Nanočástice oxidu zinečnatého zlepšují renální toxicitu indukovanou dimethylnitrosaminem u potkanů

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

Abstraktní

Dimethylnitrosamin(DMN) je zavedeným karcinogenem. Je toxický pro několik orgánů, napřjátra, ledvina, plíce a imunitní systém. V minulosti bylo použito několik léků k modulaci jeho toxicity pomocí experimentálních zvířecích modelů. Tato studie byla navržena tak, aby zkoumala účinek nanočástic oxidu zinečnatého (ZnONP) na renální toxicitu způsobenou DMN u laboratorních potkanů. Vzhledem k tomu, že se na jeho toxicitě podílejí především oxidační mechanismy, je navrhovaná studie zaměřena na zlepšeníoxidační stresodpověď od ZnONP, pokud existuje. Současné výsledky ukazují, že podávání ZnONP (50 mg/kg tělesné hmotnosti/krysa) krysám léčeným DMN (2 ul/100 g tělesné hmotnosti/krysa) snižuje koncentraci malonaldehydu, H, O a NO v ledvinách. Snížená koncentrace glutathionu (GSH) se však po léčbě ZnONP zvýšila. Výsledky u glutathion S-transferázy a glutathionperoxidázy podpořily její antioxidační účinky. Tyto výsledky jsou podpořeny obnovou oxidativního poškození DNA a méně výraznými histopatologickými změnami v ledvině. Předpokládá se, že ZnONP mohou být toxické pro renální tkáň; nicméně jejich silný terapeutický/antioxidační potenciál pomáhá zmírňovat DMN indukovanérenální toxicitau krys.

Klíčová slova:Dimethylnitrosamin. ledviny. Nanočástice oxidu zinečnatého·Oxidační stres. Histopatologie

Kliknutím sem zobrazíte další informace o účincích cistanche

Úvod

Dimethylnitrosamin (DMN) je zavedeným karcinogenem [2]. Bylo potvrzeno, že preferenčním místem jeho biotransformace jsou játra. Nicméně orgány, tjledvinaa plíce se také podílejí na jeho metabolismu, i když v malé míře [25]. Magee a Barnes [29] poprvé ukázali, že jedna dávka DMN může vyvolat renální tumory. Následné studie připisovaly DMN-indukovanou rakovinu ledvin reaktivním formám kyslíku (ROS) aoxidační stres [3, 32].

Byly provedeny určité studie za účelem modulace toxicity DMN na vhodných zvířecích modelech s použitím několika léků a antioxidantů. Hamza a kol. [20] studovali terapeutické účinky kyseliny -lipoové (ALA) proti DMN indukovanérenální toxicitau krys. Rana a Kumar [40] uvedli, že kadmium a metalothionein zinku inhibovaly peroxidaci lipidů (LPO) v ledvinách krys léčených DMN. Již dříve bylo známo, že kovový zinek hraje důležitou roli jako transkripční faktor a antioxidační obrana v prevenci toxicity DMN. Zinkové kanály vytvářejí rovnováhu mezi přežitím buněk a buněčnou smrtí prostřednictvím řízení pohybu volného a intracelulárního zinku [8]. Zinek byl proto v minulosti považován za vhodný prostředek k prevenci toxicity několika xenobiotik, tj. tetrachlormethanu |41, ethylalkoholu [62] a dichlordifenyltrichlorethanu [12].

Nedávné pokroky v nanomedicíně využívají nanočástice k léčbě a diagnostice několika onemocnění. V této souvislosti se syntetizuje několik nanočástic a testuje se jejich toxicita [22]. Nanočástice oxidu zinečnatého (ZnONP) byly považovány za účinné terapeutické látky díky své biologické dostupnosti, biokompatibilitě a vysoké rozpustnosti. Mají schopnost regulovat buněčný cyklus a buněčnou homeostázu [56]. Úřad pro potraviny a léčiva (FDA) také schválil nanočástice oxidu zinečnatého pro protirakovinnou terapii[47. Může způsobit selektivní toxicitu vůči rakovinným buňkám nerovnováhou aktivity proteinů závislé na zinku (Vinderall a Mitjans, 2015). Rasmussen a kol. [44] předpokládali, že ZnONP mohou zabíjet rakovinné buňky indukcíoxidační stres. ZnONP se tak objevily jako nanoterapeutické platformy proti několika nemocem, zejména těm, které jsou způsobeny oxidačním stresem. Nicméně několik laboratoří publikovalo zprávy ukazující jejich toxicitu ve specifických orgánech a buněčných liniích [11,26].

Zdá se tedy, že existuje dostatečný důvod pro další zkoumání antioxidačních účinků ZnONP projevujících se ve vhodném experimentálním uspořádání. Z tohoto pohledu byla nedávno v naší laboratoři provedena studie o ochranných účincích ZnONP proti hepatotoxicitě vyvolané DMN u samců potkanů ​​Wistar |43]. Pro rozšíření této studie bylo vynaloženo úsilí na posouzení ochranných účinků ZnONP, pokud existují, na DMN-indukovanou renální toxicitu u potkanů. Dále byla současně studována renální toxicita ZnONP.

