anatomyЖурнал анатомии и гистопатологииJournal of Anatomy and Histopathology2225-7357N.N. Burdenko Voronezh State Medical University10.18499/2225-7357-2022-11-3-114-117anatomy-1617Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯBRIEF COMMUNICATIONSМакрофаги респираторного отдела легких крыс после однократного парентерального введения наночастиц диоксида кремния различного размераMacrophages of the respiratory division of the lungs of rats after a single parenteral injection of silicon dioxide nanoparticles of various sizeshttps://orcid.org/0000-0001-8888-4135ЮкинаГ. Ю.YukinaG. Yu.

Юкина Галина Юрьевна – зав. научной лабораторией патоморфологии

ул. Льва Толстого, 6/8, Санкт-Петербург, 197022

Galina Yu. Yukina – head of pathomorphological laboratory

ul. L'va Tolstogo 6/8, St. Petersburg, 197022

pipson@inbox.ruСухоруковаЕ. Г.SukhorukovaE. G.

Сухорукова Елена Геннадиевна

Санкт-Петербург

Elena G. Sukhorukova

St. Petersburg

len48@inbox.ruПоловниковИ. В.PolovnikovI. V.

Половников Илья Вячеславович

Санкт-Петербург

Il'ya V. Polovnikov

St. Petersburg

policrats@mail.ruКрыжановскаяЕ. А.KryzhanovskayaE. A.

Крыжановская Елена Александровна

Санкт-Петербург

Elena A. Kryzhanovskaya

St. Petersburg

elena777.05@mail.ruЖуравскийС. Г.ZhuravskiiS. G.

Журавский Сергей Григорьевич

Санкт-Петербург

Sergei G. Zhuravskii

St. Petersburg

s.jour@mail.ruПервый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. ПавловаРоссияI. P. Pavlov First Saint Petersburg State Medical UniversityRussian Federation202211102022113114117Copyright © Юкина Г.Ю., Сухорукова Е.Г., Половников И.В., Крыжановская Е.А., Журавский С.Г., 20222022Юкина Г.Ю., Сухорукова Е.Г., Половников И.В., Крыжановская Е.А., Журавский С.Г.Yukina G.Y., Sukhorukova E.G., Polovnikov I.V., Kryzhanovskaya E.A., Zhuravskii S.G.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://anatomy.elpub.ru/jour/article/view/1617

Цель исследования – анализ макрофагального пула респираторного отдела легкого крысы в течение 6 мес. после однократного парентерального введения наночастиц диоксида кремния размером 7 и 34 нм.

Материал и методы

Материал и методы. С помощью гистологических и иммуногистохимических методов исследован респираторный отдел легких крыс после однократного парентерального введения 1 мл наночастиц диоксида кремния размером 7 нм и 34 нм в дозе 7 мг/кг массы тела в концентрации 2 мг/мл. Контрольным животным вводили 1 мл физиологического раствора. Для изучения хронической токсичности материал забирали через 21 сутки, 2, 4 и 6 мес. после введения и фиксировали в 10% нейтральном формалине.

Результаты

Результаты. Показано увеличение числа интерстициальных и альвеолярных макрофагов через 4 мес. после введения наночастиц диоксида кремния размером 7 нм, с нормализацией показателей к 6 мес. Применение наночастиц размером 34 нм не вызывает значимых изменений в респираторном отделе легкого на всех сроках эксперимента.

Заключение

Заключение. Однократное парентеральное введение наночастиц диоксида кремния приводит к развитию асептического воспаления в интерстиции респираторного отдела легких и увеличению числа альвеолярных макрофагов на 4 мес. эксперимента только при введении наночастиц кремнезема размером 7 нм. Оба размера наночастиц не вызывают соединительнотканного ремоделирования легкого на всех сроках эксперимента.

The aim of the study was macrophages analysis of the respiratory tract in rats after a single parenteral administration of the silicon dioxide nanoparticles in a size of 7 nm and 34 nm during 6 months.

Material and methods

Material and methods. The sections of the rat lung were studied using the methods of histology and immunohistochemistry after injection of 1 ml of 7 and 34 nm a SDNPs saline suspension at a concentration of 2 mg/ml (7mg/kg). Control animals were administered 1ml saline solution. To study chronic toxicity material sampling was performed on the 21st day, and 2, 4 and 6 months after the administration of the SDNPs (5 animals in the group) and fixed in 10% neutral formalin.

