Tsinkoksiidi nanoosakesed parandavad dimetüülnitrosamiini poolt põhjustatud neerutoksilisust rottidel

Kontakt: Tina Xiang E-post:tina.xiang@wecistanche.com

Abstraktne

Dimetüülnitrosamiin(DMN) on kindlaks tehtud kantserogeen. See on mürgine mitmele elundile, ntmaks, neerud, kopsud ja immuunsüsteem. Varem on selle toksilisuse moduleerimiseks eksperimentaalsete loommudelite abil kasutatud mitmeid ravimeid. Käesoleva uuringu eesmärk oli uurida tsinkoksiidi nanoosakeste (ZnONP-de) mõju DMN-i põhjustatud neerutoksilisusele laborirottidel. Kuna oksüdatiivsed mehhanismid on peamiselt seotud selle toksilisusega, keskendub kavandatav uuring selle leevendamiseleoksüdatiivne stressZnONP-de vastus, kui neid on. Käesolevad tulemused näitavad, et ZnONP-de (50 mg/kg kehakaalu kohta roti kohta) manustamine DMN-iga (2 ul/100 g kehamassi kohta roti kohta) saanud rottidele vähendab malonaldehüüdi, H, O ja NO kontsentratsiooni neerudes. Kuid pärast ZnONP-ravi vähenes glutatiooni (GSH) kontsentratsioon. Glutatioon-S-transferaasi ja glutatioonperoksidaasi tulemused soodustasid selle antioksüdatiivset toimet. Neid tulemusi toetavad oksüdatiivse DNA kahjustuse taastumine ja vähem väljendunud histopatoloogilised muutused neerudes. Oletatakse, et ZnONP-d võivad olla toksilised neerukoele; aga nende tugev terapeutiline/antioksüdatiivne potentsiaal aitab leevendada DMN-i indutseeritud toimetneerutoksilisusrottidel.

Märksõnad:Dimetüülnitrosamiin. Neer. Tsinkoksiidi nanoosakesed · Oksüdatiivne stress. Histopatoloogia

Lisateabe saamiseks cistanche efektide kohta klõpsake siin

Sissejuhatus

Dimetüülnitrosamiin (DMN) on väljakujunenud kantserogeen [2]. On kinnitatud, et selle biotransformatsiooni eelistatud koht on maks. Kuid elundid, nimeltneerud, ja kopsud, osalevad samuti selle ainevahetuses, kuigi vähesel määral [25]. Magee ja Barnes [29] näitasid esimest korda, et ühekordne DMN-i annus võib esile kutsuda neerukasvajaid. Hilisemad uuringud omistasid DMN-i põhjustatud neeruvähi reaktiivsetele hapnikuliikidele (ROS) jaoksüdatiivne stress [3, 32].

DMN-i toksilisuse moduleerimiseks sobivates loommudelites, kasutades mitmeid ravimeid ja antioksüdante, viidi läbi teatud uuringud. Hamza et al. [20] uuris lipoehappe (ALA) terapeutilist toimet DMN-i indutseeritud vastuneerutoksilisusrottidel. Rana ja Kumar [40] teatasid, et nii kaadmium kui ka tsinkmetallotioneiin inhibeerisid lipiidide peroksüdatsiooni (LPO) DMN-ga ravitud rottide neerudes. Varem oli teada, et metalliline tsink mängib olulist rolli transkriptsioonifaktorina ja antioksüdantide kaitsena DMN-i toksilisuse ennetamisel. Tsingikanalid loovad tasakaalu rakkude ellujäämise ja rakusurma vahel, kontrollides vaba ja rakusisese tsingi liikumist [8]. Seetõttu peeti tsinki varem sobivaks vahendiks, et vältida mitmete ksenobiootikumide, st süsiniktetrakloriidi |41, etüülalkoholi [62] ja diklorodifenüültrikloroetaani [12] toksilisust.

Hiljutised edusammud nanomeditsiini vallas on nanoosakesi kasutanud mitmete haiguste ravis ja diagnoosimisel. Sellega seoses sünteesitakse mitmeid nanoosakesi ja testitakse nende toksilisust [22]. Tsinkoksiidi nanoosakesi (ZnONP-sid) on peetud tugevateks raviaineteks nende biosaadavuse, biosobivuse ja hea lahustuvuse tõttu. Sellel on võime reguleerida rakutsüklit ja raku homöostaasi [56]. Toidu- ja ravimiamet (FDA) on samuti heaks kiitnud tsinkoksiidi nanoosakesed vähivastases ravis[47. Tsingist sõltuva valgu aktiivsuse tasakaalustamatuse tõttu võib see põhjustada vähirakkude suhtes selektiivset toksilisust (Vinderall ja Mitjans, 2015). Rasmussen et al. [44] oletasid, et ZnONP-d võivad vähirakke tappa nende indutseerimise kauduoksüdatiivne stress. Seega on ZnONP-d kujunenud nanoteranostika platvormidena mitmete haiguste, eriti oksüdatiivsest stressist põhjustatud haiguste vastu. Sellegipoolest on mitmed laborid avaldanud aruanded, mis näitavad nende toksilisust konkreetsetes elundites ja rakuliinides [11,26].

Seetõttu näib olevat piisav põhjus sobivas katseseades avalduva ZnONP-de antioksüdatiivse toime edasiseks uurimiseks. Sellest vaatenurgast lähtudes viidi meie laboris hiljuti läbi uuring ZnONP-de kaitsva toime kohta DMN-indutseeritud hepatotoksilisuse vastu isastel Wistari rottidel |43]. Selle uuringu laiendamiseks tehti jõupingutusi, et hinnata ZnONP-de (kui üldse) kaitsvat toimet DMN-i poolt põhjustatud neerutoksilisusele rottidel. Lisaks on samaaegselt uuritud ka ZnONP-de neerutoksilisust.

