Вплив наночастинок діоксиду кремнію на гепатотоксичність свинцю

Nanoparticles are known to facilitate transport of chemicals and medications through membrane barriers into cells. This results in the raising of toxic effect when two contaminants act on the body at the same time. The aim of this study was to determine how silicon dioxide (SiO2) nanoparticles affect the hepatotoxic properties of lead. Alanine and aspartate transaminases, alkaline phosphatase activities, as well as total protein, total bilirubin, creatinine and urea contents were measured in rat blood plasma. It has been shown that SiO2 nanoparticles did not significantly affect the above listed markers. Administration of lead acetate to the animals caused cytolysis of hepatocytes, as evidenced by significant increase of alanine and aspartate transaminases, alkaline phosphatase activities, along with significant decrease of total plasma protein and increase of total bilirubin levels. The increase of aminotransferases and alkaline phosphatase activities in animals that received both SiO2 nanoparticles and lead acetate was significant compared to the animals that received only lead acetate. This suggests that SiO2 nanoparticles, which are normally present in the environment and food products as contaminants, can enhance the negative hepatotoxic effects of lead.Известная для наночастиц способность усиливать транспорт химических веществ и лекарственных средств в клетки и через барьеры организма делает актуальным вопрос о возможности потенцирования токсического действия химических контаминантов при их совместном поступлении в организм. Целью данной работы было исследовать способность наночастиц диоксида кремния влиять на гепатотоксичность свинца в эксперименте. В сыворотке крови крыс определяли активность аланин- и аспартатаминотрансфераз, щелочной фосфатазы, содержание общего белка, общего билирубина, мочевины и креатинина. Установлено, что под влиянием наночастиц SiO2 исследуемые показатели не испытывали достоверных изменений. Введение крысам ацетата свинца приводило к выраженному цитолизу гепатоцитов, о чем свидетельствовало достоверное повышение активности аланин- и аспартатаминотрансфераз, щелочной фосфатазы, а также достоверное снижение содержания общего белка в сыворотке крови и рост содержания общего билирубина. Наиболее существенно исследуемые показатели менялись в сыворотке крови животных, которым вводили наночастицы вместе с ацетатом свинца. В этом случае активность маркерных ферментов цитолиза и щелочной фосфатазы была достоверно выше по сравнению с группой животных, которым вводили только химический токсикант. Сделан вывод, что наночастицы диоксида кремния, которые могут присутствовать в окружающей среде и пищевой продукции как контаминанты, способны усиливать гепатотоксический эффект свинца.Відома для наночастинок здатність посилювати транспорт хімічних речовин і лікарських засобів e клітини і через бар’єри організму робить актуальним питання про можливість потенціювання токсичної дії хімічних контамінантів при їх сумісному надходженні в організм. Метою даної роботи було дослідити здатність наночастинок діоксиду кремніювпливати на гепатотоксичність свинцю в експерименті. E сироватці крові щурів визначали активність аланін- і аспартатамінотрансфераз, лужної фосфатази, вміст загального білка, загального білірубіну, сечовини і креатиніну. Встановлено, що під впливом наночастинок SiO2 досліджувані показники не зазнавали достовірних змін. Введення щурам ацетату свинцю призводило до вираженого цитолізу гепатоцитів, про що свідчило достовірне підвищення активності аланін- і аспартатамінотрансфераз, лужної фосфатази, а також достовірне зниження вмісту загального білка в сироватці крові та зростання вмісту загального білірубіну. Найбільш суттєво досліджувані показники змінювалися d сироватці крові тварин, яким вводили наночастинки разом з ацетатом свинцю. У цьому випадку активність маркерних ензимів цитолізу і лужної фосфатази була достовірно вищою порівняно з групою тварин, яким вводили тільки хімічний токсикант. Зроблено висновок, що наночастинки діоксиду кремнію, які можуть бути присутні у довкіллі й харчовій продукції як контамінанти, здатні посилювати гепатотоксичний ефект свинцю

