Genotoksyczność antybakteryjnych bioszkieł wytworzonych metodą zol-żel wobec Salmonella typhimurium

• Autorzy: Jadczyk P. , Umińska-Wasiluk B. , Ciołek L. , Karaś J. , Olszyna A.

Warianty tytułu

EN

Genotoxicity of antibacterial bioglasses obtained by sol-gel method for Salmonella typhimurium

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Problemem w stomatologii są choroby przyzębia. W zaawansowanej fazie tej choroby konieczna jest chirurgiczna interwencja z zastosowaniem odpowiednich biomateriałów dla regeneracji tkanek. Dlatego celem tej pracy było określenie genotoksyczności potencjalnych biomateriałów w postaci bioszkła glinokrzemianowego (B-I) oraz bioszkieł wapniowokrzemianowych (Z-5 i Z-8) wobec Salmonella typhimurium TA 98 i TA 100 w mikropłytkowym teście rewersji mutacji. Bioszkła ekstrahowano w 10 cm3 dimetylosulfotlenku (DMSO), wytrząsając przy 250 rpm po 2 g bioszkieł B-I i Z-8 oraz 1 g bioszkła Z-5 przez 72 h w temperaturze 37°C. Ekstrakty bioszkieł wprowadzano do testu w postaci roztworów w DMSO. Rozcieńczano je połowicznie, tak aby w czasie ekspozycji uzyskać dawki bioszkieł B-I i Z-8: 0,25-8,0 mg/cm3 a bioszkła Z-5: 0,125-8,0 mg/cm3. Wykonano testy bez i z aktywacją metaboliczną 30% frakcją S9. Bioszkło B-I powodowało rewersję mutacji w szczepie TA 100 w obecności frakcji S9. Pozwala to wnioskować, że bioszkle B-I występowały mutageny pośrednie powodujące powstawanie mutacji podstawiania par zasad na wykrywanie których pozwala szczep TA100. Dane literaturowe wskazują, że mogło to być następstwem łącznego działania składników tego bioszkła oraz pozostałości substratów użytych do ich wytworzenia. Nie zawierało ono mutagenów bezpośrednich powodujących powstawanie mutacji podstawiania par zasad ani mutagenów bezpośrednich i pośrednich powodujących powstawanie mutacji zmiany fazy odczytu, na wykrywanie których pozwala szczep TA98. Bioszkła Z-5 i Z-8 nie powodowały rewersji mutacji wobec żadnego ze stosowanych szczepów testowych. Uzyskane wyniki pozwalają rekomendować bioszkła Z-5 i Z-8 do dalszych badań poprzedzających ich kliniczne zastosowanie. Bioszkło B-I nie powinno być stosowane w chirurgicznym leczeniu chorób przyzębia.

EN

Periodontal disease causes problems in dentistry. Surgical intervention with appropriate biomaterials for tissue regeneration is necessary in advanced stages of the disease. Therefore, the aim of this study was to determine the genotoxicity of potential biomaterials in the form of aluminosilicate bioglass (B-I) and calciumsilicate bioglasses (Z-5 and Z-8) for Salmonella typhimurium TA 98 and TA 100 in the microplate reverse mutation test. The bioglasses were extracted with 10 cm3 of dimethyl sulfoxide (DMSO), shaken at 250 rpm for 2 g of B-I and Z-8 bioglass and 1 g of Z-5 bioglass for 72 h at 37°C. Extracts of bioglasses were introduced to the test in the form of solutions in DMSO. They were partially diluted, so that during the exposure 0.25-8.0 mg/cm3 dose of B-I and Z-8 bioglasses and 0.125-8.0 mg/cm3 dose of Z-5 bioglass were obtained. Tests were carried out with and without metabolic activation at 30% of S9 fraction. B-I bioglass caused a reversion of mutations in the TA 100 strain in the presence of S9 fraction. This suggests that indirect mutagens occurred in B-I bioglass that cause base substitution mutations, which TA100 strain detect. Literature data suggests that this could be a consequence of the combined effect of the components of this bioglass and the remains of the substrates used to produce them. Z-5 and Z-8 bioglasses did not result in the reversion of the mutation against any of the test strains used. The results indicate that there should be further study of Z-5 and Z-8 bioglasses prior to their clinical application, and that B-I bioglass should not be used in the surgical treatment of periodontal disease.