Materjalid ja meetodid

Kemikaalid ja reaktiivid

Tsinkoksiidi nanoosakesed hangiti firmast Sigma Chemical Co. Missouri (USA). Tootja sõnul sisaldasid nanoosakesed umbes 80 protsenti tsingi baasil, 100 protsenti puhtust ja<100 nm="" size="" with="" a="" surface="" area="" of="" 15-25="">

Dimetüülnitrosamiin, tiobarbituurhape, 5'-5'-ditiobis-2-nitrobensoehape, 1-kloro-2, 4-dinitrobenseen, glutatioonreduktaas, glutatioon ja N- (1-naftüül)etüleendiamiindivesinikkloriid (NEDA) osteti samuti ettevõttelt Sigma Chemical Co. (USA). Kõik teised kõrgeima puhtusastmega reaktiivid saadi ettevõttest High Media (Mumbai).

Tsinkoksiidi nanoosakeste iseloomustus

ZnONP-sid iseloomustati varem kirjeldatud meetodite abil [43]. Lühidalt, ZnONP-de suurust ja kuju vaadeldi ülekandeelektronmikroskoobi kaudu Chandigarhis (India) asuvas Punjabi ülikooli keerukas analüütiliste instrumentide keskuses. Skaneerivad elektronmikroskoopilised vaatlused ja energia hajutav röntgenanalüüs (EDAX) viidi läbi Meeruti (India) Choudhary Charan Singhi ülikooli füüsikaosakonnas. ZnONP-de suuruse, jaotuse ja zeta potentsiaali analüüs ja XRD analüüs viidi läbi India Tehnoloogiainstituudis Roorkees (India).

Loomade hooldus ja katseprotokoll

Praeguste uurimiste tegemiseks taotleti eelnevat nõusolekut institutsionaalselt loomade eetikakomiteelt. Katsed viidi läbi isaste Wistari rottidega (150 ± 25 g), kes hangiti Delhis asuvast Jamia Hamdardi loomarajatist. Rotte hoiti standardsetes laboritingimustes (toatemperatuur, 25 ± 5 kraadi; suhteline õhuniiskus, 50 pluss 10 protsenti; ja 12-h pimeduse/valguse tsükkel). Iga rott hoiti eraldi polüpropüleenist puuris ja neile pakuti kaubanduslikku toitu (Golden Feeds, Delhi) ja kraanivett ad libitum.

Pärast 2-nädalast aklimatiseerumist laboritingimustega jagati rotid juhuslikult nelja rühma, millest igaüks sisaldas viit rotti. A-rühma rottidele süstiti DMN-i (2 µl/100 g kehamassi kohta) füsioloogilises lahuses intraperitoneaalselt (ip) igal teisel päeval 15 päeva jooksul, nagu varem kirjeldatud[43]. B-rühma rotte töödeldi nagu A-rühma rotte ja seejärel manustati neile eelnevalt kindlaksmääratud ZnONP-de NOEL (50 mg/kg) igal teisel päeval 30 päeva jooksul. Rühma C rotte raviti ZnONP-dega ainult nagu B-rühma rottidele. Rühma D rottidele süstiti (ip) soolalahust (2 ul/100 g kehamassi kohta) ainult igal teisel päeval 45 päeva jooksul ja neid töödeldi kontrollidena.

45 päeva pärast näljutati rotte üleöö ja nende uriiniproovid koguti järgmisel hommikul metaboolsete puuride kaudu. Seejärel ohverdati rotid kerge eeteranesteesia abil. Theneerudeemaldati hoolikalt ja töödeldi reaktiivsete liikide, st malondialdehüüdi, lämmastikoksiidi ja vesinikperoksiidi hindamiseks. Oksüdatiivne stress määrati standardsete parameetrite abil. nimelt redutseeritud glutatioon (GSH), glutatioon S-transferaas ja glutatioonperoksüdaas, nagu allpool kirjeldatud.

Kreatiniin

Kreatiniini sisaldus uriiniproovides määrati Toro ja Acker-mani (1975) meetodil, kasutades kaubanduslikku komplekti, mis hangi firmast M/S Span Diagnostics, Surat (Gujarat, India)

Oksüdatiivne stress

Malondialdehüüd (MDA)

MDA neerukoes määrati tiobarbituurhappega, järgides Jordani ja Schenkmani meetodit [24]. Neeldumine registreeriti lainepikkusel 532 nm, kasutades spektrofotomeetrit (Systronics, India). Standardina kasutati 1,1,3,{5}}tetrametoksüpropaani (Sigma). Valk määrati Lowry jt meetodil.[27] Standardina kasutati veise seerumi albumiini (Sigma).

Vesinikperoksiid (H202)

Neerude homogenaadid valmistati 0,25 M sahharoosis. H2O2 mõõdeti raudtiotsüanaadi meetodil, nagu on kirjeldanud Thurman et al. [52]. Neeldumine registreeriti 480 nm juures, kasutades spektrofotomeetrit (Systronics, India).

Lämmastikoksiid (NO)

NO neeruproovides hinnati Griessi reagendi abil, järgides Cortase ja Wakidi soovitatud meetodit [6]. Neeldumine registreeriti 550 nm juures, kasutades spektrofotomeetrit (Systronics, India).

GSH/mittevalgulised sulfhüdrüülid (NPSH)

Ellmani reaktiivi kasutati redutseeritud glutatiooni määramiseks neeruproovides [10]. Neeldumine registreeriti lainepikkusel 412 nm, kasutades spektrofotomeetrit (Systronics, India).

Glutatioon S-transferaas

Glutatiooni S-transferaasi testimiseks kasutati 1-kloro-2, 4-dinitrobenseeni (CDNB), mis oli konjugeeritud glutatiooniga. Neeldumine registreeriti 340 nm juures [19].

Glutatioonperoksidaas

Ensüümi analüüsiti Paglia ja Valentine'i [37] meetodil. Glutatioonperoksidaasi tulemusena toodetud glutatioondisulfiid (GSSG) väheneb glutatioonreduktaasi liiaga. GSSG muundumist GSH-ks jälgiti 340 nm juures, kasutades spektrofotomeetrit (Systronics, India).