НАНОЧАСТИНКИ : ВАЖЛИВІСТЬ СЬОГОДНІ , КЛАСИФІКАЦІЯ

In recent years research in various areas of nanoscience in the world and in Ukraine is rapidly developing. Accordingto scientific publications and internet resources authors had analyzed the state of research in various fieldsof nanotechnology, nanomedicine, nanotoxicology, nanochemistry of metals. The authors drew attention to the needfor in-depth study of the physiological, biochemical and physical-chemical mechanisms of nanoparticles’ on livingorganism in order to prevent their possible toxic effects.В последние годы интенсивно проводят исследования по различным направлениям нанонауки в мире и в Украине. По данным научных публикаций и интернет-ресурсов в статье проанализировано состояние исследований в различных областях нанотехнологий: наномедицине, нанотоксикологии, нанохимии металлов. Обращено внимание на необходимость углубленного изучения физиологических, биохимических и физико-химических механизмов действия наночастиц на живой организм с целью предотвращения ихвозможного токсического влияния.В останні роки інтенсивно проводять дослідження з різних напрямків нанонауки у світі та в Україні. За даними наукових публікацій та Інтернет-ресурсів у статті проаналізовано стан досліджень у різних галузях нанотехнологій: наномедицині, нанотоксикології, нанохімії металів. Звернуто увагу на необхідність поглибленого вивчення фізіологічних, біохімічних та фізико-хімічних механізмів дії наночастинок на живий організм з метою запобігання їх можливому токсичному впливу

Наночастинки діоксиду кремнію посилюють викликаний свинцем оксидативний та нітрооксидативний стрес