Materiály a metody

Chemikálie a činidla

Nanočástice oxidu zinečnatého byly získány od Sigma Chemical Co. Missouri (USA). Podle výrobce obsahovaly nanočástice přibližně 80 procent báze zinku, 100 procent čistoty a<100 nm="" size="" with="" a="" surface="" area="" of="" 15-25="">

Dimethylnitrosamin, kyselina thiobarbiturová, kyselina 5'-5'-dithiobis-2-nitrobenzoová,1-chlor-2,4-dinitrobenzen, glutathionreduktáza, glutathion a N- (1-naftyl)ethylendiamindihydrochlorid (NEDA) byly také zakoupeny od Sigma Chemical Co. (USA). Všechna ostatní činidla nejvyšší čistoty byla získána od High Media (Mumbai).

Charakterizace nanočástic oxidu zinečnatého

ZnONP byly charakterizovány pomocí řady metod, jak bylo popsáno dříve [43]. Stručně řečeno, velikost a tvar ZnONP byly pozorovány pomocí transmisního elektronového mikroskopu v Sophisticated Analytical Instrument Centre, Punjab University, Chandigarh (Indie). Pozorování pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu a energeticky disperzní rentgenová analýza (EDAX) byla provedena na katedře fyziky Choudhary Charan Singh University, Meerut (Indie). Analýzy velikosti, distribuce a zeta potenciálu a XRD analýza ZnONP byly provedeny v Indian Institute of Technology, Roorkee (Indie).

Údržba zvířat a experimentální protokol

Pro provedení současných šetření bylo požadováno předchozí schválení Institucionální etické komise pro zvířata. Experimenty byly prováděny na samcích krys Wistar (150±25 g), získaných ze zařízení pro zvířata Jamia Hamdard, Dillí. Krysy byly udržovány za standardních laboratorních podmínek (teplota místnosti 25±5 stupňů; relativní vlhkost 50 plus 10 procent; a 12-hodinový cyklus tma/světlo). Každá krysa byla umístěna jednotlivě v polypropylenové kleci a bylo jí nabízeno komerční krmivo (Golden Feeds, Delhi) a voda z vodovodu ad libitum.

Po aklimatizaci na laboratorní podmínky po dobu 2 týdnů byly krysy náhodně rozděleny do čtyř skupin, z nichž každá obsahovala pět krys. Krysám ze skupiny A byl každý druhý den po dobu 15 dnů podáván intraperitoneálně (ip) DMN (2 μl/100 g tělesné hmotnosti) ve fyziologickém roztoku, jak bylo popsáno dříve [43]. Krysy skupiny B byly léčeny jako krysy skupiny A a následně jim byla podávána předem stanovená NOEL ZnONP (50 mg/kg) každý druhý den po dobu 30 dnů. Krysy skupiny C byly léčeny pouze ZnONP jako krysy skupiny B. Krysy skupiny D dostávaly injekce (ip) fyziologický roztok (2 ul/100 g tělesné hmotnosti) pouze každý druhý den po dobu 45 dnů a byly léčeny jako kontroly.

Po 45 dnech byly krysy vyhladověny přes noc a vzorky jejich moči byly odebrány další ráno prostřednictvím metabolických klecí. Poté byly krysy usmrceny lehkou etherovou anestezií. Theledvinybyly pečlivě odstraněny a zpracovány pro odhad reaktivních druhů, tj. malondialdehydu, oxidu dusnatého a peroxidu vodíku. Oxidační stres byl stanoven pomocí standardních parametrů. redukovaný glutathion (GSH), glutathion S-transferáza a glutathion peroxidáza, jak je popsáno níže.

Kreatinin

Kreatinin ve vzorcích moči byl stanoven podle metody Tora a Acker-mana (1975), za použití komerční soupravy získané od M/S Span Diagnostics, Surat (Gujarat, Indie).

Oxidační stres

malondialdehyd (MDA)

MDA v renální tkáni byla stanovena pomocí kyseliny thiobarbiturové podle metody Jordana a Schenkmana [24]. Absorbance byla zaznamenávána při 532 nm pomocí spektrofotometru (Systronics, Indie). Jako standard byl použit 1,1,3,3-tetramethoxypropan (Sigma). Protein byl stanoven podle metody Lowryho et al.[27]. Jako standard byl použit bovinní sérový albumin (Sigma).

Peroxid vodíku (H202)

Homogenáty ledvin byly připraveny v 0,25 M sacharóze. H202 byla měřena za použití metody thiokyanatanu železitého, jak je popsáno v Thurman et al. [52]. Absorbance byla zaznamenávána při 480 nm za použití spektrofotometru (Systronics, Indie).

Oxid dusnatý (NO)

NO ve vzorcích ledvin byl odhadnut pomocí Griessova činidla podle metody navržené Cortasem a Wakidem [6]. Absorbance byla zaznamenávána při 550 nm pomocí spektrofotometru (Systronics, Indie).

GSH/neproteinové sulfhydryly (NPSH)

Ke stanovení redukovaného glutathionu ve vzorcích ledvin bylo použito Ellmanovo činidlo [10]. Absorbance byla zaznamenávána při 412 nm pomocí spektrofotometru (Systronics, Indie).

Glutathion S-transferáza

Glutathion S-transferáza byla testována pomocí 1-chlor-2,4-dinitrobenzenu (CDNB), který byl konjugován s glutathionem. Absorbance byla zaznamenávána při 340 nm [19].

