Генотоксический эффект нанокомпозита селена арабиногалактана на ядросодержащие клетки крови

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Введение. Наночастицы Se, применяемые в различных областях, привлекают внимание исследователей благодаря своим необычным свойствам. Наряду с очевидными преимуществами наночастицы Se оказывают и токсическое воздействие, поэтому для успешного использования необходимо знать безопасные дозы. Немаловажной составляющей в развитии патологических процессов является повреждение ДНК после экспозиции наночастицами Se, что может повлечь за собой тяжёлые последствия.

Материалы и методы. Самцам белых крыс в течение 10 дней перорально вводили раствор нанокомпозита Se в дозе 500 мкг/кг. Генотоксичность исследуемого нанокомпозита оценивали методом ДНК-комет в щелочном варианте по возникновению ДНК-повреждений в клетках крови. Результаты были получены в два этапа: через одни сутки после экспозиции и через четыре месяца для выявления сохранения или отсутствия негативного эффекта.

Результаты. Методом ДНК-комет было установлено, что внутрижелудочное введение нанокомпозита Se вызывает повреждения структуры ДНК, причём данный эффект наблюдается не только через одни сутки после экспозиции, но и сохраняется по прошествии четырёх месяцев.

Ограничения исследования. Исследование ограничено изучением фрагментации ДНК на следующие сутки после десятидневной экспозиции самцов белых крыс нанокомпозитом Se и в отдалённом периоде — через четыре месяца.

Заключение. Установлено стойкое сохранение повреждения ДНК в ядросодержащих клетках крови самцов белых крыс, что, очевидно, может быть связано с основным механизмом токсичности Se: неспецифическим замещением серы в серосодержащих аминокислотах. Однако причиной токсического воздействия нанокомпозита могут выступать также его прооксидантные свойства, что требует дальнейшего подтверждения.

Соблюдение этических стандартов. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБНУ ВСИМЭИ (протокол № 1 от 18.12.2017 г.), проведено в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS N 123), директивой Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/63/EC от 22.09.2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей.

Участие авторов:
Тютрина В.А. — поиск литературы, проведение эксперимента, написание, статистическая обработка, оформление статьи;
Соседова Л.М. — концепция, написание, обсуждение актуальности и результатов;
Титов Е.А. — концепция, проведение эксперимента.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Работа выполнена по плану НИР в рамках государственного задания.

Поступила: 13.03.2024 / Поступила после доработки: 08.04.2024 / Принята к печати: 19.06.2024 / Опубликована: 17.07.2024

Об авторах

Вера Александровна Тютрина

ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»

Автор, ответственный за переписку.
Email: tyutrina.v.a@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9406-5424

Канд. фарм. наук, науч. сотр. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ «ВСИМЭИ», 665826, Ангарск, Россия

e-mail: tyutrina.v.a@yandex.ru

Россия

Лариса Михайловна Соседова

ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»

Email: sosedlar@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1052-4601

Доктор мед. наук, профессор, зав. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ «ВСИМЭИ», 665826, Ангарск, Россия

e-mail: sosedlar@mail.ru

Россия

Евгений Алексеевич Титов

ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»

Email: g57097@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0665-8060

Канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ «ВСИМЭИ», 665826, Ангарск, Россия