Metallotioniin

Metallotioneiini neeruproovides analüüsiti kaadmiumi küllastusmeetodil [36], kasutades aatomabsorptsioonspektrofotomeetrit (EC, Hyderabad, India).

8-Hüdroksü-2'-desoksüguanosiin (8-OHdG)

Iga roti uriiniproov koguti metaboolse puuri kaudu steriliseeritud viaali. Neid proove säilitati kuni edasiste analüüsideni -80 kraadi juures. 8-OHdG hindamiseks kasutati konkureerivat ELISA tehnikat, kasutades Bioassay Technology Laboratoryst (Hiina) hangitud kaubanduslikku komplekti. Neeldumine registreeriti 450 nm juures, kasutades mikroplaadilugejat (EC, Hyderabad, India).

Histopatoloogia

Väikesed neerutükid fikseeriti 10-protsendilises neutraalses formaldehüüdis, dehüdreeriti, puhastati ja sisestati parafiinvahasse. Viie μm paksused lõigud värviti hematoksüliini ja eosiiniga ning neid uuriti uurimismikroskoobi all (Nikon, Jaapan).

Statistiline analüüs

Erinevate rühmade rühmadevaheliste võrdluste tegemiseks kasutati õpilase t-testi. Erinevused ap väärtusega rühmade vahel<0.05 were="" considered="" significant.="" spss="" software="" version="" 2.0="" was="" used="" for="" inter-group="">

Tulemused

ZnONP-de iseloomustus

ZnONP-de kuju, suurus, struktuur ja elektriline koostis määrati standardmeetodite abil. Tulemused näitavad, et ZnONP-de keskmine läbimõõt oli<100 nm="" (fig.1a).="" sem="" observations="" showed="" agglomeration="" of="" nps="" (fig.1b).="" the="" electrical="" components="" of="" the="" znonps="" were="" determined="" through="" edax.="" the="" xrd="" pattern="" of="" znonps="" showed="" a="" hexagonal="" structure="" when="" compared="" with="" the="" standard="" data="" (jspds,="" 00-001-1136)="" published="" elsewhere="" [43].="" the="" zeta="" potential="" of="" the="" nanoparticles="" was="" recorded="" to="" be="" 18.9mv(fig.2).="" the="" intensity-weighed="" particle="" size="" distribution="" of="" znonps="" has="" been="" shown="" in="">

Neerufunktsioon

Uriini kreatiniini kõrgem kontsentratsioon näitas DMN-ga ravitud rottidel neerukahjustust. DMN-ga töödeldud rottide hilisem ravi ZnONP-dega vähendas kreatiniini väärtusi. Ainuüksi ZnONP-dega töödeldud rottidel oli kreatiniini väärtus samuti kõrgem kui kontrollrottidel (tabel 1).

MDA, H2O2 ja NO

Malondialdehüüd (MDA) on LPO toode. suurenenud DMN-ga ravitud rottide neerudes. ZnONP-de manustamine DMN-ga ravitud rottidele vähendab selle kontsentratsiooni neerukoes. Kuid MDA kontsentratsioon oli ZnONP-ga töödeldud rottide neerudes kõrgem kui kontrollrottidel (tabel 1).

Suuremad NO väärtused DMN-ga töödeldud rottide neerukoes toetasid malondialdehüüdi tulemusi. DMN-ga ravitud rottidele pakutav ZnONP-ravi vähendas NO kontsentratsiooni neerudes. ZnONP-de ja kontrollrottide neerudes saadud NO väärtuste võrdlus näitas ZnONP-ga töödeldud rottide neerudes kõrgemaid, kuigi ebaolulisi väärtusi (tabel 1).

Vesinikperoksiidi tulemused näitasid ka kõrgemaid väärtusi DMN-ga töödeldud rottide neerudes. H, O keskmised väärtused DMN-i ja ZnONP-ga töödeldud rottide neerudes olid madalamad kui DMN-ga töödeldud rottidel (tabel 1). Kokkuvõttes viitavad kõik need tulemused ZnONP-de antiperoksüdatiivsele ja nitroseerivale rollile.

GSH

DMN-ga ravitud rottide neerudes täheldati GSH väärtuste olulist langust. Selle seisund paranes pärast ZnONP-de manustamist DMN-ga töödeldud rottidele. Need tähelepanekud näitavad, et ZnONP-d pakuvad antioksüdatiivset kaitset DMN-indutseeritud neerutoksilisuse eest. Rottide ravi ZnONP-dega parandas GSH kontsentratsiooni neerudes (tabel 1).

Glutatioon-S-transferaas ja glutatioonperoksüdaas

GSH tulemusi toetasid tähelepanekud glutatioon S-transferaasi kohta. Ensüümi aktiivsus vähenes DMN-ga töödeldud rottide neerudes, ZnONP-de täiendamine DMN-ga töödeldud rottidele taastas selle aktiivsuse kontrollväärtuste lähedal (tabel 1). Glutatioonperoksidaasi aktiivsus vähenes ka DMN-ga ravitud rottide neerudes. Kuid see suurenes DMN- ja ZnONP-ga ravitud rottide neerudes (tabel 1).

8-OHdG

Praegused tulemused 8-OHdG kohta näitasid suuremat oksüdatiivset DNA kahjustust DMN-ga töödeldud rottide neerudes. ZnONP lisamine DMN-ga töödeldud rottidele pärssis seda kahjustust mingil määral märkimisväärselt. Kuid ravi ainult ZnONP-dega võib samuti põhjustada DNA kahjustusi rottide neerudes (joonis 4).

Metallotioniin

Neerude metallotioneiini (MT) kontsentratsiooni tulemused näitasid, et MT indutseerimine vähenes DMN-ga ravitud rottide neerudes. DMN-i ja ZnONP-ga ravitud rottide neerudes registreeriti aga MT suurenemine 16 protsenti. Ainuüksi ZnONP-d leiti olevat ka tugev MT indutseerija roti neerudes (tabel 1).

