Макрофаги респираторного отдела легких крыс после однократного парентерального введения наночастиц диоксида кремния различного размера

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. 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. 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. 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.

1. Зайцева 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/2016.4.10

2. Юкина 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): 112-117

3. 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-x

4. Großgarten 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-z

5. Handa 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/aa5d7c

6. Inoue 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/s12989-021-00415-0

7. Kersting 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/s41598-020-78550-5

8. Rabolli 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-x

9. Sharma 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.2020.152519

10. Tang L, Cheng J. Nonporous silica nanoparticles for nanomedicine application. Nano Today. 2013 Jun;8(3):290–312. Doi: 10.1016/j.nantod.2013.04.007

11. Wang 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/s12989-020-00340-8

12. Xie 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