anatomyЖурнал анатомии и гистопатологииJournal of Anatomy and Histopathology2225-7357N.N. Burdenko Voronezh State Medical University10.18499/2225-7357-2018-7-4-94-101anatomy-749Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL PAPERSСтруктурные особенности и чувствительность клеток гиппокампа к эндотелиальному сосудистому фактору роста на фоне интраназального введения наночастиц диоксида титанаStructure Features and Sensitivity of Hippocampal Cells to the Endothelial Vascular Growth Factor Against the Background of Intranasal Administration of Titanium Dioxide NanoparticlesШарафутдиноваЛ. А.SharafutdinovaL. A.

Шарафутдинова Люция Ахтямовна – канд. биол. наук, доцент кафедры физиологии и общей биологии биологического факультета

450076, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Заки Валиди, дом 32

Ufa

sharafla@yandex.ruВалиуллинВ. В.ValiullinV. V.

Валиуллин Виктор Владимирович – д-р биол. наук, профессор кафедры гистологии

г. Казань

Kazan

ФГБОУ ВО «Башкирский государственный университет»Bashkir State UniversityФГБОУ ВО «Казанский государственный медицинский университет» Минздрава РоссииKazan State Medical University2018110120197494101Copyright © Шарафутдинова Л.А., Валиуллин В.В., 20192019Шарафутдинова Л.А., Валиуллин В.В.Sharafutdinova L.A., Valiullin V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://anatomy.elpub.ru/jour/article/view/749Цель работы

Цель работы: изучение структурных характеристик и чувствительности клеток гиппокампа крыс к эндотелиальному фактору роста сосудов на фоне интраназального введения наночастиц (НЧ) TiO2 (рутильная форма, 40–60 нм, ежедневно, 10 мг/кг массы тела животного, 30 дней).

Материал и методы

Материал и методы. Исследование проведено на крысах-самцах линии Вистар (n=10). При изучении влияния исследуемых НЧ на морфологические характеристики гиппокампа животным опытной группы ежедневно интраназально вводили суспензию НЧ TiO2 (1.5 мл), крысам контрольной группы – дистиллированную воду в том же объеме. Животных выводили из эксперимента через 30 дней передозировкой диэтилового эфира и извлекали головной мозг для гистологического и электронно-микроскопического исследований. Использованы классические морфологические подходы, метод электронной микроскопии и иммуногистохимическое окрашивание антителами к маркеру чувствительности клеток – рецептору к эндотелиальному сосудистому фактору роста VEGFR-1/Flt-1.

Результаты

Результаты. Установлено, что на фоне интраназального введения НЧ TiO2 в пирамидном слое СА1 и СА3 полях гиппокампа наблюдается снижение плотности нейронов, уменьшение площади ядра и перикариона клеток по сравнению с контролем. Обнаружены ультраструктурные изменения, свидетельствующие о повреждении структур энергетического и белоксинтетического аппаратов нейронов. Иммуногистохимическое исследование выявило повышение чувствительности эндотелиальных клеток сосудов и макроглии гиппокампа экспериментальной группы животных к эндотелиальному фактору роста сосудов.

Заключение

Заключение. Интраназальное ведение НЧ TiO2 приводит к негативным изменениям структурных характеристик зон СА1, СА3 гиппокампа, ультрамикроскопических особенностей, а также к повышению чувствительности ряда клеток к VEGF, что свидетельствует об их (НЧ) возможном нейротоксическом эффекте.

The aim

The aim: to study the structural characteristics and sensitivity of rat hippocampal cells to the endothelial growth factor of vessels against intranasal administration of nanoparticles (NP) TiO2 (rutile form, 40–60 nm, daily, 10 mg/kg animal body weight, 30 days).