Histopatoloogia

Lisaks glomerulonefriidile ja proksimaalsele tubulaarsele nekroosile registreeriti DMN-ga ravitud rottide neerudes subkapsulaarse ajukoore adenokartsinoom. Epiteeli degeneratsioon oli silmatorkav nii proksimaalsetes kui ka distaalsetes tuubulites. Erineva kuju ja suurusega tuumasid märgati kogu ajukoores ja medullas (joonis 5A, B, C).

DMN- ja ZnONP-ga ravitud rottide neerude histopatoloogilised vaatlused näitasid vähem rasket glomerulonefriidi ja vähenenud tubulaarset nekroosi. Adenokartsinoom tahtis. Siiski täheldati proksimaalse ajukoore mõnes kohas neoplastiliste kudede moodustumist. Tubulaarne epiteel leiti olevat terve. Tuumamuutused olid ebaolulised (joonised 5D, 6A).

Histopatoloogilised vaatlused ZnONP-ga ravitud rottide neerudes ei näidanud nefriiti. Proksimaalsed ja distaalsed tuubulid olid hästi moodustunud, mis ei näidanud epiteeli degeneratsiooni märke. Leiti, et Pintsli piir on terve. Siiski täheldati distaalses ajukoores suurenenud mitootilist aktiivsust. (Joonis 6B, C).

Kõik ülalkirjeldatud patoloogilised muutused olid kontrollrottide neerudes puudulikud. Neeru torukujulisel ajukoorel ja medullal ei olnud vigastuse märke. Täheldati nii ajukoore normaalseid tuumasid kui ka medulla (joonis 6D).

Käesolev uuring näitab, et DMN on võrdselt kahjulikneerudnagu see onmaksja kopsud. Mõned töötajad on varem arutanud selle toksilisuse mehhanismi. Nüüdseks on kindlaks tehtud, etdimetüülnitrosamiinja teised nitrosoühendid metaboliseeritakse eelistatult maksas; aga neer osaleb nende biolagundamises. DMN-i metaboliseerib CYP2E1, mis hüdroksüleerib ühe metüülrühma. Saadud hüdroksümetüülnitrosamiin on ebastabiilne ja laguneb formaldehüüdiks, mis metüülib DNA ja valgu või reageerib veega, moodustades metanooli [13]. Reaktiivsete hapnikuliikide (ROS) nagu vesinikperoksiid (H2O2) ja hüdroksüülradikaalide (OH) moodustumine aitab kaasaoksüdatiivne stressmis võib olla üheks võtmeteguriks patoloogiliste muutuste, kantserogeensuse, neoplastiliste muutuste ja kasvajate tekkes mitte ainult maksas, vaid ka neerudes ja kopsudes ([57]).

Neerufunktsiooni taastamine on toksilise neerukahjustuse korral endiselt keeruline probleem. Kuna leiti, et ZnONP-d kaitsevad rottidel DMN-i põhjustatud maksakahjustuse eest [43], peeti sarnast neeruuuringut ZnONP-de terapeutilise potentsiaali tõestamiseks hädavajalikuks. Kõige esimene märk ZnONP-de kasulikust toimest DMN-i toksilisuse vastu ilmnes kreatiniini vaatlustest. See oli kõrgenenud DMN-ga ravitud rottide uriiniproovides, kuid vähenes DMN-ga ja ZnONP-ga ravitud rottidel. Ainuüksi ZnONP-ravi suurendas ka kreatiniini kontsentratsiooni. Kõrgenenud uriini/seerumi kreatiniinisisaldus on neerufunktsiooni usaldusväärne biomarker [4]. Seda seostatakse ebanormaalse glomerulaarfunktsiooniga [5]. Ali Noori jt. [35] teatasid ka, et Balb/c hiirte ravi ZnONP-dega (50-300 mg/kg) suurendas seerumi kreatiniini kontsentratsiooni. Nad korreleerisid seda glomerulaarse ja tubulaarse degeneratsiooniga. Ka käesoleva uuringu käigus. leidsime korrelatsiooni kreatiniini kontsentratsiooni ja neerude morfoloogiliste muutuste vahel. Parem neeru glomerulaarne ja tubulaarne morfoloogia DMN-i ja ZnONP-ga ravitud rottidel vastas uriini kreatiniini kontsentratsiooni langusele. Praeguse kontsentratsiooni ja annustamisrežiimi korral olid ZnONP-d siiski mõõdukadneerutoksilisus.

Mitmed uuringud on näidanud, et DMN-i metabolism tekitab ROS-imakskatseloomadest, mis viivadoksüdatiivne stress[18].). Kuid väga vähesed töötajad on näidanud, et ROS vastutab ka selle neerutoksilisuse eest [54]. Praegused tulemused kinnitavad, et DMN võib indutseerida LPO-dneerudsamuti. Järgnev ravi ZnONP-dega pärssis ROS-i teket. Dawei et al. [7] oletas, et tsinkoksiidi nanoosakestel on võime vähendada malondialdehüüdi ja suurendada antioksüdantsete ensüümide aktiivsust. Vastupidiselt suurenes malondialdehüüdi sisaldus ka ZnONP-ga ravitud rottide neerudes. Teised ZnONP-de toksilisusega seotud katsed on samuti näidanud, et see suurendas MDA kontsentratsiooni sebrakalas [63] ja inimese maksas [46].

Lämmastikoksiidid,neerudDMN-ga ravitud rottide puhul näitasid ka kõrgenenud väärtused. See vähenes DMN-i ja ZnONP-ga ravitud rottide neerudes. Varasemad uuringud näitavad, et lämmastikoksiidi doonorid nagu NaNO hoidsid osaliselt ära dimetüülnitrosamiini põhjustatud kroonilise hepatiidi [28]. ZnONP-d võisid NO süntaasi moduleerimisega mõjutada DMN-i põhjustatud neerutoksilisust. Lämmastikoksiidi süntaasi inhibiitorid nagu No-nitro-L-arginiin (L-NNA) võivad nõrgendada lämmastikoksiidi doonorite poolt väljendatud kaitsvat toimet DMN toksilisuse suhtes [14]. H, O on DMN-i peamine ainevahetusprodukt [38]. DMN-ga töödeldud rottide neerudes registreeriti H, O kõrgenenud väärtused. DMN-i ja ZnONP-ga ravitud rottidel registreeriti aga langus. See tähelepanek viitab sellele, et ZnONP-d mõjutavad DMN-i metabolismi. See mõju võib olla CYP2E1 tasemel. Selle eelduse kinnitamiseks on aga vaja täiendavaid uuringuid.

