Биологические науки/8. Физиология человека и животных

К.б.н. Калашникова Л.Е.,  Коперник И.Н., к.б.н. Метелица Л.А.,  к.х.н. Носков Ю.В., д.х.н., проф. Пуд А.А.

Институт биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины.

Токсикологическая оценка наночастиц оксида железа III

на модели Zebrafish.

Введение.

Нанохимия магнитных материалов – одно из наиболее активно развиваемых направлений современной нанонауки. Среди магнитных материалов, нашедших широкое технологическое применение следует отметить ферромагнетики. Быстрое внедрение таких наноструктур в разных областях деятельности человека  предполагает не только широкий выбор новых наномагнитных материалов, но и развитие технологий их получения [1-3].  

 Совершенствование методов получения и стабилизации наномагнитных частиц позволяет  получать наноразмерные металлические частицы не только в виде феррожидкостей, но и внедрёнными в различные биоинертные матрицы. Матрица, как химически инертная, немагнитная основа, оказывает  незначительное влияние на магнитные свойства изолированных друг от друга наночастиц и делает их устойчивыми к окислению, коррозии и самопроизвольной агрегации. Капсулирование магнитных наночастиц   обеспечивает диспергируемость их в нужном растворителе, повышает их физико-химическую устойчивость и предохраняет от нежелательного химического взаимодействия со стороны окружающей среды. С другой стороны наличие такой матрицы на поверхности магнитной частицы  позволит снизить возможное токсичного воздействия магнитной фазы [4, 5].

Таким образом, стремительные темпы развития магнитных нанотехнологий и широкое  практическое использованием магнитных наноматериалов в разных областях науки и техники определяет актуальность изучения экобезопасности наночастиц оксида железа [3, 6].

В связи с вышесказанным целью нашего исследования является изучение токсичности наночастиц оксида железа III в зависимости от физико-химических характеристик их поверхности.

Задача работы состоялв в   in vivo исследовании острой токсичности магнитных наночастиц  оксида железа (Fe3O4), образцов оксида железа, покрытых полианилином (Fe3O4-PANI) и полианилина с додецилбензолсульфоновой кислотой (Fe3O4-PANI/ДБСК)   на модели зебрафиш (Danio rerio).  

Методика исследования.

Аквариумную рыбку Danio rerio, традиционно, используют в исследованиях в области молекулярной генетики и биологии развития, однако в последнее время она становится привлекательной в работах по созданию новых лекарственных препаратов и моделировании различных физиологических и патологических процессов [7-10].

Для определения острой  токсичности изучаемых наночастиц использовали 2-х месячных особей аквариумных рыбок Danio rerio, которые были выращены в наше лаборатории.  Условия выращивания и содержания Danio rerio, а также проведение биотестирования было стандартизировано согласно правилам OECD [11].

Используемые в эксперименте  взрослые особи Danio rerio были размером 155.8±0,1мм и весом  266,5±0,2 мг,  культивировались в стеклянных емкостях с особях с учетом 1 л на одну особь в воде при температуре 26 ± 1 ° С. Водная среда для культивирования рыб была стандартизирована согласно правилам OECD [12].

При проведении биотестирования, рыбы были помещены в сосуд (1 л) и с температурой в воды 26 ± 1 ° С (в условиях естественного освещения и постоянной аэрации). Плотность поголовья рыбы было 10 экземпляров на 1 литр.

Критерием острой токсичности для рыб служила  50%  их гибель (LD50 в опыте по сравнению с контролем за 96 ч/4 суток. За поведением организмов наблюдали визуально в течение указанного времени. 

 Статистический анализ полученных результатов осуществляли программой Statistica 6, for Windows.e

Результаты исследования.

Исследовали острое токсическое действие магнитных магнитных наночастиц оксида  железа III (Fe3O4) на рыбах Brachydanio rerio  в  следующих  концентрациях: 22 мг/л, 15 мг/л 10 мг/л.