Results

Results. An increase in the number of interstitial and alveolar macrophages were identified by 4 months the introduction of silicon dioxide nanoparticles with a size of 7 nm, with normalization of the indicators by 6 months. The use of 34 nm nanoparticles does not cause significant changes of the respiratory tract of rats at all times of the experiment.

Conclusion

Conclusion. A single parenteral administration of silica nanoparticles causes aseptic inflammation of the respiratory tract of rats and an increase in the number of alveolar macrophages by 4 months of the experiment only with the introduction of 7 nm silica nanoparticles. Both nanoparticle sizes don't cause tissue remodeling of the lung throughout the experiment.

респираторный отдел легких крысмакрофагинаночастицы диоксида кремнияхроническая in vivo токсичностьrespiratory tract of ratsmacrophagessilicon dioxide nanoparticleschronic in vivo toxicityReferencesЗайцева Н.В., Землянова М.А., Звездин В.Н., Довбыш А.А., Гмошинский И.В., Хотимченко С.А. Влияние наночастиц диоксида кремния на морфологию внутренних органов у крыс при пероральном введении . Анализ риска здоровью.2016; 4: 80–94. doi: 10.21668/health.risk/2016.4.10Zaitseva N.V., Zemlyanova M.A., Zvezdin V.N., Dovbysh A.A., Gmoshinskiy I.V., Khotimchenko S.A. Impact of silica dioxide nanoparticles on the morphology of internal organs in rats by oral supplementation. Health Risk Analysis. 2016; 4: 74–87 (in Russian). EDN XHTTDD doi: 10.21668/health.risk/2016.4.10Юкина Г.Ю., Половников И.В., Сухорукова Е.Г., Журавский С.Г., Галагудза М.М. Морфологичеcкий анализ респираторного отдела легких крыс после парентерального введения наночастиц диоксида кремния. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2020; 170 (7): 112-117Yukina G. Yu., Polovnikov I.V., Sukhorukova E.G., Zhuravskii S.G., Galagudza M.M. Morphological analysis of the respiratory tract of rats after parenteral administration of silicon dioxide nanoparticles. Bulletin of experimental biology and medicine. 2020; 170 (7): 112-117 (in Russian).Feng L, Yang X, Liang S, Xu Q, Miller MR, Duan J, et al. Silica nanoparticles trigger the vascular endothelial dysfunction and prethrombotic state via miR-451 directly regulating the IL6R signaling pathway. Particle and Fibre Toxicology. 2019 Apr 11;16(1). doi: 10.1186/s12989-019-0300-xFeng L, Yang X, Liang S, Xu Q, Miller MR, Duan J, et al. Silica nanoparticles trigger the vascular endothelial dysfunction and prethrombotic state via miR-451 directly regulating the IL6R signaling pathway. Particle and Fibre Toxicology. 2019 Apr 11;16(1). doi: 10.1186/s12989-019-0300-xGroßgarten M, Holzlechner M, Vennemann A, Balbekova A, Wieland K, Sperling M, et al. Phosphonate coating of SiO2 nanoparticles abrogates inflammatory effects and local changes of the lipid composition in the rat lung: a complementary bioimaging study. Particle and Fibre Toxicology. 2018 Jul 16;15(1). doi: 10.1186/s12989-018-0267-zGroßgarten M, Holzlechner M, Vennemann A, Balbekova A, Wieland K, Sperling M, et al. Phosphonate coating of SiO2 nanoparticles abrogates inflammatory effects and local changes of the lipid composition in the rat lung: a complementary bioimaging study. Particle and Fibre Toxicology. 2018 Jul 16;15(1). doi: 10.1186/s12989-018-0267-zHanda T, Hirai T, Izumi N, Eto S, Tsunoda S, Nagano K, et al. Identifying a size-specific hazard of silica nanoparticles after intravenous administration and its relationship to the other hazards that have negative correlations with the particle size in mice. Nanotechnology. 