MDA, H, O ja NO kontsentratsiooni neerudes märkimisväärne tõus kaasnes GSH olulise depressiooniga DMN-ga ravitud rottide neerudes. Hilisem ZnONP-de manustamine DMN-ga ravitud rottidele taastas GSH staatuse neerudes. ZnONP-ga töötlemine normaalsete rottide puhul tõstis ka GSH taset. GSH, mitteensümaatiline antioksüdant, neutraliseerib teadaolevalt ROS-i kahjustavat mõju [42]. ZnONP-d avaldavad antioksüdantset toimet, mida võib seostada nende põletikuvastase potentsiaaliga, mida vahendab indutseeritava lämmastikoksiidi süntaasi (iNOS), tsüklooksügenaasi -2 ja erinevate tsütokiinide [34] allareguleerimine. Teised töötajad omistavad ZnONP-de kasulikku mõju metallotioneiinile [23, 33]. Varasemas uuringus näitasid Rana ja Kumar [40], et metallotioneiin kaitseb DMN-i toksilisuse eest. Durhami ja Palmiteri [9] järgi näib olevat suur võimalus, et vabanemisel toimib tsink oksüdatiivse stressi kompenseeriva sõnumikandjana, stimuleerides MT geeni võimendaja piirkonnas olevat faktorit. Nende geenide täiustatud transkriptsioon võib selgitada Zn-MT kõrgenenud taset oksüdeerivate stressidega rakkudes. MT ja GSH geenid määravad kaitse MT indutseerijate poolt [16].

Käesolevad tulemused näitavad, et DMN inhibeerib MT-d neerudes, võrreldes selle kontsentratsiooniga normaalsetes roti neerudes. MT kontsentratsioon suurenes DMN-i ja ZnONP-ga töödeldud rottide neerudes. Ainuüksi ZnONP-de manustamine suurendas märkimisväärselt MT kontsentratsiooni neerukoes. Need tulemused viitavad sellele, et ka ZnONP-d on tugevad MT indutseerijad. Varasemad aruanded näitavad, et tsink on MT potentsiaalne indutseerija[30]. Vaatamata suhteliselt kõrgele termodünaamilisele stabiilsusele vahetab MT suhteliselt kiiresti tsinki molekulisiseste ja molekulidevahelistes reaktsioonides teiste tsingi/väävli klastritega [31].

On teada, et DMN mõjutab glutatioon-S-transferaasi (GST) aktiivsust maksas [1, 49]. Kuid selle mõju neerude glutatiooni S-transferaasidele ei ole teada. Käesolevad uuringud näitasid, et DMN suurendas GST ekspressiooni ja stimuleeris aktiivsust neerudes. Aniya ja Anders [1] teatasid, et DMN-i manustamine vähendas maksa GST-d, kuid suurendas seda seerumis. Selle tõusuga kaasneb seerumi GPT (SGPT) aktiivsuse ja seerumi bilirubiini kontsentratsiooni suurenemine. Varasem meie labori uuring kinnitas ka seerumi transaminaaside tõusu DMN-ga ravitud rottidel [43]. Rottide ravi ZnONP-dega normaalsetele rottidele suurendas GST aktiivsust neerudes, kuid vähendas seda DMN-i ja ZnONP-ga ravitud rottide neerudes. Siiski ei registreeritud GSH kontsentratsiooni suurenemist neerudes. GST ja GSH mängivad olulist rolli mutageenide ja kantserogeenide detoksifitseerimisel [48]. Lisaks võib GST vähendada kantserogeenide, nagu DMN, epoksiidide kovalentset seondumist[17].

Paljud töötajad nõustuvad, et ZnONP-de kaitsev toime keemiliselt põhjustatud maksa/neerukahjustuste eest avaldub selle antioksüdatiivse potentsiaali ning ROS-i vahendatud mutageensuse ja kantserogeensuse vältimise kaudu [51]. Rottide DMN-ga töötlemine mõjutab mitmesuguseid antioksüdantseid ensüüme, nimelt superoksiidi dismutaasi, katalaasi ja glutatioonperoksidaasi. ZnONP-de järeltöötlus DMN-ga töödeldud rottidele suurendas glutatioonperoksidaasi aktiivsust võrreldes kontrollrottidega, mis näitab selle suurenenud võimet eemaldada H, O. ja lipiidide hüdroperoksiidid [63]. DMN-ga töödeldud rottide neerude morfoloogiline paranemine, mis ilmnes ZnONP-de poolt, toetas ülaltoodud tähelepanekuid. Magee ja Barnes [29] kinnitasid, et DMN võib rottidel esile kutsuda neerukasvajaid. Hard ja Butler [21] uurisid DMN-ga roti neerudes indutseeritud epiteeli kasvajate morfogeneesi. Rio-pelle ja Jasmine (1969) klassifitseerisid DMN-i poolt indutseeritud neerukasvajaid veelgi, nimetades neid düsplastilisteks epiteelisaarteks. Kuid järgnev ZnONP-de manustamine kaotas need kasvajad ja surus alla muud morfoloogilised kahjustused. Antioksüdatiivsete ensüümide paranemine võis kaasa aidata neerude morfoloogilisele paranemisele.

