Оцінка гено- та цитотоксичної дії наночастинок колоїдного золота на клітини еритроїдного ряду кісткового мозку та пухлини тварин з асцитною карциномою Ерліха

Abstract

Проведено порівняльне дослідження гено- та цитотоксичного ефекту наночастинок золота (НЧЗ) діаметром 5 нм у концентрації 30 та 60 мг/кг маси тіла тварини на еритроїдний ряд клітин кісткового мозку (КМ) та пухлинні клітини мишей з асцитною карциномою Ерліха (АКЕ). Паралельно у цих тварин оцінювали зміни трансмембранного мітохондріального потенціалу пухлинних клітин внаслідок дії обраних концентрацій НЧЗ. Як маркери генотоксичного впливу використано мікроядерний тест, для оцінки трансмембранного мітохондріального потенціалу пухлинних клітин – мітохонд-ріальний флуоресцентний зонд JC-1. Показано достовірне зниження співвідношення поліхроматофілів/нормохроматофілів у КМ тварин на фоні одночасного зрос-тання кількості мікроядер (МЯ) лише через 48 год після введення НЧЗ у концентрації 30 мкг/кг. Доведено, що найбільш суттєвий гено- та цитотоксичний ефект на еритроцити КМ призводять НЧЗ у концентрації 60 мкг/кг, і він більш виражений при подовженні часової експозиції. Поряд з цим виявлено зміни стабільності геному та мітохондріального трансмембранного потенціалу пухлинних клітин тварин з АКЕ внаслідок впливу НЧЗ у концентраціях 30 та 60 мкг/кг. Зазначено найбільш достовірне зростання кількості МЯ на фоні одночасного зниження трансмембранного потенціалу мітохондрій при використанні НЧЗ у концентрації 60 мкг/кг та подальше їх збільшення з подовженням терміну дії. Отримані дані свідчать про те, що НЧЗ розміром 5 нм здатні в системі in vivo спричиняти гено- та цитотоксичні ефекти як у пухлинних клітинах, так і клітинах еритроїдного ряду КМ, тому при високих концентраціях та тривалій дії цей чинник є небезпечним для застосування у медико-біологічних цілях. Remove selected

Исследованы гено- и цитотоксические эффекты наночастиц золота (НЧЗ) диаметром 5 нм в кон-центрации 30 и 60 мкг/кг массы тела животного на клетки эритроидного ряда костного мозга (КМ) и опухолевые клетки мышей с асцитной карциномой Эрлиха ((АКЭ). Одновременно оценивали измене-ния трансмембранного потенциала опухолевых клеток. Показано, что достоверные изменения морфо-логии клеток эритроидного ряда КМ животных с АКЭ наблюдаются при воздействии НЧЗ в концентрации 30 мкг/кг через 48 ч после введения, а наиболее значимые – в концентрации 60 мкг/кг независимо от временной экспозиции. Вместе с тем установлено, что НЧЗ в концентрации 60 мкг/кг вызывают в опухолевых клетках достоверное увеличение количества микроядер, сопряженное с продолжительностью воздействия на фоне одновременного снижения трансмембранного потенциала митохондрий. Полученные результаты являются основой для комплексного подхода к тестированию биотоксичности наноматериалов в системе in vitro и in vivo при создании векторных наносистем.

The article discusses the study of geno- and cytotoxic effects of 5 nm-sized gold nanoparticles (GNPs) administered to mice at the concentrations of 30 and 60 μg/kg of animals’ body weight on the erythroid lineage cells from the bone marrow (BM) and tumor cells of mice with Ehrlich ascites carcinoma (EAC). In parallel, these animals were tested for changes in the mitochondrial transmembrane potential of tumor cells due to the action at selected concentrations of GNPs. The micronucleus test was used as a marker for the genotoxic effect, while the mitochondrial fluorescent JC-1 probe was employed for the evaluation of the mitochondrial transmembrane potential. A reliable decrease in the polychromatophils to normochromatophils ratio in the bone marrow of animals against the background of a simultaneous increase in the amount of micronuclei (MN) was shown only 48 hours after the administration of GNPs at the concentration of 30 μg/kg. It has been shown that the most essential geno- and cytotoxic effects on the BM erythrocytes were produced by GNPs at the concentration of 60 μg/kg, and the most expressed effect is observed with the continuation of exposure. In addition, changes in the stability of the genome and the mitochondrial transmembrane potential in the tumor cells of the animals with EAC is due to the effect of GNPs at the concentrations of 30 and 60 μg/kg. The most reliable increases in the amount of MN against simultaneous decreases in the mitochondrial transmembrane potential were observed when GNPs were used at the concentration of 60 μg/kg, and their further increases were marked when their action was continued. The obtained data indicate that 5-nm-sized GNPs cause in an in vivo system geno- and cytotoxic effects in both tumor cells and BM erythroid cell lines, and, therefore, this factor is not safe for medico-biological applications at high concentrations and a prolonged action.