Introduction. Nanoparticles are widely used in scientific research, industry and medicine. The established capability of nanoparticles to increase the transport of chemicals and drugs into cells and through the body barriers makes the possibility of potentiating the chemical contaminants toxicity in case of their simultaneous intake an urgent matter.The aim of the study – to learn the effect of silicon dioxide nanoparticles on the ability of chemical lead acetate toxicant to cause oxidative and nitro-oxidative stress in blood serum and liver of experimental rats.Research Methods. Experiments were conducted on 40 white outbred male rats, 150–160 g in weight, which were divided into 4 groups. Animals of the group (control) 1 were daily administered with saline solution intragastrically. The rats of the group 2 were administered with colloidal solution of silicon dioxide nanoparticles in a dose of 50 mg/kg of body weight. Animals of the group 3 were injected with lead acetate in aqueous solution in a dose of 20 mg/kg of body weight (expressed as lead), the group 4 – with solution of silicon dioxide nanoparticles with lead acetate daily during 3 weeks at the same doses. The total activity of NO-synthase, catalase, superoxide dismutase, NOx content, thiobarbituric acid reactive substances, oxidized modified proteins, reduced glutathione, ceruloplasmin and total serum antioxidant activity were determined in serum and liver. The obtained parameters were statistically processed.Results and Discussion. It was proved that silicon dioxide nanoparticles did not influence the studied parameters considerably. The administration of lead acetate to rats caused significant changes of all indices. However, the maximum changes of the parameters were evidenced in the group of animals in cases of simultaneous administration of silicon dioxide nanoparticles and lead acetate. In that case, the content of thiobarbituric acid reactive substances, NOx, oxidized modified proteins, reduced glutathione, and superoxide dismutase activity in blood serum and liver homogenate of rats varied significantly compared with the parameters of the group of animals that were administered with the chemical toxicant only.Conclusion. Silicon dioxide nanoparticles enhance the capability of the chemical lead acetate toxicant to cause oxidative and nitro-oxidative stress in blood serum and liver of the experimental rats.Вступление. Наночастицы широко используются в научных исследованиях, промышленности и медицине. Известная для наночастиц способность усиливать транспорт химических веществ и лекарственных средств в клетки и через барьеры организма делает актуальным вопрос о возможности потенцирования токсического действия химических контаминантов при их совместном поступлении в организм.Цель исследования – изучить влияние наночастиц диоксида кремния на способность химического токсиканта ацетата свинца вызывать оксидативный и нитрооксидативный стресс в сыворотке крови и печени экспериментальных крыс.Методы исследования. Опыты проведены на 40 беспородных белых крысах-самцах массой 150–160 г, которые были разделены на 4 группы. Животным 1-й (контрольной) группы ежедневно внутрижелудочно вводили физиологический раствор. Крысы 2-й группы получали коллоидный раствор наночастиц диоксида кремния в дозе 50 мг/кг массы тела. Животным 3-й группы вводили ацетат свинца в виде водного раствора в дозе 20 мг/кг массы тела (в пересчете на свинец), 4-й – в течение 3-х недель ежедневно вводили раствор наночастиц диоксида кремния совместно с ацетатом свинца в вышеупомянутых дозах. В сыворотке и печени определяли суммарную активность NO-синтазы, каталазы, супероксиддисмутазы, содержание NOx, ТБК-активных продуктов, окислительномодифицированных белков, восстановленного глутатиона, церулоплазмина и общую антиоксидную активность сыворотки. Полученные показатели обрабатывали статистически.Результаты и обсуждение. Установлено, что под влиянием наночастиц диоксида кремния исследуемые показатели не испытывали достоверных изменений. Введение крысам ацетата свинца приводило к выраженным изменениям всех показателей. Однако максимальные изменения показателей зарегистрировано в группе животных на фоне совместного введения наночастиц диоксида кремния и ацетата свинца. В этом случае содержание ТБК-активных продуктов, NOx, окислительномодифицированных белков, восстановленного глутатиона и активность супероксиддисмутазы в сыворотке крови и гомогенате печени крыс достоверно изменялись по сравнению с аналогичными показателями в группе животных, которым вводили только химический токсикант.Вывод. Наночастицы диоксида кремния усиливают способность химического токсиканта ацетата свинца вызывать оксидативный и нитрооксидативный стресс в сыворотке крови и печени экспериментальных крыс.Вступ. Наночастинки широко використовують у наукових дослідженнях, промисловості та медицині. Відома для наночастинок здатність посилювати транспорт хімічних речовин і лікарських засобів у клітини і через бар’єри організму робить актуальним питання про можливість потенціювання токсичної дії хімічних контамінантів при їх сумісному надходженні в організм.Мета дослідження – вивчити вплив наночастинок діоксиду кремніюна здатність хімічного токсиканта ацетату свинцю викликати оксидативний та нітрооксидативний стрес у сироватці крові й печінці експериментальних щурів.Методи дослідження. Досліди проведено на 40 безпородних білих щурах-самцях масою 150–160 г, яких було поділено на 4 групи. Тваринам 1-ї (контрольної) групи щоденно внутрішньошлунково вводили фізіологічний розчин. Щури 2-ї групи отримували колоїдний розчин наночастинок діоксиду кремнію в дозі 50 мг/кг маси тіла. Тваринам 3-ї групи вводили ацетат свинцю у вигляді водного розчину в дозі 20 мг/кг маси тіла (у перерахунку на свинець), 4-ї – протягом 3-х тижнів щоденно вводили розчин наночастинок діоксиду кремнію сумісно з ацетатом свинцю у вищезазначених дозах. У сироватці й печінці визначали сумарну активність NO-синтази, каталази, супероксиддисмутази, вміст NOx, ТБК-активних продуктів, окиснено-модифікованих білків, відновленого глутатіону, церулоплазміну і загальну антиоксидну активність сироватки. Отримані показники обробляли статистично.Результати й обговорення. Встановлено, що під впливом наночастинок діоксиду кремнію досліджувані показники не зазнавали достовірних змін. Введення щурам ацетату свинцю призводило до виражених змін усіх показників. Проте максимальні зміни показників зареєстровано у групі тварин на фоні сумісного введення наночастинок діоксиду кремнію й ацетату свинцю. У цьому випадку вміст ТБК-активних продуктів, NOx, окисномодифікованих білків, відновленого глутатіону й активність супероксиддисмутази в сироватці крові та гомогенаті печінки щурів достовірно змінювалися порівняно з аналогічними показниками у групі тварин, яким вводили тільки хімічний токсикант.Висновок. Наночастинки діоксиду кремнію посилюють здатність хімічного токсиканта ацетату свинцю викликати оксидативний і нітрооксидативний стрес у сироватці крові й печінці експериментальних щурів

ЗМІНИ ПРОЦЕСІВ ЕНЕРГОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НЕЙТРОФІЛІВ КРОВІ В ЩУРІВ З ПАРОДОНТИТОМ НА ТЛІ ГІПЕР- ТА ГІПОТИРЕОЗУ