e-mail: g57097@yandex.ru

Россия

Список литературы

  1. Kieliszek M. Selenium-fascinating microelement, properties and sources in food. Molecules. 2019; 24(7): 1298. https://doi.org/10.3390/molecules24071298
  2. Söderlund M., Virkanen J., Holgersson S., Lehto J. Sorption and speciation of selenium in boreal forest soil. J. Environ. Radioactiv. 2016; (164): 220–31. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2016.08.006
  3. Кульчицкий Н.А., Наумов А.В. Современное состояние рынков селена и соединений на его основе. Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2015; (3): 40–8. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2015-3-40-48 https://elibrary.ru/tyjwwx
  4. Mercan Y.U., Başbuğan Y., Uyar A., Kömüroğlu A.U., Keleş Ö.F. Use of an antiarrhythmic drug against acute selenium toxicity. J. Trace Elem. Med. Biol. 2020; 59: 126471. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2020.126471
  5. Holness D.L., Taraschuk I.G., Nethercott J.R. Health status of copper refinery workers with specific reference to selenium exposure. Arch. Environ. Health. 1989; 44(5): 291–7. https://doi.org/10.1080/00039896.1989.9935896
  6. Kinnigkiet G. Investigation of workers exposed to selenium in a factory producing rectifiers. Bull. Hyg. 1962; (37): 1029–39.
  7. Diskin C.J., Tomasso C.L., Alper J.C., Glaser M.L., Fliegel S.E. Long-term selenium exposure. Arch. Intern. Med. 1979; 139(7): 824–6.
  8. Brune D., Nordberg G., Wester P.O. Distribution of 23 elements in the kidney, liver and lungs of workers from a smeltery and refinery in North Sweden exposed to a number of elements and of a control group. Sci. Total. Environ. 1980; 16(1): 13–35. https://doi.org/10.1016/0048-9697(80)90100-x
  9. Измерение концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны: Методические указания. Выпуск 41. М.; 2006.
  10. Encinar J.R., Śliwka-Kaszyńska M., Polatajko A., Vacchina V., Szpunar J. Methodological advances for selenium speciation analysis in yeast. Anal. Chim. Acta. 2003; 500(1): 171–83. https://doi.org/10.1016/S0003-2670(03)00754-2
  11. Tapiero H., Townsend D.M., Tew K.D. The antioxidant role of selenium and seleno-compounds. Biomed. Pharmacother. 2003; 57(3–4): 134–44. https://doi.org/10.1016/s0753-3322(03)00035-0
  12. Frączek A., Pasternak K. Selenium in medicine and treatment. J. Elem. 2013; 18(1): 145–63. https://doi.org/10.5601/jelem.2013.18.1.13
  13. Kieliszek M., Błażejak S. Selenium: Significance, and outlook for supplementation. Nutrition. 2013; 29(5): 713–8. https://doi.org/10.1016/j.nut.2012.11.012
  14. Иваненко Н.В. Экологическая токсикология. Владивосток; 2006.
  15. Kieliszek M., Błażejak S. Current knowledge on the importance of selenium in food for living organisms: A review. Molecules. 2016; 21(5): 609. https://doi.org/10.3390/molecules21050609
  16. Nuttal K.L. Evaluating selenium poisoning. Ann. Clin. Lab. Sci. 2006; 36(4): 409–20.
  17. Urbankova L., Skalickova S., Pribilova M., Ridoskova A., Pelcova P., Skladanka J., et al. Effects of sub-lethal doses of selenium nanoparticles on the health status of rats. Toxics. 2021; 9(2): 28. https://doi.org/10.3390/toxics9020028
  18. Wadhwani S.A., Shedbalkar U.U., Singh R., Chopade B.A. Biogenic selenium nanoparticles: Current status and future prospects. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2016; 100(6): 2555–66. https://doi.org/10.1007/s00253-016-7300-7
  19. Sun F., Wang J., Wu X., Yang C.S., Zhang J. Selenium nanoparticles act as an intestinal p53 inhibitor mitigating chemotherapy-induced diarrhea in mice. Pharmacol. Res. 2019; 149: 104475. https://doi.org/10.1016/j.phrs.2019.104475
  20. Соседова Л.М., Рукавишников В.С., Сухов Б.Г., Боровский Г.Б., Титов Е.А., Новиков М.А. и др. Синтез халькогеносодержащих нанокомпозитов селена и теллура с арабиногалактаном с изучением их токсических и антимикробных свойств. Российские нанотехнологии. 2018; 13(5–6): 76–81. https://elibrary.ru/miblcp
  21. Титов Е.А., Рукавишников В.С., Соседова Л.М., Новиков М.А., Буйнова Е.В. Морфофункциональные изменения ткани головного мозга, печени и почек белых крыс при воздействии нанокомпозита селена, инкапсулированного в полимерную матрицу арабиногалактана. Acta biomedica scientifica. 2021; 6(5): 92–9. https://doi.org/10.29413/ABS.2021-6.5.9 https://elibrary.ru/antutb
  22. Дурнев А.Д., Жанатаев А.К., Анисина Е.А., Сиднева Е.С., Никитина В.А., Оганесянц Л.А. и др. Применение метода щелочного гель-электрофореза изолированных клеток для оценки генотоксических свойств природных и синтетических соединений: Методические рекомендации. М.; 2006. https://elibrary.ru/sevvqt
  23. Дурнев А.Д., Меркулов В.А., Жанатаев А.К., Никитина В.А., Воронина Е.С., Середенин С.Б. Методические рекомендации по оценке ДНК-повреждений методом щелочного гель-электрофореза отдельных клеток в фармакологических исследованиях. В кн.: Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть 1. М.: Гриф и К; 2012: 115–28. https://elibrary.ru/wxwgpv