Enamik ülalpool käsitletud tähelepanekuid soosib ZnONP-de kaitsvat / antioksüdatiivset / kantserogeenset potentsiaali. Käesolevas aruandes kirjeldatakse ZnONP-de toksilisust. Üks ZnONP-de kriitilisi omadusi on nende selektiivne toksilisus vähirakkude suhtes võrreldes normaalsete rakkudega [39]. ZnONP-d väljendavad tsütotoksilisust nende spetsiifilise koostise ja pinnaomaduste tõttu. ZnONP-d on keemiliselt aktiivsemad, põhjustavad nende pinnal spontaanset ROS-i moodustumist ja põhjustavadoksüdatiivne stress[60]. ROS-i moodustumine aitab kaasa raku toksilisusele ja Zn pluss ioonide vabanemisele ZnONP-dest nende ebastabiilsuse tõttu lüsosoomide happelises kambris. Yu et al. [61] ja Fukui et al. [15] järeldas ka, et ZnONP toksilisus tuleneb Zn² pluss ZnONP-dest in vitro ja in vivo vabanenud ioonidest. Wiseman et al. (2006, 2007 näitas, et liigne vaba Zn2 plus (lahustunud ZnONP-dest) põhjustas metallotioneiini sulfhüdrüülrühmade ammendumise ja mitokondriaalse funktsiooni vähenemise, mis viis apoptootilise või nekrootilise rakusurma. Võib järeldada, et ZnONP toksilisus võib avalduda mitme mehhanismi kaudu oksüdatiivne stress, antioksüdatiivsete ensüümide inhibeerimine, mitokondriaalne düsfunktsioon ja apoptoos. Huvitaval kombel on ZnONP-dega töödeldud rakusüsteemi tüüp, oksüdatiivse stressi tugevus ja olemasolev rakkudevaheline/rakusisene keskkond olulised tegurid, mis määravad ZnONP-d. mürgisus.

Järeldus

Kokkuvõtteks võib öelda, et käesolev uuring viitab sellele, et ZnONP-del on potentsiaalne terapeutiline efektiivsus ROS-i eemaldamiseks, GSH ja GSH-sõltuvate ensüümide indutseerimiseks, metallotioneiini sünteesi stimuleerimiseks ja oksüdatiivse DNA kahjustuse vähendamiseks. Need üksteisest sõltuvad mehhanismid loovad kaitsva keskkonna DMN-indutseeritud neerurakkude toksilisuse vastu. Sellegipoolest leiti, et ZnONP-d on mõõdukalt toksilisedneerud. Annustamisrežiimi tuleb pidada selle kaitsva toime oluliseks teguriks.

Lühendid

DMN: dimetüülnitrosamiin

ZnONP-d: tsinkoksiidi nanoosakesed

NEDA: N-(1-naftüül)etüleendiamiindivesinikkloriid

IP: intraperitoneaalselt

Zn-MT: tsinkmetallotioneiin

H2O2: Vesinikperoksiidi

EI: lämmastikoksiid

MDA: Malondialdehüüd

GSH: vähendatud glutatioon

ROS: Reaktiivsed hapniku liigid

CDNB: 1-Kloro-2, 4-dinitrobenseen

8-OHdG: 8-hüdroksü-2'-desoksüguanosiin

AD: adenokartsinoom

CO: Cortex

ND: Tuumadegeneratsioon

BR: pintsli ääris

ED: epiteeli kahjustus/degeneratsioon

GL: Glomerulus

MA: Mitootiline aktiivsus

NPL: kasvaja

NPR: tuumarelva levik

BC: kahetuumalised rakud

EP: epiteeli vooder

PCT: proksimaalne keerdunud tuubul

GL: Glomeruli

TEM: Transmissioonelektronmikroskoop

SEM: skaneeriv elektronmikroskoop

XRD: röntgendifraktsioon

JSPDS: pulberdifraktsioonistandardite ühiskomitee

EDAX: energiat hajutav röntgenikiirgus

Viited

1. Aniya, Y. ja Anders, MW (1985). Maksa glutatiooni S-transferaaside muutumine ja vabanemine seerumis pärast töötlemist bromobenseeni, süsiniktetrakloriidi või N-nitrosodimetüülamiiniga. Biochemical Pharmacology, 34, 4239–4244.2. ATSDR, (1989). N-nitrosometüülamiini toksikoloogilised profiilid. Toksiliste ainete ja haiguste registri agentuur. Atlanta, GA: USA tervishoiu- ja inimteenuste osakond, rahvatervise teenistus. CAS: 62–75 (9).
3. Bansal, AK, Bansal, M., Soni, G., & Bhatnagar, D. (2005). N-nitrosodietüülamiini (NDEA) indutseeritud oksüdatiivse stressi moduleerimine E-vitamiini poolt roti erütrotsüütides. Human and Experimental Toxicology, 24, 297–302.
4. Bennett, WM (1996). Immunosupressiivsete ravimite ägeda ja kroonilise nefrotoksilisuse mehhanismid. Neerupuudulikkus, 18, 453–460.
5. Bishop, LM, Fody, PE & Schoe, HL (2005). Kliiniline keemia. Põhimõtted, protseduurid, korrelatsioonid. 5. edn. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, lk 730. ISBN 0781746116.
6. Cortas, NK ja Wakid, NW (1990). Anorgaanilise nitraadi määramine seerumi- ja uriiniproovides kaadmiumi kineetilise redutseerimise meetodil. Clinical Chemistry, 36, 1440–1443.
7. Dawei, AI, Zhisheng, W. ja Angu, Z. (2009). Nano-ZnO kaitsev toime esmase kultuuri hiirte sooleepiteelirakkudele in vitro oksüdatiivsete vigastuste eest. International Journal of Nanotechnology, 3, 1–6.
8. Dhawan, DK ja Chadha, VD (2010). Tsink: paljutõotav aine vähi kemopreventsioonis toiduga. Indian Journal of Medical Research, 132, 676–682.
9. Durnam, DM ja Palmiter, RD (1981). Metallotioneiin-I geeni transkriptsiooniline reguleerimine raskmetallide poolt. Journal of Biological Chemistry, 256, 5712–5716.
10. Ellman, GL (1959). Kudede sulfhüdrüülrühmad. Archives of Biochemistry and Biophysics, 82, 70–77.
11. Fazilati, M. (2013). Tsinkoksiidi nanoosakeste toksilisuse omaduste uurimine isasrotti maksaensüümidele. European Journal of Experimental Biology, 3, 97–103.
12. Feaster, JP, Van Middelem, CH ja Davis, GK (1972). Tsingi DDT vastastikune seos rottide kasvus ja paljunemises. Journal of Nutrition, 102, 523–528.
13. Frei, E., Kuchenmeister, F., Gliniorz, R., Breuer, A., & Schmezer, P. (2001). N-nitrosodimetüülamiin aktiveeritakse mikrosoomides hepatotsüütidest reaktiivseteks metaboliitideks, mis kahjustavad roti maksa mitteparenhümaalsete rakkude DNA-d. Toxicology Letters, 123, 227–234.
14. Fukawa, A., Kabayashi, O., Yamaguchi, M., Uchida, M. ja Hosono, A. (2017). Veisepiimast saadud laktalbumiin hoiab ära dimetüülnitrosamiini poolt põhjustatud maksafibroosi lämmastikoksiidi raja kaudu rottidel. Bioscience, Biotechnology and Biochemistry, 81, 1941–1947.
15. Fukui, H., Horie, M., Endoh, S., Kato, H., Fujita, K., Nishio, K., Komaba, LK, Maru, J., Miyauhi, A., Nakamura, A. , Kinugasa, S., Yoshida, Y., Hagihara, Y., & Iwahashi, H. (2012). Tsingiioonide vabanemise ja oksüdatiivse stressi seos, mis on põhjustatud ZnO nanoosakeste intratrahheaalsest instillatsioonist roti kopsudesse. Chemico Biological Interactions, 198, 29–37.