Glutathion peroxidáza

Enzym byl testován podle metody Paglia a Valentina [37]. Glutathiondisulfid (GSSG) produkovaný jako výsledek glutathionperoxidázy je redukován nadbytkem glutathionreduktázy. Konverze GSSG na GSH byla monitorována při 340 nm za použití spektrofotometru (Systronics, Indie).

metalothionein

Metalothionein ve vzorcích ledvin byl analyzován metodou saturace kadmiem [36] pomocí atomového absorpčního spektrofotometru (EC, Hyderabad, Indie).

8-Hydroxy-2'-deoxyguanosin (8-OHdG)

Vzorek moči každé krysy byl odebrán do sterilizované lahvičky přes metabolickou klec. Tyto vzorky byly uloženy při -80 stupních do dalších analýz. Pro odhad 8-OHdG byla použita kompetitivní technika ELISA za použití komerční soupravy získané od Bioassay Technology Laboratory (Čína). Absorbance byla zaznamenávána při 450 nm za použití čtečky mikrodestiček (EC, Hyderabad, Indie).

Histopatologie

Malé kousky ledvin byly fixovány v 10% neutrálním formaldehydu, dehydratovány, vyčištěny a zality v parafinovém vosku. Řezy o tloušťce 5 μm byly obarveny hematoxylinem a eosinem a zkoumány pod výzkumným mikroskopem (Nikon, Japonsko).

Statistická analýza

Studentův t-test byl použit k provedení meziskupinového srovnání mezi různými skupinami. Rozdíly mezi skupinami s hodnotou p<0.05 were="" considered="" significant.="" spss="" software="" version="" 2.0="" was="" used="" for="" inter-group="">

Výsledek

Charakterizace ZnONP

Tvar, velikost, struktura a elektrické složení ZnONP byly určeny standardními metodami. Výsledky ukazují, že průměrný průměr ZnONPs byl<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="">

Funkce ledvin

Vyšší koncentrace kreatininu v moči ukázala poškození ledvin u potkanů ​​léčených DMN. Následné ošetření potkanů ​​léčených DMN pomocí ZnONP snížilo hodnoty kreatininu. Potkani léčení samotnými ZnONP také vykazovali vyšší hodnoty kreatininu než kontrolní potkani (tabulka 1).

MDA, H202 a NO

Malondialdehyd (MDA) je produktem LPO. zvýšené v ledvinách potkanů ​​léčených DMN. Podávání ZnONP krysám ošetřeným DMN snižuje jeho koncentraci v renální tkáni. Nicméně koncentrace MDA byla vyšší v ledvinách potkanů ​​ošetřených ZnONP než kontrolních potkanů ​​(tabulka 1).

Vyšší hodnoty NO v renální tkáni krys ošetřených DMN podpořily výsledky u malondialdehydu. ZnONP terapie nabízená potkanům léčeným DMN snížila koncentraci NO v ledvinách. Srovnání hodnot NO získaných v ledvinách ZnONP a kontrolních potkanů ​​ukázalo vyšší hodnoty, i když nevýznamné v ledvinách potkanů ​​léčených ZnONP (tabulka 1).

Výsledky peroxidu vodíku také ukázaly vyšší hodnoty v ledvinách krys ošetřených DMN. Průměrné hodnoty H, O v ledvinách krys ošetřených DMN plus ZnONP byly nižší než krys ošetřených DMN (tabulka 1). Dohromady všechny tyto výsledky naznačují antiperoxidační a antinitrosativní roli ZnONP.

GSH

V ledvinách potkanů ​​léčených DMN byl pozorován významný pokles hodnot GSH. Jeho stav se zlepšil po podání ZnONP potkanům ošetřeným DMN. Tato pozorování ukazují, že ZnONP nabízejí antioxidační ochranu proti renální toxicitě vyvolané DMN. Léčba potkanů ​​pomocí ZnONP zlepšila renální koncentraci GSH (tabulka 1).

Glutathion S-transferáza a glutathion peroxidáza

Výsledky na GSH byly podpořeny pozorováním glutathion S-transferázy. Aktivita enzymu se snížila v ledvinách krys ošetřených DMN, suplementace ZnONP krysám ošetřeným DMN obnovila jeho aktivitu blízko kontrolním hodnotám (tabulka 1). Aktivita glutathionperoxidázy se také snížila v ledvinách krys ošetřených DMN. Zvýšil se však v ledvinách potkanů ​​léčených DMN a ZnONP (tabulka 1).

8-OHdG

Současné výsledky na 8-OHdG ukázaly větší oxidační poškození DNA v ledvinách potkanů ​​léčených DMN. Suplementace ZnONP potkanům léčeným DMN významně inhibovala toto poškození do určité míry. Léčba samotnými ZnONP by však také mohla vyvolat poškození DNA v ledvinách potkanů ​​(obr. 4).

metalothionein

Výsledky koncentrace renálního metalothioneinu (MT) naznačovaly, že indukce MT se v ledvinách krys ošetřených DMN snížila. V ledvinách potkanů ​​léčených DMN a ZnONP však bylo zaznamenáno 16procentní zvýšení MT. ZnONP samotné byly také zjištěny jako silný induktor MT v ledvinách potkanů ​​(tabulka 1).

Histopatologie

Kromě glomerulonefritidy a proximální tubulární nekrózy byl v ledvinách krys léčených DMN zaznamenán adenokarcinom v subkapsulárním kortexu. Epiteliální degenerace byla nápadná v proximálních i distálních tubulech. V celé kůře a dřeni byla pozorována jádra různých tvarů a velikostí (obr. 5A, B, C).