Material and methods

Material and methods. When studying the effect of the studied NP on the morphological characteristics of the hippocampus, animals of the experimental group were intranasally injected daily with a suspension of NP TiO2 (10 mg/kg body weight, 30 days), and the rats of the control group received distilled water in the same volume. Animals were removed from the experiment after 30 days of overdose of diethyl ether and the brain was removed for histological and electron microscopic examination. We used classical morphological approaches, electron microscopy and immunohistochemical staining with antibodies to the cell sensitivity marker, the receptor for endothelial vascular growth factor VEGFR-1 / Flt-1.The classical morphological approaches, the method of electron microscopy and immunohistochemical staining with antibodies to the marker of sensitivity of the receptor cells to the endothelial vascular growth factor VEGFR-1/Flt-1 were used.

Results

Results. It has been established that against the background of intranasal administration of NP TiO2 in the pyramidal layer of CA1 and CA3 hippocampal fields, the density of neuronal packing decreases, the area of the nucleus and the pericarion of the cells decrease in comparison with the control. Ultrastructural changes were detected, indicating a damage to the structures of the energy and protein synthesis apparatus of neurons. Immunohistochemical study revealed an increase in the sensitivity of vascular endothelial cells and the hippocampal macroglia of the experimental group of animals to the endothelial factor of vascular growth.

Conclusions

Conclusions. Intranasal management of NP TiO2 leads to negative changes in the structural characteristics of the CA1, CA3 hippocampal zones, ultramicroscopic features, and also to an increase in the sensitivity of a number of cells to VEGF, which indicates their possible neurotoxic effect.

