynthesis of nitric oxide from L-arginine / D. Stuehr, N.S. Kwon, C. Nathan [et al.] // J. Biol. Chem. - 1991. - Vol. 266. - P. 6259-6263.
УДК 617:547.533-06:612.015.11
КАРБОНОВ1 НАНОЧАСТИНКИ П1ДСИЛЮЮТЬ ВИКЛИКАНИЙ ТОЛУОЛОМ ОКСИДАТИВНИЙ ТА Н1-ТРООКСИДАТИВНИЙ СТРЕС Палиця Л. М., Корда М. М.
Резюме. Kap60H0Bi наночастинки можуть становити потенцiйну небезпеку для екологп навколишнього середовища i здоров'я населення. Метою дано! роботи було дослщити вплив фулереыв С60 на здатнють вiдомого хiмiчного токсиканту толуолу викликати оксидативний та нггрооксидативний стрес у сироватц кровi i печшщ експериментальних щурiв. Тваринам iнтраперитонеально вводили суспензю фулеренiв (60 мг/кг), толуол (0,5 мл/кг) i толуол з розчиненими в ньому фулеренами. В динамц (3-72 год.) в сироватц i печiнцi визначали сумарну активнють NO синтази, каталази, супероксиддисмутази, вмют NOx, ТБК-активних продуктiв, окиснено-модифiкованих бшюв, вiдновленого глутатiону, церулоплазмiну i загальну антиоксидну активнють сироватки. Зареестровано найбтыш максимальнi змiни показникiв у вс термiни дослiдження у групi тварин, яким вводили фулерени, розчинен в толуолг При цьому вмiст ТБК-активних продукпв, NOx, окиснено-модифiкованих бiлкiв, вщновленого глутатiону i активнiсть супероксиддисмутази у тварин, яким вводили карбоновi наночастинки i токсикант, змiнювалися достовiрно порiвняно з тваринами, яким вводили ттьки токсикант. Зроблено висновок, що карбоновi наночастинки пiдсилюють здатнiсть толуолу викликати оксидативний i нiтрооксидативний стрес в сироватц кровi i печiнцi.
K^40Bi слова: фулерени, толуол, оксидативний i нiтрооксидативний стрес.
УДК 617:547.533-06:612.015.11
КАРБОНОВЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ УСИЛИВАЮТ ВЫЗВАННЫЙ ТОЛУОЛОМ ОКСИДАТИВНЫЙ И НИТРООКСИДАТИВНЫЙ СТРЕСС
Палица Л. М., Корда М. М.
Резюме. Карбоновые наночастицы могут представлять потенциальную опасность для экологии окружающей среды и здоровья населения. Целью данной работы было исследовать влияние фуллеренов С60 на способность известного химического токсиканта толуола вызывать оксидативный и нитрооксидативный стресс в сыворотке крови и печени экспериментальных крыс. Животным интраперитонеально вводили суспензию фуллеренов (60 мг/кг), толуол (0,5 мл/кг) и фуллерены (60 мг/кг) разведенные в толуоле. В динамике (3-72 ч.) в сыворотке и печени определяли суммарную активность NO синтазы, каталазы, супероксиддисмутазы, содержание NOx, ТБК-активных продуктов, окисленных модифицированных белков, восстановленного глутатиона, церулоплазмина и общую антиоксидную активность сыворотки. Зарегистрированы наиболее максимальные изменения показателей во все сроки исследования в группе животных, которым вводили фуллерены, растворенные в толуоле. При этом содержание ТБК-активных продуктов, NOx, окислено-модифицированных белков, восстановленного глутатиона и активность супероксиддисмутазы у животных, которым вводили карбоновые наночастицы и токсикант, сопровождались достоверным изменением по сравнению с животными, которым вводили только токсикант. Сделан вывод, что карбоновые наночастицы усиливают способность толуола вызывать оксидативный и нитрооксидативный стресс в сыворотке крови и печени.
Ключевые слова: фуллерены, толуол, оксидативный и нитрооксидативный стресс.
UDC 617:547.533-06:612.015.11
CARBON NANOPARTICLES ENHANCE OXIDATIVE AND NITROOXIDATIVE STRESS CAUSED BY TOLUENE
Palytsia L. M., Korda M. M.
Abstract. Nanoparticles, due to the wide-scale use in many countries in different areas of production, life and medicine, assume the character of a new global anthropogenic factor, which can be characterized by a potential danger to public health. Preliminary toxicology studies have shown that nanoparticles are characterized by ability to penetrate through biological membranes and physiological barriers of the body and serve as «agents» in the body of heavy metals, pesticides, compounds of halogens, etc. So the question arises about the need for fundamental understanding of toxicological properties of nanoparticles when they penetrate into the body with «classic» chemical toxicants.
The aim of this study was to investigate the effect of С60 fullerenes on ability of known chemical toxicant toluene to cause oxidative and nitrooxidative stress in serum and liver of experimental rats.
The animals were intraperitoneally injected the suspension of fullerenes (60 mg/kg), toluene (0.5 ml/kg) and toluene with dissolved fullerenes. In dynamics (3-72 h) in serum and liver was determined total activity of NO synthase, catalase, superoxide dismutase, content of NOx, TBA-active products, oxidation-modified proteins, reduced glutathione, ceruloplasmin and total antioxidant activity of serum.
Mathematical processing of received data was made in the Department of Statistical Research of I. Hor-bachevsky Ternopil State Medical University using statistical applications Microsoft Excel 2007 and STATISTICA v6.
In terms of administration in rats the pure suspension of С60 fullerenes 60 mg/kg, indicators of intensity of processes of free radical oxidation, functional state of the system of nitric oxide synthesis and the system of antioxidant protection did not significantly change compared to those in intact animals in all periods of study.
Administration of 0,5 ml of toluene in rats resulted in significant increase in the content of TBA-active products in the blood plasma in all periods of study with a maximum (237%) at 6 h after injection. Toluene also caused oxidative modification of neutral and alkaline amino acids of serum. In 3, 6, 24 and 72 hours after the administration of toxin the content in serum of 2,4-dinitrophenylhydrazones, which was determined at 310 nm (reflecting the concentration of aldehyde- and ketone-derivative of neutral character), increased respectively in 1,3, 1,4, 1,4 and 1,3 times
compared with healthy rats, and those determined at 430 nm (aldehyde- and ketone-derivative of main character) - in 1,5, 1,4, 1,3 and 1,2 times (p<0.05 in all cases).
It was registered the maximum changes of indicators in all periods of study in the group of animals administered with fullerenes, dissolved in toluene. The content of TBA-active products, NOx, oxidation-modified proteins, reduced glutathione and activity of superoxide dismutase in animals, administered with carbon nanoparticles and toxicant, changed significantly compared to animals, administered only with toxicant.
Thus, the ability of chemical toxicant toluene to cause oxidative and nitrooxidative stress in liver and serum significantly increases when it is administered into the body with carbon nanoparticles С60 fullerene. This synergism of toxic effects of studied factors is most likely caused by the ability of fullerenes to absorb on their surface a large amount of toxins and facilitate their transport to tissues and cells, particularly in hepatocytes.
It was concluded that С60 fullerenes enhance the ability of toluene to cause oxidative and nitrooxidative stress in serum and liver of rats.
Keywords: fullerenes, toluene, oxidative stress and nitrooxidative stress.
Рецензент — проф. Непорада К. С.
Стаття надшшла 23.03.2017 року