  24. Ларионов А.В., Волобаев В.П., Сердюкова Е.С. Изучение показателей ДНК-комет у здоровых доноров в условиях различных радиационных параметров жилых помещений. Современные проблемы науки и образования. 2017; (6): 261. https://doi.org/10.17513/spno.27215 https://elibrary.ru/ynxzhy
  25. Валуева С.В., Боровикова Л.Н., Суханова Т.Е., Лаврентьев В.К., Волков А.Я. Влияние природы полимерного стабилизатора на самоорганизацию и структурно-морфологические особенности селенсодержащих наносистем. Бутлеровские сообщения. 2011; 25(7): 13–22. https://elibrary.ru/owhril
  26. Родионова Л.В., Шурыгина И.А., Сухов Б.Г., Попова Л.Г., Шурыгин М.Г., Артемьев А.В. и др. Нанобиокомпозит селена и арабиногалактана: синтез, строение и применение. Журнал общей химии. 2015; 85(2): 314–6. https://elibrary.ru/tgweux
  27. Qamar N., John P., Bhatti A. Toxicological and anti-rheumatic potential of Trachyspermum ammi derived biogenic selenium nanoparticles in arthritic Balb/c mice. Int. J. Nanomedicine. 2020; (15): 3497–509. https://doi.org/10.2147/IJN.S243718
  28. Zhu C., Zhang S., Song C., Zhang Y., Ling Q., Hoffmann P. R., et al. Selenium nanoparticles decorated with Ulva lactuca polysaccharide potentially attenuate colitis by inhibiting NF-κB mediated hyper inflammation. J. Nanobiotechnology. 2017; 15(1): 20. https://doi.org/10.1186/s12951-017-0252-y
  29. Корытов К.М., Дубровина В.И., Пятидесятникова А.Б., Витязева С.А., Войткова В.В., Прозорова Г.Ф. и др. Оценка токсических и иммуноадьювантных свойств нанокомпозитов. Acta biomedica scientifica. 2019; 4(3): 102–9. https://doi.org/10.29413/ABS.2019-4.3.13
  30. Bano I., Skalickova S., Arbab S., Urbankova L., Horky P. Toxicological effects of nanoselenium in animals. J. Anim. Sci. Biotechnol. 2022; 13(1): 72. https://doi.org/10.1186/s40104-022-00722-2
  31. Misra S., Boylan M., Selvam A., Spallholz J.E., Björnstedt M. Redox-active selenium compounds – from toxicity and cell death to cancer treatment. Nutrients. 2015; 7(5): 3536–56. https://doi.org/10.3390/nu7053536
  32. Fernandes A.P., Gandin V. Selenium compounds as therapeutic agents in cancer. Biochim. Biophys. Acta. 2015; 1850(8): 1642–60. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2014.10.008
  33. Lesnichaya M., Shendrik R., Titov E., Sukhov B. Synthesis and comparative assessment of antiradical activity, toxicity, and biodistribution of κ-carrageenan-capped selenium nanoparticles of different size: in vivo and in vitro study. IET Nanobiotechnol. 2020; 14(6): 519–26. https://doi.org/10.1049/iet-nbt.2020.0023
  34. Loeschner K., Hadrup N., Hansen M., Pereira S.A., Gammelgaard B., Møller L.H., et al. Absorption distribution metabolism and excretion of selenium following oral administration of elemental selenium nanoparticles or selenite in rats. Metallomics. 2014; 6(2): 330–7. https://doi.org/10.1039/c3mt00309d
  35. Zhang Z., Du Y., Liu T., Wong K.H., Chen T. Systematic acute and subchronic toxicity evaluation of polysaccharide-protein complex-functionalized selenium nanoparticles with anticancer potency. Biomater. Sci. 2019; 7(12): 5112–23. https://doi.org/10.1039/c9bm01104h
  36. Рябова Ю.В., Минигалиева И.А., Привалова Л.И., Сутункова М.П., Сахаутдинова Р.Р., Клинова С.В. и др. О сочетании позитивных и негативных эффектов наночастиц оксида селена при субхронической экспозиции крыс. Токсикологический вестник. 2022; 30(6): 386–94. https://doi.org/10.47470/0869-7922-2022-30-6-386-394 https://elibrary.ru/qeeqww
  37. Циганович О.А., Дибкова С.М., Сірик О.О., Голодюк О.П., Прокопенко В.А., Жовнір О.М. Оцінка цитотоксичності та генотоксичності наночастинок селену, стабілізованих полівінілпіролідоном. Ветеринарна біотехнологія. 2021; 38(38): 166–73. https://doi.org/10.31073/vet_biotech38-14 https://elibrary.ru/hcpthh
  38. Indumathy M., Raj S.S., Arumugham I.M., Kumar R.P. Assessment of toxicity of selenium nanoparticle varnish using HepG2 cell lines: in vitro study. J. Pharm. Res. Int. 2020; 32(27): 33–9. https://doi.org/10.9734/JPRI/2020/v32i2730853
  39. Hozyen H.F., El Shamy A.A. Screening of genotoxicity and oxidative stress effect of selenium nanoparticles on ram spermatozoa. Cur. Sci. Int. 2018; 7(4): 799–807.
  40. Khalil W.A., El-Harairy M.A., Zeidan A.E.B., Hassan M.A.E. Impact of selenium nanoparticles in semen extender on bull sperm quality after cryopreservation. Theriogenology. 2018; (126): 121–7. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2018.12.017
  41. He Y., Chen S., Liu Z., Cheng C., Li H., Wang M. Toxicity of selenium nanoparticles in male Sprague-Dawley rats at supranutritional and nonlethal levels. Life Sciences. 2014; 115(1–2): 44–51. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2014.08.023
  42. Hadrup N. Loeschner K., Skov K., Ravn-Haren G., Larsen E.H., Mortensen A., et al. Effects of 14-day oral low dose selenium nanoparticles and selenite in rat-as determined by metabolite pattern determination. Peer J. 2016; (4): e2601. https://doi.org/10.7717/peerj.2601

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Тютрина В.А., Соседова Л.М., Титов Е.А., 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.