Histopatologická pozorování v ledvinách krys ošetřených DMN a ZnONP ukázala méně závažnou glomerulonefritidu a sníženou tubulární nekrózu. Adenokarcinom byl žádaný. Na několika místech v proximálním kortexu však byla pozorována tvorba neoplastické tkáně. Bylo zjištěno, že tubulární epitel je intaktní. Jaderné změny byly nevýznamné (obr. 5D, 6A).

Histopatologická pozorování v ledvinách potkanů ​​léčených ZnONP neukázala žádnou nefritidu. Proximální a distální tubuly byly dobře tvarované a nevykazovaly žádné známky epiteliální degenerace. Bylo zjištěno, že hranice Brush je neporušená. V distálním kortexu však byla zaznamenána zvýšená mitotická aktivita. (Obr. 6B, C).

Všechny výše popsané patologické změny byly žádoucí v ledvinách kontrolních potkanů. Renální tubulární kůra a dřeň nevykazovaly žádné známky poranění. Byla pozorována normální jádra v kortexu, stejně jako dřeň (obr. 6D).

Tato studie ukazuje, že DMN je stejně škodlivé proledvinajak je tomu ujátraa plíce. Mechanismus jeho toxicity byl v minulosti diskutován několika pracovníky. Nyní bylo zjištěno, žedimethylnitrosamina další nitrososloučeniny jsou přednostně metabolizovány v játrech; ledviny se však podílejí na jejich biologickém rozkladu. DMN je metabolizován CYP2E1, který hydroxyluje jednu methylovou skupinu. Výsledný hydroxymethylnitrosamin je nestabilní a rozkládá se na formaldehyd, který methyluje DNA a protein nebo reaguje s vodou za vzniku methanolu [13]. Tvorba reaktivních forem kyslíku (ROS), jako je peroxid vodíku (H2O2) a hydroxylové radikály (OH), přispívá koxidační streskterý může být jedním z klíčových faktorů při indukci patologických změn, karcinogenity, neoplastických změn a vzniku nádorů nejen v játrech, ale také v ledvinách a plicích (57).

Obnova funkce ledvin zůstává u toxického poškození ledvin náročným problémem. Vzhledem k tomu, že bylo zjištěno, že ZnONP chrání před poškozením jater vyvolaným DMN u potkanů ​​[43], byla podobná studie na ledvinách považována za zásadní pro prokázání terapeutického potenciálu ZnONP. Úplně první indikace příznivého účinku ZnONP proti toxicitě DMN byla prokázána pozorováním kreatininu. Byla zvýšená ve vzorcích moči krys ošetřených DMN, ale snížena u krys ošetřených DMN a ZnONP. Léčba samotným ZnONP také zvýšila koncentraci kreatininu. Zvýšený kreatinin v moči/séru je spolehlivým biomarkerem renálních funkcí [4]. Je spojena s abnormální funkcí glomerulů [5]. Ali Noori a kol. [35] také uvedli, že léčba myší Balb/c pomocí ZnONP (50-300 mg/kg) zvýšila koncentraci kreatininu v séru. Korelovali to s glomerulární a tubulární degenerací. Během této studie také. zjistili jsme korelaci mezi koncentrací kreatininu a renálními morfologickými změnami. Zlepšená renální glomerulární a tubulární morfologie u potkanů ​​léčených DMN a ZnONP odpovídala poklesu koncentrace kreatininu v moči. Nicméně ZnONP v současné koncentraci a dávkovacím režimu vykazovaly střední hodnotyrenální toxicita.

Několik studií prokázalo, že metabolismus DMN generuje ROS vjátrapokusných zvířat, která vedou koxidační stres[18].). Jen velmi málo pracovníků však prokázalo, že ROS je také odpovědný za renální toxicitu [54]. Současné výsledky potvrzují, že DMN může indukovat LPO vledvinataké. Následná léčba pomocí ZnONP inhibovala tvorbu ROS. Dawei a kol. [7] předpokládali, že nanočástice oxidu zinečnatého mají schopnost snižovat malondialdehyd a zvyšovat aktivitu antioxidačních enzymů. Naopak, malondialdehyd se také zvýšil v ledvinách potkanů ​​léčených ZnONP. Jiné experimenty prováděné na toxicitě ZnONP také odhalily, že zvýšil koncentraci MDA v zebřičkách [63] a lidských játrech [46].

Oxidy dusnaté, vledvinaDMN-ošetřených krys, také vykazovaly zvýšené hodnoty. Pokles v ledvinách potkanů ​​léčených DMN a ZnONP. Dřívější studie ukazují, že donory oxidu dusnatého, jako je NaNO, částečně zabránily chronické hepatitidě vyvolané dimethylnitrosaminem [28]. ZnONP mohly ovlivnit renální toxicitu vyvolanou DMN modulací NO syntázy. Inhibitory syntázy oxidu dusnatého, jako je No-nitro-L-arginin (L-NNA), mohou zmírnit ochranné účinky nad toxicitou DMN vyjádřenou donory oxidu dusnatého [14]. H, O je hlavním metabolickým produktem DMN [38]. Zvýšené hodnoty byly registrovány pro H, O v ledvinách krys ošetřených DMN. Pokles byl však zaznamenán u potkanů ​​léčených DMN a ZnONP. Toto pozorování naznačuje, že ZnONP ovlivňují metabolismus DMN. Tento vliv může být na úrovni CYP2E1. K potvrzení této domněnky jsou však zapotřebí další studie.