Introduction. Inflammatory periodontal diseases are one of the most urgent problems of dentistry that have social significance. Along with the known concepts of their pathogenesis, considerable attention is paid to the activation of peroxide oxidation of lipids, which may interfere with the oxidation of substrates with dehydrogenases and the transport of electrons along the respiratory chain, causing the separation of respiration and oxidative phosphorylation. The aim of the study – to investigate the processes of energy providing of neutrophils in rats with periodontitis without comorbidities and against the background of hyper- and hypothyroidism. Research Methods. The study was performed on white male rats, in which periodontitis, periodontitis on the background of hyperthyroidism and periodontitis on the background of hypothyroidism were modeled. In the mitochondrial fraction of the neutrophils population, the succinate dehydrogenase and cytochrome oxidase activity were determined. The number of blood neutrophils with reduced transmembrane mitochondrial potential was determined by flow cytometry using a set of MitoScreen reagents (BD Pharmigen, USA). Results and Discussion. Succinate dehydrogenase activity in mitochondria of neutrophils of rats with simulated periodontitis decreased by 16.3 % (p<0.001), with simulated periodontitis on the background of hyperthyroidism – by 40 % (p<0.001), with a periodontitis simulated with hypothyroidism – by 26.7 % (p<0.001) vs the index of the control group. Concerning end-stage enzyme of the respiratory chain of mitochondria – cytochrome oxidase, under the condition of periodontitis without concomitant pathology, the activity of enzyme in mitochondria of rat neutrophils significantly did not change. Experimental periodontitis on the background of hyperthyroidism is accompanied by a decrease in cytochrome oxidase activity by 15.2 % (p<0.01), and in hypothyroidic rats – by 16.2 % (p<0.001) vs the control group. Investigation of mitochondrial transmembrane potential (ΔΨm) of blood neutrophils showed that in rats with simulated periodontitis, the percentage of blood neutrophils with reduced ΔΨm increased by 51.6 % (p<0.001), with simulated periodontitis in the background of hyperthyroidism – 2.4 times (p<0.001), with the simulated periodontitis in the hypothyroidism background – 1.8 times (p<0.001) vs the control group. Conclusion. Modeling periodontitis against a background of thyroid dysfunction is accompanied by a possible inhibition of processes of energy-supplying oxidation, as indicated by decreasing succinate dehydrogenase and cytochrome oxidase activity in mitochondria of blood neutrophils, both under conditions of hyperthyroidism and hypothyroid conditions.Вступление. Воспалительные заболевания пародонта являются одной из наиболее актуальных проблем стоматологии, которые имеют социальную значимость. Наряду с известными концепциями их патогенеза значительное внимание уделяют активации перекисного окисления липидов, которое может нарушать окисление субстратов дегидрогеназами и транспорт электронов по дыхательной цепи, вызывая разъединение дыхания и окислительного фосфорилирования. Цель исследования – изучить процессы энергообеспечения нейтрофилов крови у крыс с пародонтитом без сопутствующей патологии и на фоне гипер- и гипотиреоза. Методы исследования. Исследование проведено на белых крысах-самцах, у которых моделировали пародонтит, пародонтит на фоне гипертиреоза и пародонтит на фоне гипотиреоза. В митохондриальной фракции популяции нейтрофилов крови определяли сукцинатдегидрогеназную и цитохромоксидазную активность. Количество нейтрофилов крови с пониженным трансмембранным митохондриальным потенциалом устанавливали методом проточной цитофлуориметрии с помощью набора реактивов “MitoScreen” (“BD Pharmigen”, США). Результаты и обсуждение. Сукцинатдегидрогеназная