наночастицы диоксида титанагиппокампультраструктураVEGFR-1/Flt-1titanium dioxide nanoparticleshippocampusultrastructureVEGFR-1/Flt-1ReferencesРославцева В. В., Салмина А. Б., Прокопенко С. В., Пожиленкова Е. А., Кобаненко И. В., Резвицкая Г. Г. Сосудистый эндотелиальный фактор роста в регуляции развития и функционирования головного мозга: новые молекулы-мишени для фармакотерапии. Биомедицинская химия. 2016; 62 (2): 124–133.Roslovtsev V. V., Salmina A. B., Prokopenko S. V., Pozhilenkova E. A., Kobanenko I. V., Razvitka G. G. Sosudistyi endotelial'nyi faktor rosta v regulyatsii razvitiya i funktsionirovaniya golovnogo mozga: novye molekuly-misheni dlya farmakoterapii [Vascular endothelial growth factor in the regulation of the development and functioning of the brain: new targets for drug therapy]. Biomedical chemistry. 2016; 62 (2): 124–133 (in Russian).Тырсина Е. Г., Никулицкий С. И. Роль регуляторной VEGF/VEGF-R1-системы в опухолевом ангиогенезе (обзор литературы). Онкогинекология. 2015; 4: 4–12.Tursina E. G., Nikulinskaya S. I. Rol' regulyatornoi VEGF/ VEGF-R1-sistemy v opukholevom angiogeneze (obzor literatury) [Regulatory role of the VEGF/is expressed by vegfr1-system in tumor angiogenesis (literature review)]. Gynecologic Oncology. 2015; 4: 4–12 (in Russian).Фатхутдинова Л. М., Халиуллин Т. О., Залялов Р. Р., Ткачев А. Г., Бирч М. Э., Шведова А. А. Гигиеническая оценка аэрозоля многослойных углеродных нанотрубок в производственных условиях. Российские нанотехнологии. 2016; 11 (1–2): 85–90.Fatkhutdinova L. M., Khaliullin, T. O., Zalyalov R. R., Tkachev A. G., Beers M. E., Shvedova A. A. Gigienicheskaya otsenka aerozolya mnogosloinykh uglerodnykh nanotrubok v proizvodstvennykh usloviyakh [Hygienic evaluation of aerosol multiwalled carbon nanotubes in a production environment]. Russian nanotechnology. 2016; 11 (1– 2): 85–90 (in Russian).Cho W. S., Kang B. C., Lee J. K., Jeong J., Che J. H., Seok S. H. Comparative absorption, distribution, and excretion of titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles after repeated oral administration. Part Fibre Toxicol. 2013; 10(9).Cho W.S., Kang B.C., Lee J.K., Jeong J., Che J.H., Seok S.H. Comparative absorption, distribution, and excretion of titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles after repeated oral administration. Part Fibre Toxicol. 2013; 10(9).Disdier C., Devoy J., Cosnefroy A., Chalansonnet M., Herlin-Boime N., Brun E. Tissue biodistribution of intravenously administrated titanium dioxide nanoparticles revealed blood-brain barrier clearance and brain inflammation in rat. Part Fibre Toxicol. 2015; 12:27. doi: 10.1186/s12989-015-0102-8.Disdier C., Devoy J., Cosnefroy A., Chalansonnet M., Herlin-Boime N., Brun E. Tissue biodistribution of intravenously administrated titanium dioxide nanoparticles revealed blood-brain barrier clearance and brain inflammation in rat. Part Fibre Toxicol. 2015; 12:27.Geraets L., Oomen A. G., Krystek P., Jacobsen N. R., Wallin H., Laurentie M., Verharen H. W., Brandon E. F., de Jong W. H. Tissue distribution and elimination after oral and intravenous administration of different titanium dioxide nanoparticles in rats. Part Fibre Toxicol. 2014; 11:1. doi: 10.1186/1743-8977-11-30.Geraets L., Oomen A.G., Krystek P., Jacobsen N.R., Wallin H., Laurentie M., Verharen H.W., Brandon E.F., de Jong W.H. Tissue distribution and elimination after oral and intravenous administration of different titanium dioxide nanoparticles in rats. Part Fibre Toxicol. 2014; 11:1. doi: 10.1186/1743-8977-11-30.Hu R. P., Zheng L., Zhang T. et al. Molecular mechanism of hippocampal apoptosis of mice following exposure to titanium dioxide nanoparticles. J. Hazard Mater. 2011; 191(1–3): 32–40.Hu R.P., Zheng L., Zhang T. et al. Molecular mechanism of hippocampal apoptosis of mice following exposure to titanium dioxide nanoparticles. J. Hazard Mater. 2011; 191(1–3): 32–40.Krawczyńska A., Dziendzikowska K., Gromadzka-Ostrowska J., Lankoff A., Herman A. P., Oczkowski M., Królikowski T., Wilczak J., Wojewódzka M., Kruszewski M. Food Chem Toxicol. 2015; 85: 96–105. doi: 10.1016/j.fct.2015.08.005.Krawczyńska A., Dziendzikowska K., Gromadzka-Ostrowska J., Lankoff A., Herman A. P., Oczkowski M., Królikowski T,, Wilczak J,, Wojewódzka M,, Kruszewski M. Food Chem Toxicol. 