Významné zvýšení renální koncentrace MDA, H, O a NO se opakovalo s významnou depresí GSH v ledvinách krys ošetřených DMN. Následné podávání ZnONP krysám ošetřeným DMN obnovilo stav GSH v ledvinách. Léčba ZnONP u normálních potkanů ​​také zvýšila hladiny GSH. Je známo, že GSH, neenzymatický antioxidant, působí proti škodlivým účinkům ROS [42]. ZnONP vykazují antioxidační účinky, které lze přičíst jejich protizánětlivému potenciálu zprostředkovanému downregulací indukovatelné syntázy oxidu dusnatého (iNOS), cyklooxygenázy-2 a různých cytokinů [34]. Jiní pracovníci připisují příznivé účinky ZnONP metalothioneinu [23,33]. V dřívější studii Rana a Kumar [40] prokázali, že metalothionein chrání před toxicitou DMN. Podle Durhama a Palmitera [9] se zdá, že existuje velká možnost, že po uvolnění působí zinek jako kompenzační posel oxidativního stresu stimulující faktor v oblasti zesilovače genu MT. Zvýšená transkripce těchto genů by mohla vysvětlit zvýšené hladiny Zn-MT v buňkách stresovaných oxidantem. Geny pro MT a GSH určují ochranu induktory MT [16].

Současné výsledky ukazují, že DMN inhibuje MT v ledvinách ve srovnání s jeho koncentrací v ledvinách normálních potkanů. Koncentrace MT se zvýšila v ledvinách potkanů ​​léčených DMN a ZnONP. Podávání samotných ZnONP významně zvýšilo koncentraci MT v renální tkáni. Tyto výsledky naznačují, že ZnONP jsou také silnými induktory MT. Dřívější zprávy ukazují, že zinek je potenciálním induktorem MT[30]. MT vyměňuje zinek relativně rychle v intramolekulárních a intermolekulárních reakcích s jinými zinko/sírovými klastry i přes relativně vysokou termodynamickou stabilitu [31].

Je známo, že DMN ovlivňuje aktivitu glutathion S-transferázy (GST) v játrech [1,49]. Jeho účinky na renální glutathion S-transferázy však nejsou známy. Současné výzkumy ukázaly, že DMN zvyšuje expresi a stimuluje aktivitu GST v ledvinách. Aniya a Anders [1] uvedli, že podávání DMN snížilo jaterní GST, ale zvýšilo ho v séru. Toto zvýšení je doprovázeno zvýšením aktivity GPT(SGPT) v séru a koncentrací bilirubinu v séru. Předchozí studie z naší laboratoře také potvrdila zvýšení sérových transamináz u potkanů ​​léčených DMN [43]. Léčba krys pomocí ZnONP normálním krysám zvýšila aktivitu GST v ledvinách, ale snížila ji v ledvinách krys léčených DMN a ZnONP. Nebylo však zaznamenáno žádné zvýšení renální koncentrace GSH. GST a GSH hrají důležitou roli při detoxikaci mutagenů a karcinogenů [48]. Dále může GST snížit kovalentní vazbu epoxidů karcinogenů, jako je DMN[17].

Mnoho pracovníků souhlasí s tím, že ochranné účinky ZnONP proti chemicky vyvolanému poškození jater/ledvin se projevují jeho antioxidačním potenciálem a prevencí mutagenity a karcinogenity zprostředkované ROS [51]. Léčba DMN u potkanů ​​ovlivňuje řadu antioxidačních enzymů, viz., superoxiddismutázu, katalázu a glutathionperoxidázu, Následná léčba ZnONP u potkanů ​​ošetřených DMN zvýšila aktivitu glutathionperoxidázy ve srovnání s kontrolními potkany, což ukazuje na její zvýšenou schopnost vychytávat H,O a lipidové hydroperoxidy [63]. Morfologické zlepšení ledvin krys léčených DMN, projevující se ZnONP, podpořilo výše uvedená pozorování. Magee a Barnes [29] potvrdili, že DMN může vyvolat renální tumory u potkanů. Hard a Butler [21] studovali morfogenezi epiteliálních novotvarů indukovaných v ledvinách potkanů ​​pomocí DMN. Rio-pelle a Jasmine (1969) dále klasifikovali nádory ledvin vyvolané DMN a pojmenovali je jako dysplastické epiteliální ostrovy. Následné podávání ZnONP však tyto nádory zrušilo a potlačilo další morfologické léze. Zlepšení antioxidačních enzymů mohlo přispět k morfologické opravě ledvin.