Słowa kluczowe

PL

bioszkło wapniowokrzemianowe; bioszkło glinokrzemianowe; biomateriał; test rewersji mutacji; mutagenność

EN

calciumsilicate bioglass; aluminosilicate bioglass; biomaterial; reverse mutation test; mutagenicity

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 19, no. 135
• Strony: 21--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., tab.

Twórcy

autor

Jadczyk P.

• Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska, ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

autor

Umińska-Wasiluk B.

• Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska, ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

autor

Ciołek L.

• Zakład Technologii Ceramiki, Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, ul. Postępu 9, 02-676 Warszawa

autor

Karaś J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

autor

Olszyna A.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

Bibliografia

• [1] http://www.atekgroup.com/upfiles/image/dayou/Biogran%20(ART668B).pdf
• [2] Crovace M.C., Souza M.T., Chinaglia C.R., Peitl O., Zanotto E.D.: Biosilicate – A multipurpose, highly bioactive glass-ceramic. In vitro, in vivo and clinical trials. Journal of Non-Crystalline Solids 432 (2016) 90-110.
• [3] Saravanapavan P., Hench L.: Low-temperature synthesis, structure, and bioactivity of gel-derived glasses in the binary CaO-SiO2 system. Journal of Biomedical Materials Research 54 (2001) 608-618.
• [4] Balamurugan A., Balossier G., Laurent-Maguin D., Pina S., Rebelo A.H.S., Faure J., Ferreira J.M.F.: An in vitro biological and anti-bacterial study on a sol-gel derived silver-incorporated bioglass system. Dental Materials 24 (2008) 1343-1351.
• [5] Ciołek L. Karaś J,. Olszyna A., Traczyk S.: New silver-containing bioglasses. Engineering of Biomaterials 77-80, (2008) 25-27.
• [6] Zhu H., Hu Ch., Zhang F., Feng X., Li J., Liu T., Chen J., Zhang J.: Preparation and antibacterial property of silver-containing mesoporous 58S bioactive glass. Materials Science and Engineering C 42 (2014) 22-30.
• [7] Kim T.N., Feng Q.L., Kim J.O., Wu J., Wang H., Chen G.C., Cui F.Z.: Antimicrobial effects of metal ions (Ag+, Cu2+, Zn2+) in hydroxyapatite. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 9 (1998) 129-134.
• [8] Cui Y., Zhao Y., Tian Y., Zhang W., Lu X., Jiang X.: The molecular mechanism of action of bactericidal gold nanoparticles on Eschericha coli. Biomaterials 33 (2012) 2327-2333.
• [9] Goh Y.F., Alshemary A.Z., Akram M., Kadir M.R.A., Hussain R.: In-vitro characterization of antibacterial bioactive glass containing ceria. Ceramics International 40 (2014) 729-737.
• [10] Maron D.M., Ames B.N.: Revised methods for the Salmonella mutagenicity test. Mutation Research 113 (1983) 173-215.
• [11] Mortelmans K., Zeiger E.: The Salmonella/microsome mutagenicity assay. Mutation Research 455 (2000) 29-60.
• [12] Polska Norma PN-EN ISO 10993-12. Biologiczna ocena wyrobów medycznych. Część 12. Przygotowanie próbki i materiały odniesienia.
• [13] Polska Norma PN-EN ISO 10993-3. Biologiczna ocena wyrobów medycznych. Część 3. Badania genotoksyczności, rakotwórczości i toksyczności reprodukcyjnej.
• [14] Ciołek L., Karaś J., Olszyna A., Zaczyńska E., Czarny A., Żywicka B.: In vitro studies of cytotoxicity of bioglass containing silver. Engineering of Biomaterials 89-91 (2009) 91-93.
• [15] Ciołek L., Karaś J., Olszyna A., Zaczyńska E., Czarny A., Żywicka B.: In vitro antibacterial activity of silver silver-containing bioglasses. Engineering of Biomaterials 100-101 (2010) 21-23.