2015; 85: 96–105. doi: 10.1016/j.fct.2015.08.005.Long T. C., Saleh N., Tilton R. D., Lowry G. V., Veronesi B. Environ Sci Technol. 2006; 40:4346– 4352. doi: 10.1021/es060589n.Long T. C., Saleh N., Tilton R. D., Lowry G. V., Veronesi B. Environ Sci Technol. 2006; 40:4346– 4352. doi: 10.1021/es060589n.Long T. C., Tajuba J., Sama P., Saleh N., Swartz C., Parker J., Hester S., Lowry G. V., Veronesi B. Environ Health Perspect. 2007; 115: 1631–1637. doi: 10.1289/ehp.10216.Long T. C., Tajuba J., Sama P., Saleh N., Swartz C., Parker J., Hester S., Lowry G. V., Veronesi B. Environ Health Perspect. 2007; 115: 1631–1637. doi: 10.1289/ehp.10216.Mushtaq G., Khan J. A., Joseph E., Kamal M. A. Nanoparticles, Neurotoxicity and Neurodegenerative Diseases. Curr Drug Metab. 2015; 16 (8): 676– 684.Mushtaq G., Khan J.A., Joseph E., Kamal M.A. Nanoparticles, Neurotoxicity and Neurodegenerative Diseases. Curr Drug Metab. 2015; 16 (8): 676– 684.Sharafutdinova L. A., Valiullin V. V. Morphological Characteristics of Hippocampus under the Action of Titan Dioxide Nanoparticles in Rats. Nanotechnologies in Russia, 2018; 13 (3–4): 211– 214.Sharafutdinova L.A., Valiullin V.V. Morphological Characteristics of Hippocampus under the Action of Titan Dioxide Nanoparticles in Rats. Nanotechnologies in Russia, 2018; 13 (3–4): 211–214.Shibuya M. et al. Nucleotide sequence and expression of a novel human receptor-type tyrosine kinase gene (flt) closely related to the fms family// Oncogene. 1990; 5: 519–524.Shibuya M. et al. Nucleotide sequence and expression of a novel human receptor-type tyrosine kinase gene (flt) closely related to the fms family// Oncogene. 1990; 5: 519–524.Shrivastava R., Raza S., Yadav A., Kushwaha P., Flora S. J S. Drug Chem Toxicol. 2014; 37: 336– 347. doi: 10.3109/01480545.2013.866134.Shrivastava R., Raza S., Yadav A., Kushwaha P., Flora S. J S. Drug Chem Toxicol. 2014; 37: 336– 347. doi: 10.3109/01480545.2013.866134.Wang J., Chen C., Liu Y., Jiao F., Li W., Lao F., Li Y., Li B., Ge C., Zhou G., Gao Y., Zhao Y., Chai Z. Potential neurological lesion after nasal instillation of TiO2 nanoparticles in the anatase and rutile crystal phases. Toxicol Lett. 2008; 183 (1–3): 72–80.Wang J., Chen C., Liu Y., Jiao F., Li W., Lao F., Li Y., Li B., Ge C., Zhou G., Gao Y., Zhao Y., Chai Z. Potential neurological lesion after nasal instillation of TiO2 nanoparticles in the anatase and rutile crystal phases. Toxicol Lett. 2008; 183 (1– 3): 72–80.Wu J. H., Liu W., Xue C. B., Zhou S. C., Lan F. L., Bi L., Xu H., Yang X., Zeng F. D. Toxicity and penetration of TiO2 nanoparticles in hairless mice and porcine skin after subchronic dermal exposure. Toxicol Lett. 2009; 191(1): 1–8. doi: 10.1016/j.toxlet.2009.05.020.Wu J.H., Liu W., Xue C.B., Zhou S.C., Lan F.L., Bi L., Xu H., Yang X., Zeng F.D. Toxicity and penetration of TiO2 nanoparticles in hairless mice and porcine skin after subchronic dermal exposure. Toxicol Lett. 2009; 191(1): 1–8.Yang Z., Liu Z.W., Allaker R. P., Reip P., Oxford J., Ahmad Z., Ren G. A review of nanoparticle functionality and toxicity on the central nervous system. Journal of the Royal So. 2010; 17(4): 411– 422.Yang Z., Liu Z.W., Allaker R. P., Reip P., Oxford J., Ahmad Z., Ren G. A review of nanoparticle functionality and toxicity on the central nervous system. Journal of the Royal So. 2010; 17(4): 411– 422.Yeh T. K., Chen J. K., Lin C. H., Yang M. H., Yang C. S., Chung S. Y., Fong I. C., Jinn J. P., Mei Y. W., Wan H. C., Ming H. T., Hui T. T. Kinetics and tissue distribution of neutron-activated zinc oxide nanoparticles and zinc nitrate in mice: effects of size and particulate nature. Nanotechnology. 2012; 23(8).Yeh T.K., Chen J.K., Lin C.H., Yang M.H, Yang C.S., Chung S.Y., Fong I. C., Jinn J. P., Mei Y.W., Wan H.C., Ming H.T., Hui T. T., P L. Kinetics and tissue distribution of neutron-activated zinc oxide nanoparticles and zinc nitrate in mice: effects of size and particulate nature. Nanotechnology. 2012; 23(8).Yin J., Kang C., Li Y., Li Q., Zhang X., Li W. Toxicol Res (Cambridge, U K). 2014; 3: 367–374.Yin J, Kang C, Li Y, Li Q, Zhang X, Li W. Toxicol Res (Cambridge, U K). 2014; 3: 367–374.

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