активность в митохондриях нейтрофилов крови крыс с смоделированным пародонтитом уменьшилась на 16,3 % (р<0,001), с смоделированным пародонтитом на фоне гипертиреоза – на 40 % (р<0,001), с смоделированным пародонтитом на фоне гипотиреоза – на 26,7 % (р<0,001) относительно контрольной группы. Что касается конечного энзима дыхательной цепи митохондрий – цитохромоксидазы, то при пародонтите без сопутствующей патологии его активность в митохондриях нейтрофилов крови животных достоверно не изменилась. Экспериментальный пародонтит на фоне гипертиреоза сопровождался снижением цитохромоксидазной активности на 15,2 % (р <0,01), а у гипотиреоидных крыс – на 16,2 % (р<0,001) относительно контрольной группы. Исследование митохондриального трансмембранного потенциала (ΔΨm) нейтрофилов крови показало, что у животных с смоделированным пародонтитом процент нейтрофилов крови с уменьшенным ΔΨm увеличился на 51,6 % (р<0,001), с смоделированным пародонтитом на фоне гипертиреоза – в 2,4 раза (р<0,001), с смоделированным пародонтитом на фоне гипотиреоза – в 1,8 раза (р<0,001) относительно контрольной группы. Вывод. Моделирование пародонтита на фоне тиреоидной дисфункции сопровождается достоверным ингибированием процессов энергообеспечивающего окисления, на что указывает снижение сукцинатдегидрогеназной и цитохромоксидазной активности в митохондриях нейтрофилов крови как при гипертиреозе, так и при гипотиреозе.Вступ. Запальні захворювання пародонта є однією з найактуальніших проблем стоматології, які мають соціальну значимість. Поряд з відомими концепціями їх патогенезу значну увагу приділяють активації пероксидного окиснення ліпідів, що може порушувати окиснення субстратів дегідрогеназами і транс­порт електронів по дихальному ланцюгу, спричиняючи роз’єднання дихання та окисного ­фосфорилювання. Мета дослідження – вивчити процеси енергозабезпечення нейтрофілів крові в щурів з пародонтитом без супутньої патології і на тлі гіпер- та гіпотиреозу. Методи дослідження. Дослідження проведено на білих щурах-самцях, в яких моделювали пародонтит, пародонтит на тлі гіпертиреозу та пародонтит на тлі гіпотиреозу. В мітохондріальній фракції популяції нейтрофілів крові визначали сукцинатдегідрогеназну та цитохромоксидазну активність. Кількість нейтрофілів крові зі зниженим трансмембранним мітохондріальним потенціалом встановлювали методом проточної цитофлуориметрії за допомогою набору реактивів “MitoScreen” (“BD Pharmigen”, США). Результати й обговорення. Сукцинатдегідрогеназна активність у мітохондріях нейтрофілів крові щурів із змодельованим пародонтитом зменшилася на 16,3 % (р<0,001), із змодельованим пародонтитом на тлі гіпертиреозу – на 40 % (р<0,001), із змодельованим пародонтитом на тлі гіпотиреозу – на 26,7 % (р<0,001) відносно контрольної групи. Що стосується кінцевого ензиму дихального ланцюга мітохондрій – цитохромоксидази, то за умови пародонтиту без супутньої патології його активність у мітохондріях нейтрофілів крові тварин достовірно не змінилася. Експериментальний пародонтит на тлі гіпертиреозу супроводжувався зниженням цитохромоксидазної активності на 15,2 % (р<0,01), а в гіпотиреоїдних щурів – на 16,2 % (р<0,001) відносно контрольної групи. Дослідження мітохондріального трансмембранного потенціалу (ΔΨm) нейтрофілів крові показало, що у тварин із змодельованим пародонтитом відсоток нейтрофілів крові зі зменшеним ΔΨm збільшився на 51,6 % (р<0,001), із змодельованим пародонтитом на тлі гіпертиреозу – в 2,4 раза (р<0,001), із змодельованим пародонтитом на тлі гіпотиреозу – в 1,8 раза (р<0,001) щодо контрольної групи. Висновок. Моделювання пародонтиту на тлі тиреоїдної дисфункції супроводжується достовірним інгібуванням процесів енергозабезпечувального окиснення, на що вказує зниження сукцинатдегідрогеназної та цитохромоксидазної активності в мітохондріях нейтрофілів крові як за умови гіпертиреозу, так і при гіпотиреозі