• [16] Ciołek L., Karaś J., Olszyna A.: Badania właściwości fizyko-chemicznych bioszkieł domieszkowanych srebrem wytworzonych metodą zol-żel. Prace Instytutu Szkła, Ceramiki, Materiałów Ogniotrwałych i Budowlanych 3 (2009) 15-25.
• [17] Rim K.-T., Kim S.-J., Kim J.-G., Kim H.-Y., Yang J.-S.: Bacterial Reverse Mutation (AMES) Test of Aluminium Oxide, Calcium Oxide, and Sodium Tetraborate. Journal of the Korean Society for Environmental Analysis 12(3) (2009) 196-203.
• [18] Sawai J., Kojima H., Kano F., Igarashi H., Hashimoto A., Kawada E., Kokugan T., Shimizu M.: Ames assay with Salmonella typhimurium TA 102 for mutagenicity and antimutagenicity of metallic oxide powders having antibacterial activities. World Journal of Microbiology and Biotechnology 14 (1998) 773-775.
• [19] Johnston C.J., Driscoll K.E., Finkelstein J.N., Baggs R., O’Reilly M.A., Carter J., Gelein R., Obersdörter G.: Pulmonary Chemokine and Mutagenic Responses in Rats after Subchronic Inhalation of Amorphous and Cristalline Silica. Toxicological Sciences 56 (2000) 405-413.
• [20] Dyer K.F., Hanna P.J.: Comparative mutagenic activity and toxicity of trietylphosphate and dichlorvos in bacteria and Drosophila. Mutation Research 21 (1973) 175-177.
• [21] Reutova N.V., Shevtschenko V.A.: Silver as a potential mutagen. Genetica 27(7) (1991) 1280-1284.
• [22] Sumitha R., Swarna R., Priyanka V., Deepa P. V.: In vivo and in vitro genotoxicity analysis of silver nitrate. Drosophila Information Service 96 (2013) 40-46.
• [23] Lionti K., Séverin I., Dahbi L., Toury B., Chagnon M.Ch.: In vitro genotoxicity assessment of MTES, GPTES and TEOS, three precursors intended for use in food contact coatings. Food and Chemical Toxicology 65 (2014) 76-81.
• [24] Butler K.S., Peeler D. J., Casey B.J., Dair B.J., Elespuru R.K.: Silver nanoparticles: correlating nanoparticle size and cellular uptake with genotoxicity. Mutagenesis 30 (2015) 577-591.
• [25] Balasubramanyam A., Sailaja N., Mahboob M., Rahman M.F., Hussain S.M., Grover P.: In vitro mutagenicity assessment of aluminium oxide nanomaterials using the Salmonella/microsome assay. Toxicology in Vitro 24 (2010) 1871-1876.
• [26] Pan X., Redding J., Wiley P.A., Wen L., McConnell J.S., Zhang B.: Mutagenicity evaluation of metal oxide nanoparticles by the bacterial reverse mutation assay. Chemosphere 79 (2010) 113-116.
• [27] Ciołek L., Karaś J., Olszyna A., Zaczyńska E., Czarny A., Żywicka B.: Badania właściwości fizykochemicznych i biologicznych in vitro bioszkieł ze srebrem wytworzonych metodą zol-żel. Szkło i Ceramika 61(1) (2010) 2-6.
• [28] Yamanaka M., Hara K., Kudo J.: Bactericidal actions of silver ion solution on Escherichia coli, studied by energy-filtering transmission electron microscopy and proteomic analysis. Applied and Environmental Microbiology 71 (2005) 7589-7593.
• [29] Woo K.J., Koo H.C., Kim K.W., Shin S., Kim S.H., Park Y.H.: Antibacterial activity and mechanism of action of the silver ion in Staphyloccocus aureus and Escherichia coli. Applied and Environmental Microbiology 74 (2008) 2171-2178.
• [30] Matsumura Y., Yoshikata K., Kunisaki S.I., Tsuchido T.: Mode of bactericidal action of silver zeolite and its comparison with that of silver nitrate. Applied and Environmental Microbiology 69 (2003) 4278-4281.
• [31] Kim S., Ryu D.Y.: Silver nanoparticle-induced oxidative stress, genotoxicity and apoptosis in cultured cells of animal tissues. Journal of Applied Toxicology 33 (2013) 78-89.
• [32] Li Y., Chjen D.H., Yan J., Chen Y., Mittelstaedt R.A., Zhang Y., Biris A.S., Heflich R.H., Chen T.: Genotoxicity of silver nanoparticles evaluated using the Ames test and in vitro micronucleus assay. Mutation Research 745 (2012) 4-10.

Uwagi

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