2017 Feb 27;28(13):135101. doi: 10.1088/1361-6528/aa5d7cHanda T, Hirai T, Izumi N, Eto S, Tsunoda S, Nagano K, et al. Identifying a size-specific hazard of silica nanoparticles after intravenous administration and its relationship to the other hazards that have negative correlations with the particle size in mice. Nanotechnology. 2017 Feb 27;28(13):135101. doi: 10.1088/1361-6528/aa5d7cInoue M, Sakamoto K, Suzuki A, Nakai S, Ando A, Shiraki Y, et al. Size and surface modification of silica nanoparticles affect the severity of lung toxicity by modulating endosomal ROS generation in macrophages. Particle and Fibre Toxicology. 2021 Jun 17;18(1). doi: 10.1186/s12989-021-00415-0Inoue M, Sakamoto K, Suzuki A, Nakai S, Ando A, Shiraki Y, et al. Size and surface modification of silica nanoparticles affect the severity of lung toxicity by modulating endosomal ROS generation in macrophages. Particle and Fibre Toxicology. 2021 Jun 17;18(1). doi: 10.1186/s12989-021-00415-0Kersting M, Olejnik M, Rosenkranz N, Loza K, Breisch M, Rostek A, et al. Subtoxic cell responses to silica particles with different size and shape. Scientific Reports. 2020 Dec;10(1). Doi: 10.1038/s41598-020-78550-5Kersting M, Olejnik M, Rosenkranz N, Loza K, Breisch M, Rostek A, et al. Subtoxic cell responses to silica particles with different size and shape. Scientific Reports. 2020 Dec;10(1). Doi: 10.1038/s41598-020-78550-5Rabolli V, Badissi AA, Devosse R, Uwambayinema F, Yakoub Y, Palmai-Pallag M, et al. The alarmin IL-1α is a master cytokine in acute lung inflammation induced by silica micro- and nanoparticles. Particle and Fibre Toxicology. 2014 Dec;11(1). Doi: 10.1186/s12989-014-0069-xRabolli V, Badissi AA, Devosse R, Uwambayinema F, Yakoub Y, Palmai-Pallag M, et al. The alarmin IL-1α is a master cytokine in acute lung inflammation induced by silica micro- and nanoparticles. Particle and Fibre Toxicology. 2014 Dec;11(1). Doi: 10.1186/s12989-014-0069-xSharma N, Jha S. Amorphous nanosilica induced toxicity, inflammation and innate immune responses: A critical review. Toxicology. 2020 Aug;441:152519. doi: 10.1016/j.tox.2020.152519Sharma N, Jha S. Amorphous nanosilica induced toxicity, inflammation and innate immune responses: A critical review. Toxicology. 2020 Aug;441:152519. doi: 10.1016/j.tox.2020.152519Tang L, Cheng J. Nonporous silica nanoparticles for nanomedicine application. Nano Today. 2013 Jun;8(3):290–312. Doi: 10.1016/j.nantod.2013.04.007Tang L, Cheng J. Nonporous silica nanoparticles for nanomedicine application. Nano Today. 2013 Jun;8(3):290–312. Doi: 10.1016/j.nantod.2013.04.007Wang D-P, Wang Z-J, Zhao R, Lin C-X, Sun Q-Y, Yan C-P, et al. Silica nanomaterials induce organ injuries by Ca2+-ROS-initiated disruption of the endothelial barrier and triggering intravascular coagulation. Particle and Fibre Toxicology. 2020 Mar 23;17(1). doi: 10.1186/s12989-020-00340-8Wang D-P, Wang Z-J, Zhao R, Lin C-X, Sun Q-Y, Yan C-P, et al. Silica nanomaterials induce organ injuries by Ca2+-ROS-initiated disruption of the endothelial barrier and triggering intravascular coagulation. Particle and Fibre Toxicology. 2020 Mar 23;17(1). doi: 10.1186/s12989-020-00340-8Xie G, Sun J, Zhong G, Shi L, Zhang D. Biodistribution and toxicity of intravenously administered silica nanoparticles in mice. Archives of Toxicology. 2009 Nov 20;84(3):183–90. doi: 10.1007/s00204-009-0488-хXie G, Sun J, Zhong G, Shi L, Zhang D. Biodistribution and toxicity of intravenously administered silica nanoparticles in mice. Archives of Toxicology. 2009 Nov 20;84(3):183–90. doi: 10.1007/s00204-009-0488-х

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