16. Garg, Q. ja Hart, BA (1997). Tioolide mõju kaadmiumi indutseeritud ekspressioonile metallotioneiinile ja teistele oksüdeerivatele stressigeenidele roti kopsude epiteelirakkudes. Toxicology, 119, 179–191.
17. Gopalan, P., Jensen, DE ja Lotlikar, PD (1992). Mikrosoomide vahendatud ja sünteetilise aflatoksiin B1–8, 9- oksiidi konjugatsioon glutatiooniga rottide puhastatud glutatiooni S-transferaaside abil. Cancer Letters, 64, 225–233.
18. Guengerich, FP, Johnson, WW, Ueng, YF, Yamazaki, H. ja Shimada, T. (1996). Tsütokroom P450, glutatioon S-transferaasi ja epoksiidi hüdrolaasi osalus aflatoksiin B1 metabolismis ja olulisus inimese maksavähi riskiga. Keskkonnatervise perspektiivid, 104, 557–562.
19. Habig, WH, Pabst, MJ ja Jakoby, WB (1974). Glutatioon S-transferaasid. Esimene ensümaatiline samm merkapturhappe moodustumisel. Journal of Biological Chemistry, 249, 7130–7139.
20. Hamza, RZ, Ismail, HA ja El-Shenawy, NS (2017). Oksüdatiivne stress, dimetüülnitrosamiini poolt põhjustatud histopatoloogilised ja elektronmikroskoopilised muutused neerude isastel hiirtel ja lipoehappe kaitsev toime. Journal of Basic & Clinical Physiology & Pharmacology, 28, 149–158.
21. Hard, GC ja Butler, WH (1971). Dimetüülnitrosamiini poolt roti neerudes indutseeritud epiteeli neoplasmide morfogenees. Cancer Research, 31, 1496–1505.
22. Hulla, JE, Sahu, SC ja Hayes, AW (2015). Nanotehnoloogia: ajalugu ja tulevik. Human and Experimental Toxicology, 24, 1318–1321.
23. Jing, L., Li, L., Zhao, J., Zhao, J., Sun, Z. ja Perg, S. (2015). Tsingist põhjustatud metallotioneiini üleekspressioon hoiab ära doksorubitsiini toksilisuse kardiomüotsüütides, reguleerides peroksiredoksiine. Xenobiotica, 1, 1–11.
24. Jordan, RA ja Schenkman, JB (1982). Malondialdehüüdi tootmise ja arahhidonaadi tarbimise vaheline seos NADPH-toega mikrosomaalse lipiidide peroksüdatsiooni ajal. Biochemical Pharmacology, 31, 1393–1400.
25. Knecht, M. (1966). Mikrosomaalse N-demetülaasi lokaliseerimisest roti elundites. Naturessenschaften, 53, 85.
26. Li, CH, Shen, CC, Cheng, YW jt. (2012). Suukaudselt manustatud tsinkoksiidi nanoosakeste biojaotus, kliirens ja genotoksilisus hiirtel. Nanotoxicology, 6, 746–756.
27. Lowry, OH, Rosenbrough, NJ, Forr, AL ja Randall, RJ (1951). Valgu mõõtmine Follini fenoolreagendiga. Journal of Biological Chemistry, 193, 265–275.
28. Lukivskaja, O., Lis, R., Zwierz, K. ja Buko, V. (2004). Lämmastikoksiidi doonori ja lämmastikoksiidi süntaasi inhibiitori mõju dimetüülnitrosamiini poolt indutseeritud kroonilise hepatiidiga rottide maksale. Polish Journal of Pharmacology, 56, 599–604.
29. Magee, PN ja Barnes, JM (1962). Neerukasvajate esilekutsumine rottidel dimetüülnitrosamiiniga (n-nitrosodimetüülamiin). Journal of Pathology and Bacteriology, 84, 19–31.
30. Maret, W. (2000). Tsingi metallotioneiini funktsioon: seos raku tsingi ja redoksoleku vahel. Journal of Nutrition, 130, 1455–1458.
31. Maret, W., Larsen, KS ja Vallee, BL (1997). Bioloogiliste tsingi "klastrite" koordinatsioonidünaamika metallotioneiinides ja transkriptsioonifaktori Gal4 DNA-d siduvas domeenis. Proceedings of National Academy of Sciences USA, 94, 2233–2237.
32. Mittal, G., Brar, AP ja Soni, G. (2006). Hüperkolesteroleemia mõju N-nitrosodietüülamiini toksilisusele: biokeemilised ja histopatoloogilised mõjud. Pharmacological Reports, 58, 413–419.
33. Mo, R., Jiang, T. ja Gu, Z. (2014). Hiljutised edusammud liposoomide kaudu vähirakkudesse mitme ravimi kohaletoimetamisel. Nanomeditsiin, 9, 1117–1120.
34. Nagajyothi, PC, Chan, SJ, Yang, IJ, Sreekanth, TV, Kim, KJ ja Shin, HM (2015). Polygala tenuifolia juureekstrakti abil sünteesitud tsinkoksiidi nanoosakeste antioksüdantne ja põletikuvastane toime. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 146, 10–17.
