Evaluation of Selected Toxicity Endpoints in Ovary Cells Exposed to Nanoceria

• Autorzy: Zapór L.

Warianty tytułu

PL

Ocena wybranych parametrów toksycznego działania nanocząstek ditlenku ceru na komórki CHO-9

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

PL

Nanometryczny tlenek ceru (CeO₂NM) ma szerokie zastosowanie w wielu sektorach przemysłu, co stwarza możliwość emisji do środowiska (zarówno środowiska naturalnego, jak i środowiska pracy). Stosowany jest przede wszystkim jako katalizator paliwa w silnikach Diesla, elektrolit w stało tlenkowych ogniwach paliwowych (SOFC, solid oxide fuel cells), materiał polerski, barwnik plastiku, warstwa buforowa dla nadprzewodników, powłoka dla filtrów podczerwieni, pochłaniacz UV oraz jako przeciwutleniacz w biomedycynie. Pomimo, że produkcja CeO₂NM jest wielkotonażowa, to istniejące dane toksykologiczne, z uwagi na niespójny obraz toksycznego działania, uznane zostały za niewystarczające do oceny zagrożeń, jakie może stwarzać dla ludzi i środowiska. Celem badań była ocena toksycznego działania CeO₂NM o nominalnej wielkości cząstek: < 25 nm na komórki układu rozrodczego (CHO-9), po krótkotrwałym (24 lub 72 h) i długotrwałym (7 dni) narażeniu komórek. Badano wpływ CeO₂NM na integralność błon komórkowych (test NRU), aktywność metaboliczną komórek (test MTT, test WST-1) oraz zdolność komórek do proliferacji (test wydajności tworzenia kolonii - CFEA). Oceniono również wpływ CeO₂NM na uszkodzenia DNA w komórkach poprzez oznaczenie metodą kometową (SCGE w warunkach zasadowych) jednoniciowych pęknięć DNA (SSB) oraz oksydacyjnych uszkodzeń zasad rozpoznawanych przez glikozylazę formamido-pirymidynową (SSB-FPG). CeO₂NM powodował zależne od stężenia i czasu narażenia działanie cytotoksyczne. Kierunek zmian toksycznych obejmował zarówno zmiany w przepuszczalności błon komórkowych, jak i zaburzenia aktywności metabolicznej mitochondriów. Zakres stężeń cytotoksycznych wynosił 100-400 µg/ml zależnie od ocenianego skutku cytotoksycznego. Długotrwałe narażenie komórek na CeO₂NM powodowało utratę zdolności komórek do proliferacji w stężeniach ok. 50 µg/ml. CeO₂NM powodował zależny od stężenia istotny statystycznie wzrost poziomu jednoniciowych pęknięć DNA oraz oksydacyjnych uszkodzeń DNA rozpoznawanych przez FPG w narażanych komórkach już w najniższych ze stosowanych stężeń (10-100 µg/ml). Wyniki testu kometowego i klonogennego wskazują na potencjalną toksyczność przewlekłą CeO₂NM.

Słowa kluczowe

EN

cerium dioxide nanoparticles; nanoceria; cytotoxicity; genotoxicity

PL

nanocząstki ditlenku ceru; cytotoksyczność; genotoksyczność

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Tom 18, cz. 2
• Strony: 389--403
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys.

Twórcy

autor

Zapór L.