Většina pozorování diskutovaných výše podporuje ochranný/antioxidační/antikarcinogenní potenciál ZnONP. Tato zpráva popisuje toxicitu ZnONP. Jednou z kritických vlastností ZnONP je jejich selektivní toxicita vůči rakovinným buňkám ve srovnání s normálními buňkami [39]. ZnONP vyjadřují cytotoxicitu díky svému specifickému složení a povrchovým vlastnostem. ZnONP jsou chemicky aktivnější, vedou ke spontánní tvorbě ROS na jejich povrchu a způsobujíoxidační stres[60]. Tvorba ROS přispívá k buněčné toxicitě a uvolňování Zn plus iontů ze ZnONP kvůli jejich nestabilitě v kyselém kompartmentu lysozomů. Yu a kol. [61] a Fukui a kol. [15] také dospěl k závěru, že toxicita ZnONP vzniká z iontů Zn² plus uvolněných ze ZnONP in vitro a in vivo. Wiseman a kol. (2006,2007 odhalili, že nadbytek volného Zn2 plus (rozpuštěného ze ZnONP) vedl k depleci sulfhydrylových skupin v metalothioneinu a snížení mitochondriální funkce vedoucí k apoptotické nebo nekrotické buněčné smrti. Lze uzavřít, že toxicita ZnONP se může projevovat několika mechanismy oxidační stres, inhibice antioxidačních enzymů, mitochondriální dysfunkce a apoptóza Zajímavé je, že typ buněčného systému ošetřeného ZnONP, síla oxidačního stresu a existující mezibuněčné/intracelulární prostředí jsou důležité faktory, které určují ZnONP toxicita.

Závěr

Na závěr předkládaná studie naznačuje, že ZnONP mají potenciální terapeutickou účinnost k vychytávání ROS, indukci enzymů závislých na GSH a GSH, stimulaci syntézy metalothioneinu a snížení oxidačního poškození DNA. Tyto mechanismy, které jsou vzájemně závislé, vytvářejí ochranné prostředí proti toxicitě ledvinových buněk vyvolané DMN. Přesto bylo zjištěno, že ZnONP jsou středně toxickéledviny. Dávkový režim musí být považován za důležitý faktor jeho ochranných účinků.

Zkratky

DMN: dimethylnitrosamin

ZnONP: Nanočástice oxidu zinečnatého

NEDA: N-(1-naftyl)ethylendiamin dihydrochlorid

IP: Intraperitoneálně

Zn-MT: Metalothionein zinku

H2O2: Peroxid vodíku

NE: Oxid dusnatý

MDA: Malondialdehyd

GSH: Snížený glutathion

ROS: Reaktivní formy kyslíku

CDNB: 1-Chlor-2,4-dinitrobenzen

8-OHdG: 8-Hydroxy-2'-deoxyguanosin

AD: Adenokarcinom

CO: Cortex

ND: Nukleární degenerace

BR: Okraj štětce

ED: Poškození/degenerace epitelu

GL: Glomerulus

MA: Mitotická aktivita

NPL: Novotvar

NPR: Šíření jaderných zbraní

BC: Binukleární buňky

EP: Epiteliální výstelka

PCT: Proximální stočený tubulus

GL: Glomeruli

TEM: Transmisní elektronový mikroskop

SEM: Rastrovací elektronový mikroskop

XRD: Rentgenová difrakce

JSPDS: Společný výbor pro standardy práškové difrakce

EDAX: Energeticky disperzní rentgenové záření

Reference

1. Aniya, Y., & Anders, MW (1985). Změna jaterních glutathion S-transferáz a uvolnění do séra po ošetření brombenzenem, tetrachlormethanem nebo N-nitrosodimethylaminem. Biochemická farmakologie, 34, 4239–4244.2. ATSDR, (1989). Toxikologické profily pro N-nitrosomethylamin. Agentura pro registraci toxických látek a nemocí. Atlanta, GA: Ministerstvo zdravotnictví a sociálních služeb USA, veřejné zdravotnictví. CAS: 62–75 (9).
3. Bansal, AK, Bansal, M., Soni, G., & Bhatnagar, D. (2005). Modulace oxidačního stresu vyvolaného N-nitrosodiethylaminem (NDEA) vitaminem E v krysích erytrocytech. Human and Experimental Toxicology, 24, 297–302.
4. Bennett, WM (1996). Mechanismy akutní a chronické nefrotoxicity z imunosupresiv. Selhání ledvin, 18, 453–460.
5. Bishop, LM, Fody, PE & Schoe, HL (2005). Klinická chemie. Principy, postupy, korelace. 5. edn. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, str. 730. ISBN 0781746116.
6. Cortas, NK, & Wakid, NW (1990). Stanovení anorganických dusičnanů ve vzorcích séra a moči metodou kinetické redukce kadmia. Klinická chemie, 36, 1440–1443.
7. Dawei, AI, Zhisheng, W., & Angu, Z. (2009). Ochranné účinky nano-ZnO na primární kultivaci střevních epiteliálních buněk myší in vitro proti oxidativnímu poškození. International Journal of Nanotechnology, 3, 1–6.
8. Dhawan, DK, & Chadha, VD (2010). Zinek: Slibný prostředek v dietní chemoprevenci rakoviny. Indian Journal of Medical Research, 132, 676–682.
9. Durnam, DM, & Palmiter, RD (1981). Transkripční regulace genu pro metalothionein-I těžkými kovy. Journal of Biological Chemistry, 256, 5712–5716.
10. Ellman, GL (1959). Tkáňové sulfhydrylové skupiny. Archives of Biochemistry and Biophysics, 82, 70–77.
11. Fazilati, M. (2013). Zkoumání vlastností toxicity nanočástic oxidu zinečnatého na jaterní enzymy u samců potkanů. European Journal of Experimental Biology, 3, 97–103.
12. Feaster, JP, Van Midelem, CH, & Davis, GK (1972). Vzájemný vztah zinku DDT v růstu a reprodukci u potkanů. Journal of Nutrition, 102, 523–528.
13. Frei, E., Kuchenmeister, F., Gliniorz, R., Breuer, A., & Schmezer, P. (2001). N-nitrosodimethylamin je aktivován v mikrosomech z hepatocytů na reaktivní metabolity, které poškozují DNA neparenchymálních buněk v játrech potkana. Toxicology Letters, 123, 227–234.
14. Fukawa, A., Kabayashi, O., Yamaguchi, M., Uchida, M., & Hosono, A. (2017). Laktalbumin získaný z hovězího mléka zabraňuje u potkanů ​​jaterní fibróze vyvolané dimethylnitrosaminem cestou oxidu dusnatého. 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). Asociace uvolňování zinkových iontů a oxidačního stresu vyvolaného intratracheální instilací nanočástic ZnO do plic potkana. Chemico Biological Interactions, 198, 29–37.