35. Noori, A., Karimi, F., Fatahian, S., & Yazdani, F. (2014). Tsinkoksiidi nanoosakeste mõju neerufunktsioonile hiirtel. International Journal of Biosciences, 5, 140–146.
36. Onosaka, S., Tanaka, K., Doi, M., & Okahara, KA (1978). Lihtsustatud protseduur metallotioneiini määramiseks loomsetes kudedes. Eisei Kagaku, 24, 128–133.
37. Paglia, DP ja Valentine, VM (1967). Erütrotsüütide glutatioonperoksüdaasi kvantitatiivse ja kvalitatiivse iseloomustamise uuringud. Journal of Laboratory and Clinical Medicine, 70, 158–169.
38. Pradeep, K., Mohan, CV, Gopichand, K. ja Karthikeyan, S. (2007). Cassia fistula Linna mõju. Dietüülnitrosamiini lehtede ekstrakt põhjustas rottidel maksakahjustusi. Chemistry and Biology, 167, 12–13.
39. Premanathan, M., Karthikeyan, K., Jeyasubramanian, K. ja Manivannan, G. (2011). ZnO nanoosakeste selektiivne toksilisus grampositiivsete bakterite ja vähirakkude suhtes apoptoosi teel lipiidide peroksüdatsiooni kaudu. Nanomeditsiin, 7, 184–192.
40. Rana, SVS ja Kumar, A. (2000). Kaadmiumi või tsingi poolt indutseeritud metallotioneiin inhibeerib lipiidide peroksüdatsiooni dimetüülnitrosamiiniga kokku puutunud rottidel. Archives of Industrial Hygiene and Toxicology, 51, 279–286.
41. Rana, SVS ja Tayal, MK (1981). Tsingi, b12-vitamiini ja glutatiooni mõju süsiniktetrakloriidiga kokku puutunud rottide maksale. Industrial Health, 19, 65–69.
42. Rana, SVS ja Kumar, A. (2001). Kaadmiumi ja tsingi metallotioneiini mõju methemoglobiinile ja lämmastikoksiidile dimetüülnitrosamiiniga töödeldud rottidel. Indian Journal of Experimental Biology, 39, 487–489.
43. Rani, V., Verma, Y., Rana, K., & Rana, SVS (2018). Tsinkoksiidi nanoosakesed inhibeerivad rottidel dimetüülnitrosamiini poolt põhjustatud maksakahjustust. Chemico Biological Interactions, 295, 84–92.
44. Rasmussen, JW, Martinez, E., Louka, P. ja Wingett, DG (2010). Tsinkoksiidi nanoosakesed kasvajarakkude selektiivseks hävitamiseks ja ravimite manustamise potentsiaaliks. Ekspertarvamus narkootikumide tarnimise kohta, 7, 1063–1077.
45. Riopelle, JL ja Jasmin, G. (1969). Dimetüülnitrosamiini poolt rottidel indutseeritud neerukasvajate olemus, klassifikatsioon ja nomenklatuur. Journal of National Cancer Institute, 42, 643–662.
46. ​​Sharma, V., Anderson, D. ja Dhawan, A. (2012). Tsinkoksiidi nanoosakesed kutsuvad esile inimese maksarakkudes (HepG2) oksüdatiivse DNA kahjustuse ja ROS-i poolt vallandatud mitokondrite poolt vahendatud apoptoosi. Apoptosis, 17, 852–870.
47. Shen, C., James, SA, de Jonge, MD, Turney, TW, Wright, PF ja Feltis, BN (2013). Tsütotoksilisuse, tsingiioonide ja reaktiivse hapniku seos ZnO nanoosakestega eksponeeritud inimese immuunrakkudes. Toksikoloogiateadused, 136, 120–130.
48. Sheweita, SA ja Tilmisany, AK (2003). Vähk ja II faasi ravimeid metaboliseerivad ensüümid. Current Drug Metabolism, 4, 45–58.
49. Sheweita, SA, Mousa, N. ja Al-Masry, HM (2008). N-nitrosodimetüülamiin muudab glutatiooni S-transferaasi ekspressiooni isaste hiirte maksas: antioksüdantide roll. Journal of Biochemical and Molecular Toxicology, 22, 389–395.
50. Soheili, S., Moradhaseli, S., Shokouhian, A., & Ghorbani, M. (2013). ZnO nanoosakeste histopatoloogiline mõju maksa- ja südamekudedele Wistari rottidel. Advances in Bioresearch, 4, 83–88.
51. Taccola, L., Rafa, V., Riggio, C., Vittorio, O., Iorio, MC, Vanacore, R., Pietrabissa, A., & Cuschieri, A. (2011). Tsinkoksiidi nanoosakesed kui prolifereeruvate rakkude selektiivsed tapjad. International Journal of Nano Medicine, 6, 1129–1140.
52. Thurman, RG, Ley, HG ja Scholz, R. (1972). Maksa mikrosomaalne etanooli oksüdatsioon. Vesinikperoksiidi moodustumine ja katalaasi roll. European Journal of Biochemistry, 25, 420–430.
53. Toro, G. ja Ackermann, P. (1975). Praktiline kliiniline keemia, esimene väljaanne. Little, Brown and Company, Bos ton., lk 154.