• Central Institute for Labour Protection – National Research Institute

Bibliografia

• 1. Arnold, M.C., Badireddy, A.R., Wiesner, M.R., Di Giulio, R.T., Meyer, J.N. (2013). Cerium oxide nanoparticles are more toxic than equimolar bulk cerium oxide in Caenorhabditis elegans. Archives of Environ Contamination and Toxicology, 65(2), 224-33.
• 2. Auffan, M., Rose, J., Orsiere, T., De Meo, M., Thill, A., Zeyons, O., Proux, O., Masion, A., Chaurand, P., Spalla, O., Botta, A., Wiesner, M.R. and Bottero, J.-Y. (2009). CeO2 nanoparticles induce DNA damage towards human dermal fibroblasts in vitro. Nanotoxicology, 3, 161-171.
• 3. Courbiere, B., Auffan, M., Rollais, R., Tassistro, V., Bonnefoy, A., Botta, A., Rose, J., Orsière, T., Perrin, J. (2013). Ultrastructural Interactions and Genotoxicity Assay of Cerium Dioxide Nanoparticles on Mouse Oocytes. International Journal of Molecular Sciences, 14, 21613-21628.
• 4. De Marzi, L., Monaco, A., De Lapuente, J., Ramos, D., Borras, M., Di Gioacchino, M., Santucci, S., Poma, A. (2013). Cytotoxicity and Genotoxicity of Ceria Nanoparticles on Different Cell Lines in Vitro. International Journal of Molecular Sciences, 14, 3065-3077.
• 5. Franken, N., Rodermond, H.M., Stap, J., Haverman, J., van Bree, Ch. (2006). Clonogenic assay of cells in vitro. Nature Protocols, 1 (5), 2315-2319.
• 6. Geraets, L., Oomen, A.G., Schroeter, J.D., Coleman, V.A., Cassee, F.R. (2012). Tissue Distribution of Inhaled Micro- and Nano-sized Cerium Oxide Particles in Rats: Results From a 28-Day Exposure Study. Toxicological Sciences, 127 (2), 463-473.
• 7. Herzog, E., Casey, A., Lyng, F.M., Chambers, G., Byrne, H.J., Davoren, M. (2007). A new approach to the toxicity testing of carbon-based nanomaterials - The clonogenic assay. Toxicology Letters, 174, 49-60.
• 8. Hirst, S.M., Karakoti, A., Singh, S., Self, W., Tyler, R., Seal, S., Reilly, C.M. (2013). Bio-distribution and in vivo antioxidant effects of cerium oxide nanoparticles in mice. Environmental Toxicology, 28(2), 107-118.
• 9. Hirst, S.M., Karakoti, A.S., Tyler, R.D., Sriranganathan, N., Seal, S., Reilly, C.M. (2009). Anti-inflammatory properties of cerium oxide nanoparticles. Small, 5(24), 2848-56.
• 10. INVITTOX Protocol No 17: MTT Assay. (1990). The ERGATT/FRAME Data Bank of In Vitro Techniques in Toxicology, Nottingham.
• 11. INVITTOX Protocol No 64: The Neutral Red Cytotoxicity Assay. (1992). The ERGATT/FRAME Data Bank of In Vitro Techniques in Toxicology, Nottingham.
• 12. Karlsson, H.L. (2010). The comet assay in nanotoxicology research. Anaytical and Bioanalytical Chemistry, 398(2), 651-666.
• 13. Kim, I.S., Baek, M., Choi, S.J. (2010). Comparative cytotoxicity of Al2O3, CeO2, TiO2 and ZnO nanoparticles to human lung cells. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 10, 3453-3458.
• 14. Kroll, A., Dierker, C., Rommel, C., Hahn, D., Wohlleben, W., Schulze-Isfort, C., Göbbert, C., Voetz, M., Hardinghaus, F., Schnekenburger, J. (2011). Cytotoxicity screening of 23 engineered nanomaterials using a test matrix of ten cell lines and three different assays. Particle and Fibre Toxicology, 8: 9.
• 15. Kroll, A., Pillukat, M.H., Hahn, D., Schnekenburger, J. (2012). Interference of engineered nanoparticles with in vitro toxicity assays. Archives of Toxicology, 86(7), 1123-1136.
• 16. Majumdar, S, Trujillo-Reyes, J., Hernandez-Viezcas, J.A., White, J.C., Peralta- Videa, J.R., Gardea-Torresdey, J.L. (2015). Cerium Biomagnification in a Terrestrial Food Chain: Influence of Particle Size and Growth Stage. Environmental Science and Technology, Article ASAP, DOI: 10.1021/acs.est.5b04784 (abstract only).