CHANGES OF BLOOD SERUM CYTOKINE PROFILE IN RATS IN RESPONSE TO COMBINED INTRODUCTION OF SILICON DIOXIDE NANOPARTICLES AND CHEMICAL TOXICANT LEAD ACETATE

Summary. The established capability of nanoparticles to intensify the transport of chemicals and drugs into cells and across the body barriers makes the possibility of potentiating the toxic effects of chemical contaminants in case of their combined introduction into the body with nanoparticles. The aim of the study – to evaluate the integral effect of silicon dioxide nanoparticles and chemical toxicant lead acetate on blood serum cytokine profile. Materials and Methods. The experiments were conducted on 40 white outbred male rats, which were divided into 4 groups. The animals of the group 1 (control) were daily administered intragastrically with normal saline. The rats of the group 2 were introduced with colloidal solution of silicon dioxide nanoparticles in a dose of 50 mg/kg of body weight. The animals of the group 3 were injected with aqueous lead acetate at a dose of 20 mg/kg of body weight (on a lead basis); and the rats of the group 4 were administered daily with a solution of silicon dioxide nanoparticles and lead acetate during 3 weeks at the abovementioned doses. Concentrations of cytokines TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-4, IL-10 were measured in blood serum of the rats by means of ELISA test. Results and Discussion. It was established that silicon dioxide nanoparticles did not change significantly the studied indices. In blood serum of the rats administered with lead acetate, a significant increase in the concentration of proinflammatory cytokines TNF-α, IL- 1β, IL-6 and a decrease in the level of anti-inflammatory cytokines IL-4 and IL-10 were determined. The cytokine profile has been changed the most significantly in blood serum of the animals administrated with both nanoparticles of silicon dioxide and lead acetate. In this case, the concentration of TNF-α, IL-1β and IL-6 was significantly increased by 27, 18.8 and 36.9 % (p<0.05) respectively, compared to the group of animals administered with chemical toxicant only. Conclusions. Silicon dioxide nanoparticles intensify the capability of chemical toxicant lead acetate to increase proinflammatory cytokines output and reduce the output of anti-inflammatory cytokines.

Structural changes of liver, kidneys and spleen in rats affected with nanoparticles of silicon dioxide

У статті представлено результати морфологічних змін печінки, нирок і селезінки щурів при дії наночастинок діоксиду кремнію. Встановлено, що вплив наночастинок БІ02 викликає мінімальні структурні зміни в печінці та нирках, які проявляються вогнищевою макрофагальною інфільтрацією, нерівномірним кровонаповненням тканини. В селезінці посилюється гемосидероз червоної пульпи та дрібновогнищева гіперплазія лімфоїдних фолікулів білої пульпи.В статье представлены результаты морфологических изменений печени, почек и селезенки крыс при действии наночастиц диоксида кремния. Установлено, что влияние наночастиц БІ02 вызывает минимальные структурные изменения в печени и почках, которые проявляются очаговой макрофагальной инфильтрацией, неравномерным кровенаполнением ткани. В селезенке усиливается гемосидероз красной пульпы и мелкоочаговая гиперплазия лимфоидных фолликулов белой пульпы.High dispersible nanostructured amorphous silicon dioxide (SiO2) is one of the main types of nanomaterial. It is everincreasingly used in food and medicine production, pharmacology and cosmetology. Under certain conditions, nanoparticles can have unfavourable, even toxic effect on the body. Nano-SiO2 may also affect animal and human cells in vitro. Even in low doses SiO2 nanoparticles can increase the production of inflammatory mediators, penetrate the cell nucleus and integrate into the phosphate frame of DNA, increase the level of active oxygen forms, influence the apoptosis processes. Changing the integrity of nucleus they may form intranuclear protein assembly that causes inhibition of replication, transcription and proliferation reactions. However, the biological effects of SiO2 nanoparticles in vivo in cases of oral intake have not been adequately studied. So, the study of nanostructured silicon dioxide toxicity is an urgent matter of nanotoxicology as well as of hygienic standardization. The aim of the study was to investigate morphological changes in liver, kidneys and spleen of rats in cases of intragastrical administration of SiO2 nanoparticles. 20 white outbred rats, 150-160 g in weight, which were kept on a standard vivarium diet, were used for the experiments. All manipulations with experimental animals were carried out in accordance with the bioethics principles. The test animals were divided into the following groups: the 1st - the intact rats (control); the 2nd - the rats administered intragastrically with nano-SiO2 colloidal solution at a dose of 50 mg/kg of body weight daily during 3 weeks. The intact animals were administered intragastrically with appropriate amount of normal saline daily. Euthanasia was performed by exsanguination under thiopental sodium anaesthesia in 21 days after the beginning of the experiment. Fragments of liver, kidney and spleen were used as the material for morphological studies. The histological examination of liver of the animals injected with SiO2 nanoparticles proved minor disorders that were manifested by uneven blood filling of great veins and sinusoids, and microfocal reticuloendothelial infiltration. In the cortex and medulla of kidneys moderate circulatory disorders developed, which were manifested by single stasis or spasms in blood vessels of arterial bed. Some of the cortical glomeruli experienced reduced blood filling or were ischemic; some hypertrophied endothelial cells were visualized in vessels lumens. Tubular basement membranes were not damaged; moderate oedema developed in interstitial tissues. In the white pulp of spleen a slight hyperplasia of lymphoid follicles was evidenced, which was manifested by the distention of reactive centres associated with hyperplasia of blast cells in germinal centres. Hyperplasia of red pulp was mainly associated with the increase in the number of sideroblasts and siderophages. The conclusion was drawn that SiO2 nanoparticles cause minimal structural changes in liver, kidneys and spleen