16. Garg, Q., & Hart, BA (1997). Vliv thiolů na kadmiem indukovanou expresi na metalothionein a další geny oxidačního stresu v epiteliálních buňkách plic potkana. Toxikologie, 119, 179–191.
17. Gopalan, P., Jensen, DE, & Lotlikar, PD (1992). Glutathionová konjugace mikrozomem zprostředkovaného a syntetického aflatoxinu B1–8, 9-oxidu purifikovanými glutathion S-transferázami z potkanů. Cancer Letters, 64, 225–233.
18. Guengerich, FP, Johnson, WW, Ueng, YF, Yamazaki, H., & Shimada, T. (1996). Účast cytochromu P450, glutathion S-transferázy a epoxidhydrolázy v metabolismu aflatoxinu B1 a význam pro riziko rakoviny jater u člověka. Environmental Health Perspectives, 104, 557–562.
19. Habig, WH, Pabst, MJ, & Jakoby, WB (1974). Glutathion S-transferázy. První enzymatický krok při tvorbě kyseliny merkapturové. Journal of Biological Chemistry, 249, 7130–7139.
20. Hamza, RZ, Ismail, HA, & El-Shenawy, NS (2017). Oxidační stres, histopatologické a elektronové mikroskopické změny vyvolané dimethylnitrosaminem u ledvinových samců myší a ochranný účinek kyseliny -lipoové. Journal of Basic & Clinical Physiology & Pharmacology, 28, 149–158.
21. Hard, GC, & Butler, WH (1971). Morfogeneze epiteliálních novotvarů indukovaných v ledvinách potkana dimethylnitrosaminem. Cancer Research, 31, 1496–1505.
22. Hulla, JE, Sahu, SC, & Hayes, AW (2015). Nanotechnologie: Historie a budoucnost. Human and Experimental Toxicology, 24, 1318–1321.
23. Jing, L., Li, L., Zhao, J., Zhao, J., Sun, Z., & Perg, S. (2015). Nadměrná exprese metalothioneinu vyvolaná zinkem zabraňuje toxicitě doxorubicinu v kardiomyocytech regulací peroxiredoxinů. Xenobiotica, 1, 1–11.
24. Jordan, RA, & Schenkman, JB (1982). Vztah mezi produkcí malondialdehydu a spotřebou arachidonátu během peroxidace mikrosomálních lipidů podporované NADPH. Biochemická farmakologie, 31, 1393–1400.
25. Knecht, M. (1966). O lokalizaci mikrozomální N-demethylázy v orgánech potkana. Naturessenschaften, 53, 85.
26. Li, CH, Shen, CC, Cheng, YW, a kol. (2012). Orgánová biodistribuce, clearance a genotoxicita orálně podávaných nanočástic oxidu zinečnatého u myší. Nanotoxikologie, 6, 746–756.
27. Lowry, OH, Rosenbrough, NJ, Forr, AL a Randall, RJ (1951). Měření bílkovin pomocí Follin fenolového činidla. Journal of Biological Chemistry, 193, 265–275.
28. Lukivskaya, O., Lis, R., Zwierz, K., & Buko, V. (2004). Účinek donoru oxidu dusnatého a inhibitoru syntázy oxidu dusnatého na játra potkanů ​​s chronickou hepatitidou vyvolanou dimethylnitrosaminem. Polish Journal of Pharmacology, 56, 599–604.
29. Magee, PN, & Barnes, JM (1962). Indukce nádorů ledvin u potkanů ​​dimethylnitrosaminem (n-nitrosodimethylaminem). Journal of Pathology and Bacteriology, 84, 19–31.
30. Maret, W. (2000). Funkce metalothioneinu zinku: Spojení mezi buněčným zinkem a redoxním stavem. Journal of Nutrition, 130, 1455–1458.
31. Maret, W., Larsen, KS, & Vallee, BL (1997). Dynamika koordinace biologických zinkových "shluků" v metalothioneinech a v DNA-vazebné doméně transkripčního faktoru Gal4. Proceedings of National Academy of Sciences USA, 94, 2233–2237.
32. Mittal, G., Brar, AP, & Soni, G. (2006). Vliv hypercholesterolémie na toxicitu N-nitrosodiethylaminu: Biochemické a histopatologické účinky. Farmakologické zprávy, 58, 413–419.
33. Mo, R., Jiang, T., & Gu, Z. (2014). Nedávný pokrok v dodávání více léčiv do rakovinných buněk pomocí lipozomů. Nanomedicína, 9, 1117–1120.
34. Nagajyothi, PC, Chan, SJ, Yang, IJ, Sreekanth, TV, Kim, KJ, & Shin, HM (2015). Antioxidační a protizánětlivé aktivity nanočástic oxidu zinečnatého syntetizované pomocí extraktu z kořene Polygala tenuifolia. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 146, 10–17.