• 17. Manier, N., Bado-Nilles, A., Delalain, P., Aguerre-Chariol, O., Pandard, P. (2013). Ecotoxicity of non-aged and aged CeO2 nanomaterials towards freshwater microalgae. Environmental Pollution, 180, 63-70.
• 18. NIA (Nanotechnology Industries Association) (2010). Toxicological review of nano cerium oxide. PROSPEcT: ecotoxicology test protocols for representative nanomaterials in support of the OECD sponsorship programme. Nanotechnology Industries Assoc., London, UK. http://www.nanotechia.org/sites/default/files/files/PROSPECT_Nano-CeO2_Literature_Review.pdf
• 19. OECD Report (ENV/JM/MONO)12. (2011). Current developments/activities on the safety of manufactured nanomaterials. http://www.oecd.org/officialdocuments/displaydocumentpdf?cote=env/jm/mono%282011%2912&doclanguage=en.
• 20. Park, E.J., Choi, J., Park, Y.K., Park, K. (2008). Oxidative stress induced by cerium oxide nanoparticles in cultured BEAS-2B cells. Toxicology, 245, 90-100.
• 21. Pierscionek, B.K., Li, Y., Schachar, R.A., Chen, W. (2012). The effect of high concentration and exposure duration of nanoceria on human lens epithelial cells. Nanomedicine, 8(3), 383-90.
• 22. Ponti,. J., Colognato, R., Rauscher, H., Gioria, S., Broggi, F., Franchini, F., Pascual, C., Giudetti, G,, Rossi, F. (2010). Colony Forming Efficiency and microscopy analysis of multi-wall carbon nanotubes cell interaction. Toxicology Letters, 197, 29-37
• 23. Rodea-Palomares, I., Boltes, K., Fernandez-Pinas, F., Leganes, F., Garcia-Calvo, E., Santiago, J., Rosal, R. (2011). Physicochemical characterization and ecotoxicological assessment of CeO2 nanoparticles using two aquatic microorganisms. Toxicological Sciences, 119, 135-145.
• 24. Rogers, N.J., Franklin, N.M., Apte, S.C., Batley, G.E., Angel, B.M., Lead, J.R., Belousha, M. (2010). Physico-chemical behaviour and algal toxicity of nanoparticulate CeO2 in freshwater. Environmental Chemistry, 7, 50-60.
• 25. Strobel, C., Förster, M., Hilger, I. (2014). Biocompatibility of cerium dioxide and silicon dioxide nanoparticles with endothelial cells. Beilstein Journal and Nanotechnology, 5, 1795-1807.
• 26. Van Hoecke, K., Quik, J.T., Mankiewicz-Boczek, J., De Schamphelaere, K.A., Elsaesser, A., Van der Meeren, P., Barnes, C., McKerr, G., Howard, C.V., Van de Meent, D., Rydzyński, K., Dawson, K.A., Salvati, A., Lesniak, A., Lynch, I., Silversmit, G., De Sambe, B., Vince, L., Janssen, C.R. (2009). Fate and effects of CeO2 nanoparticles in aquatic ecotoxicity tests. Environmental Science and Technology, 43(12), 4537-46.
• 27. Wojewodzka, M., Kruszewski, M., Iwanenko, T., Collins, A.R., Szumiel, I. (1998). Application of the comet assay for monitoring DNA damage in workers exposed to chronic low-dose irradiation. I. Strand breakage. Mutation Research, 416, 21-35.
• 28. Yokel, R.A., Au ,T.C, MacPhail, R., Hardas, S.S., Butterfield, D.A., Sultana, R., Goodman, M., Tseng, M.T., Dan, M., Haghnazar, H., Unrine, J.M., Graham, U.M., Wu, P., Grulke, E.A. (2012). Distribution, elimination, and biopersistence to 90 days of a systemically introduced 30 nm ceriaengineered nanomaterial in rats. Toxicological Sciences 127(1), 256-268.
• 29. Zapór L. (2014). Evaluation of the toxic potency of selected cadmium compounds on A549 and CHO-9 cells. The International Journal of Occupational Safety and Ergonomics, 20(4), 573-581.
• 30. Zhang, H., He, X., Zhang, Z., Zhang, P., Li, Y., Ma, Y., Kuang, Y., Zhao, Y., Chai, Z. (2011). Nano-CeO2 exhibits adverse effects at environmental relevant concentrations. Environmental Science and Technology, 45(8), 3725-30.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.