Structural changes of liver, kidneys and spleen in rats affected with nanoparticles of silicon dioxide and lead acetate

У статті представлено результати морфологічних змін печінки, нирок і селезінки щурів при дії наночастинок діоксиду кремнію та ацетату свинцю. Встановлено, що поєднаний вплив нано-SiO2 з ацетатом свинцю спричиняє виражені дистрофічно-некротичні зміни в гепатоцитах, гіперплазію та гіпертрофію зірчастих ретикулоендотеліоцитів, токсичне ураження нефротелію капсули та вивідних канальців нирок, гіпоплазію білої пульпи селезінки, каріорексис та апоптоз клітин червоної пульпи. При введенні тваринам розчину ацетату свинцю морфологічні зміни досліджуваних тканин були виражені значно менше, ніж при спільному застосуванні нано-SiO2 і ацетату свинцю, а при введенні щурам тільки нано-SiO2 кремнію структурні зміни у внутрішніх органах були незначними. Зроблено висновок, що наночастинки діоксиду кремнію посилюють гепато-, нефро- і спленотоксичні ефекти ацетату свинцю; High dispersible nanostructured amorphous silicon dioxide is widely used in food and medicine production, pharmacology and cosmetology. Under certain conditions, nanoparticles can have unfavourable, even toxic effect on the body. Recently it has been shown that nano-SiO2 may also affect animal and human cells in vitro. Even in low doses SiO2 nanoparticles can increase the production of inflammatory mediators, penetrate the cell nucleus and integrate into the phosphate frame of DNA, increase the level of active oxygen forms, influence the apoptosis processes. Changing the integrity of nucleus they may form intra-nuclear protein assembly that causes inhibition of replication, transcription and proliferation reactions. Besides the direct effect of nanoparticles SiO2 on cells, some authors suggest the possibility of their interaction with the priority contaminants of the environment, such as lead. As a result, nanoparticles due to well-developed surface and high adsorption can enhance the penetration of the toxins into the body. So they function as conductors by modifying the toxic effect of xenobiotics. The study was aimed to investigate morphological changes in liver, kidneys and spleen of rats when administered SiO2 nanoparticles and lead acetate. 40 white outbred rats, 150-160 g in weight, which were kept on a standard vivarium diet, were used for the experiments. All manipulations with experimental animals were carried out in accordance with the bioethics principles. The test animals were divided into the following groups: the 1st – the intact rats (control); the 2nd – the rats administered intragastrically with nano-SiO2 colloidal solution at a dose of 50 mg/kg of body weight daily during 3 weeks; the 3rd – the animals administered intragastrically with lead acetate at a dose of 20 mg/kg of body weight (equivalent to lead) daily during 3 weeks for simulation of subacute lead intoxication; the 4th – the rats administered intragastrically with nano-SiO2 solution and lead acetate at the above doses during 3 weeks. The intact animals were administered intragastrically with appropriate amount of normal saline daily. Euthanasia was performed by exsanguination under thiopental sodium anesthesia in 21 days after the beginning of the experiment. Fragments of liver, kidney and spleen were used as the material for morphological studies. It has been established that the combined effect of nano-SiO2 and lead acetate causes: significant dystrophic necrotic changes in hepatocytes, hyperplasia and hypertrophy of Kupffer’s cells, perivascular lymphocytic and histiocytic infiltration in liver; toxic damage of capsule nephrothelium and excretory ducts, that is manifested by tubule- necrotic nephrosis, glomerular vascular component affection in kidneys; white pulp cords hypoplasia with T-lymphocytic zone decrease, karyorrhexis and apoptosis of red pulp in spleen. After administration of lead acetate solution to the experimental animals the morphological changes of liver, kidney and spleen tissues were less pronounced than when joint nano-SiO2 and lead acetate was used. When the rats were administered with silicon oxide nanoparticles only, there were insignificant structural changes of internal organs. The conclusion was drawn that the silicon dioxide nanoparticles increase hepatotoxic, nephrotoxic and spleen toxic effects of lead acetate