35. Noori, A., Karimi, F., Fatahian, S., & Yazdani, F. (2014). Vliv nanočástic oxidu zinečnatého na funkci ledvin u myší. International Journal of Biosciences, 5, 140–146.
36. Onosaka, S., Tanaka, K., Doi, M., & Okahara, KA (1978). Zjednodušený postup stanovení metalothioneinu v živočišných tkáních. Eisei Kagaku, 24, 128–133.
37. Paglia, DP, & Valentine, VM (1967). Studie kvantitativní a kvalitativní charakterizace erytrocytární glutathionperoxidázy. Journal of Laboratory and Clinical Medicine, 70, 158–169.
38. Pradeep, K., Mohan, CV, Gopichand, K., & Karthikeyan, S. (2007). Účinek Cassia fistula Linn. Listový extrakt na diethylnitrosaminem indukovaném poškození jater u potkanů. Chemie a biologie, 167, 12–13.
39. Premanathan, M., Karthikeyan, K., Jeyasubramanian, K., & Manivannan, G. (2011). Selektivní toxicita nanočástic ZnO vůči grampozitivním bakteriím a rakovinným buňkám apoptózou prostřednictvím peroxidace lipidů. Nanomedicína, 7, 184–192.
40. Rana, SVS, & Kumar, A. (2000). Metalothionein indukovaný kadmiem nebo zinkem inhibuje peroxidaci lipidů u krys vystavených dimethylnitrosaminu. Archiv průmyslové hygieny a toxikologie, 51, 279–286.
41. Rana, SVS, & Tayal, MK (1981). Vliv zinku, vitamínu B12 a glutathionu na játra krys vystavených tetrachlormethanu. Průmyslové zdravotnictví, 19, 65–69.
42. Rana, SVS, & Kumar, A. (2001). Účinek metalothioneinu kadmia a zinku na methemoglobin a oxid dusnatý u potkanů ​​léčených dimethylnitrosaminem. Indian Journal of Experimental Biology, 39, 487–489.
43. Rani, V., Verma, Y., Rana, K., & Rana, SVS (2018). Nanočástice oxidu zinečnatého inhibují poškození jater vyvolané dimethylnitrosaminem u potkanů. Chemico Biological Interactions, 295, 84–92.
44. Rasmussen, JW, Martinez, E., Louka, P., & Wingett, DG (2010). Nanočástice oxidu zinečnatého pro selektivní destrukci nádorových buněk a potenciál pro aplikace podávání léků. Znalecký posudek k dodávání léků,7, 1063–1077.
45. Riopelle, JL, & Jasmin, G. (1969). Povaha, klasifikace a nomenklatura nádorů ledvin indukovaných u potkanů ​​dimethylnitrosaminem. Journal of National Cancer Institute, 42, 643–662.
46. ​​Sharma, V., Anderson, D., & Dhawan, A. (2012). Nanočástice oxidu zinečnatého indukují oxidační poškození DNA a mitochondriemi zprostředkovanou apoptózu zprostředkovanou ROS v lidských jaterních buňkách (HepG2). Apoptosis, 17, 852-870.
47. Shen, C., James, SA, de Jonge, MD, Turney, TW, Wright, PF, & Feltis, BN (2013). Související cytotoxicita, ionty zinku a reaktivní kyslík v lidských imunitních buňkách vystavených nanočásticím ZnO. Toxikologické vědy, 136, 120–130.
48. Sheweita, SA, & Tilmisany, AK (2003). Rakovina a enzymy metabolizující léky fáze II. Současný metabolismus léčiv, 4, 45–58.
49. Sheweita, SA, Mousa, N., & Al-Masry, HM (2008). N-Nitrosodimethylamin mění expresi glutathion S-transferázy v játrech myších samců: Role antioxidantů. Journal of Biochemical and Molecular Toxicology, 22, 389–395.
50. Soheili, S., Moradhaseli, S., Shokouhian, A., & Ghorbani, M. (2013). Histopatologické účinky nanočástic ZnO na jaterní a srdeční tkáně u potkanů ​​Wistar. Advances in Bioresearch, 4, 83–88.
51. Taccola, L., Rafa, V., Riggio, C., Vittorio, O., Iorio, MC, Vanacore, R., Pietrabissa, A., & Cuschieri, A. (2011). Nanočástice oxidu zinečnatého jako selektivní zabijáci proliferujících buněk. International Journal of Nano medicine, 6, 1129–1140.
52. Thurman, RG, Ley, HG, & Scholz, R. (1972). Jaterní mikrozomální oxidace ethanolu. Tvorba peroxidu vodíku a úloha katalázy. European Journal of Biochemistry, 25, 420–430.
53. Toro, G., & Ackermann, P. (1975). Praktická klinická chemie, první ed. Little, Brown and Company, Bos ton., str. 154.