Степень токсичности исследуемых наночастиц оценивали   по количеству выживших  тест-объектов после воздействия относительно  их численности в контрольной пробе.

Острая токсичность зарегистрирована в следующих случаях:  LD50  Fe3O4  = 15 мг/л,     LD50  Fe3O4-PANI/ДБСК =22 мг/л;  LD50  Fe3O4-PANI=10 мг/л. Для последнего образца наночастиц оксида железа III  была зарегистрирована  LD100 за 1 час при концентрации 22 мг/л.

Приведенные результаты исследований свидетельствуют, что  наночастицы оксида железа III, покрытые полианилином (Fe3O4-PANI) оказывают максимальное токсическое действие по сравнению с другими  исследуемыми образцами магнитных наночастиц. Действие наночастиц   оксида железа, покрытых полианилином с додецилбензолсульфоновой кислотой (Fe3O4-PANI/ДБСК)   в два раза  снижает токсичного действия магнитной фазы, посравнению с  токсическим действием наночастиц оксида железа, покрытых полианилином (Fe3O4-PANI).

Таким образом, можно сделать вывод, что оболочка магнитных наночастиц, которая состоит из полианилина с додецилбензолсульфоновой кислотой (Fe3O4-PANI/ДБСК)  значительно снижает токсичность наночастиц оксида железа III.

 

 

 

 

 

Литература

1.Berry C., Curtis A. Functionalisation of magnetic nanoparticles for applications in biomedicine // J. Phys. D. Appl. hys., 2003. –V.5. – P.36.

2.Нанокомпозиты медико-биологического назначения на основе ультрадисперсного магнетита / А.П. Шпак, П.П. Горбик, В.Ф. Чехун, Л.Г. 3. Гречко, И.В. Дубровин, А.Л. Петрановская, Л.Ю. Вергун, О.М. Кордубан, Л. Б. Лерман // Физикохимия наноматериалов и супрамолекулярных структур. – Киев: Наук. думка, – 2007. – Т.1. С. 45 – 87.

3. Коваленко Л.В., Фолманис Г.Э. Биологически активные нанопорошки железа. М.: Наука, 2006.- с.124.

4. Глущенко Н.Н., Богословская О.А., Байтукалов Т.А., Ольховская И.П. и др. Исследование структуры и функциональной активности наночастиц железа. // XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии: Тез. докл. – Москва, 2007. -  C. 28.

5.Губин С.П., Кокшаров Ю.А., Хомутов Г.Б., Юрков Г.Ю. Магнитные наночастицы: методы получения, строение и свойства//Успехи химии, 2005. –Т.6. – с.539-574.

6.Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. – М.: Физматлит, 2005. – 410 с.

7. Беляева Н.Ф., Каширцева В.Н., Медведева Н.В. и др.   Зебрафищ как модель в биомедицинских иследованиях. //Биомедицинская химия, 2010. –Т.№56(1). – с.20-131.

8. Zhu L, Duan Z, Qi R, Li Y, et al. (2008) Comparative toxicity of several metal oxide nanoparticle aqueous suspensions to Zebrafish (Danio rerio) early developmental stage. //J Environ Sci Heal, – Part A 43. – рр.278–284.

9. Zhen Chena , Huan Meng, Gengmei Xing, and et.c  Acute toxicological effects of copper nanoparticles in vivo// Toxicology Letters, 2006. –163.  –рр.109-120

10. Hill AJ, Teraoka H, Heideman W, Peterson RE. Zebrafish as a model vertebrate for investigating chemical toxicity. // Toxicol Sci,  2005. –V. 86(1). –рр.6-19

 

11.OECD (1995). Guidence Document for the Development of OECD Guide Lines for Testing of Chemicals. Environmental Monographs No. 76, OECD, Paris, 1993, reprinted 1995. 28pp.

12. OECD (1992) Test Guideline 203. OECD  Guideline for Testing of Chemicals. Fish, Acute Toxicity Test. 32 рр.