مقایسه اثر اندازه ذرات اکسید آهن مگنتیت در دو بعد میکرونی و نانومتریک بر بروز سمیت سلولی در رده سلولی A549 در یک مطالعه برون‌تنی

Comparison the effect of Magnetite iron oxide particle in two micrometric and nanometric sizes on the human lung cell line (A549) in vitro study


چاپ صفحه
پژوهان
صفحه نخست سامانه
مجری و همکاران
مجری و همکاران
منابع
منابع
علوم پزشکی شهید بهشتی
علوم پزشکی شهید بهشتی

مجریان: منصور رضا زاده آذری , آتنا رفیعی پور , حبیب الله پیروی

کلمات کلیدی: سمیت، برون‌تنی، نانوذرات، میکروذرات، اکسید آهن مگنتیت

اطلاعات کلی طرح
hide/show

کد طرح 11412
عنوان فارسی طرح مقایسه اثر اندازه ذرات اکسید آهن مگنتیت در دو بعد میکرونی و نانومتریک بر بروز سمیت سلولی در رده سلولی A549 در یک مطالعه برون‌تنی
عنوان لاتین طرح Comparison the effect of Magnetite iron oxide particle in two micrometric and nanometric sizes on the human lung cell line (A549) in vitro study
کلمات کلیدی سمیت، برون‌تنی، نانوذرات، میکروذرات، اکسید آهن مگنتیت
نوع طرح بنیادی-کاربردی
نوع مطالعه مطالعه تجربی
مدت اجراء - روز 365
ضرورت انجام تحقیق

1- کمبود اطلاعات در زمینه اثرات ذرات در اندازه‌های نانومتریک(10-100نانومتر) در کنار فواید بالقوه آنها و نیز مقایسه تأثیر ذرات در اندازه‌های میکرونی(10-1 میکرون) و ابعاد نانومتریک آنها (10-100نانومتر) لزوم اهمیت تحقیقات گسترده در زمینه بررسی پیامدهای بهداشتی مواجهه با نانوذرات را پر رنگ‌تر می‌سازد. 2- بر اساس مطالعات اپیدمیولوژیک صورت گرفته در جامعه معدنکاران سنگ آهن، تعداد مرگ و میرهای ناشی از ابتلا به بیماری‌های ریوی بسیار بالاتر از محدوده استاندارد جمعیتی است و از این رو بررسی تأثیر مواجهات ریوی با آلاینده‌ها به منظور یافتن راهکارهایی جهت کاهش بار بیماری و مرگ و میر در جهان و بنابر اولویت سازمان جهانی بهداشت ضرورت دارد. 3- بر اساس گزارش سازمان توسعه و همکاریهای اقتصادی(OECD)، نانوذرات اکسید آهن در دسته 10 نانوذره پرمصرف در صنایع مختلف و نیز تولید دارو می‌باشد که مطالعه بر روی اثرات بهداشتی آن باید در اولویت‌های پژوهشی قرار گیرد. 4- وجود اطلاعات متناقض در خصوص اثرات سمی اکسیدهای آهن به عنوان پرکاربردترین ماده خام مصرفی، نیاز به مطالعات بیشتر در زمینه اثرات بهداشتی آن را نشان می‌دهد. 5- تخصیص بخش اعظم اطلاعات در زمینه عوارض بهداشتی مواد به مطالعه بر روی مدل‌های حیوانی و مشکلات تعمیم داده‌های به دست آمده به جامعه انسانی در کنار هزینه‌های بالا و زمانبر بودن مطالعه، ضرورت انجام تحقیق را بر روی رده‌های سلولی انسانی نشان می‌دهد.

هدف کلی تعیین تأثیر اندازه ذرات اکسید آهن مگنتیت در دو بعد میکرونی و نانومتریک بر بروز سمیت سلولی در رده سلولی A549 در یک مطالعه برون‌تنی
خلاصه روش کار

نانوذرات اکسید آهن مگنتیت مورد استفاده در این پژوهش در ابعاد کوچکتر از 40 نانومتر و در حالت اکسایشی Fe3O4 با درجه خلوص 99/5% از شرکت آمریکایی Research Nanomaterials خریداری می‌شود. میکروذرات اکسید آهن مگنتیت نیز از شرکت Bayer آلمان خریداری می‌شود.. ماهیت ساختاری نانوذرات با استفاده از دستگاه تفرق اشعه ایکس و یا دستگاه ICP-MS مورد تأیید قرار می‌گیرد. مشخصات فیزیکی نانوذرات تهیّه شده با استفاده از تصویربردای به شیوه TEM و یا FSEM بررسی خواهد شد و غلظت‌های مختلفی از آن به صورت سوسپانسیون و با استفاده از افزودن نانوذرات به آب دیونیزه و مخلوط سازی آنها به شیوه اولتراسونیک تهیّه خواهد شد. پژوهش حاضر در محدوده مطالعات in vitro انجام می‌شود. به منظور انجام مطالعه رده‌های سلولی اپی‌تلیال ریه انسان(A549) از بانک سلولی انستیتو پاستور خریداری و در محیط کشت DMEM کشت داده خواهند شد. سپس در دو بخش سلولهای ریه در مواجهه با سه غلظت و دو بازه زمانی از نانوذرات و میکروذرات اکسید آهن مگنتیت قرار داده می‌شوند. در ادامه به منظور ارزشیابی سمیت سلولی از روش اندازه‌گیری استرس اکسیداتیو(اندازه‌گیری DCF به منظور تعیینROS )، ارزشیابی بقای سلولی توسط آزمایش MTT assay، اندازه‌گیری میزان آپوپتوزیس، رنگ سنجی برای تعیین سطح گلوتاتیون و همچنین میزان کاهش پتانسیل غشای میتوکندری استفاده می‌شود. داده‌های به دست آمده با استفاده از نرم افزار SPSS نسخه 18 مورد ارزیابی آماری قرار خواهد گرفت که در آن سطح معنی‌داری 0/05>p در نظر گرفته می‌شود.


اطلاعات مجری و همکاران
hide/show

نام و نام‌خانوادگی سمت در طرح نوع همکاری درجه‌تحصیلی پست الکترونیک
منصور رضا زاده آذریمجری اصلیاستاد راهنمای اولدکترای تخصصی پی اچ دیmrazari@sbmu.ac.ir
فریبا خداقلیهمکاراستاد مشاوردکترای تخصصی پی اچ دیkhodagholi@sbmu.ac.ir
جلال پور احمد جکتاجیهمکاراستاد مشاوردکترای تخصصی پی اچ دیj.pourahmadjaktaji@utoronto.ca
یداله محرابیهمکاراستاد مشاوردکترای تخصصی پی اچ دیmehrabi@sbmu.ac.ir
آتنا رفیعی پورمجری فوق لیسانسarp_63@yahoo.com
حبیب الله پیرویمجری دکترای تخصصی پی اچ دیnanomed@sbmu.ac.ir

منابع
hide/show

1. Bourgkard E, Wild P, Courcot B, Diss M, Ettlinger J, Goutet P, et al. Lung cancer mortality and iron oxide exposure in a French steel-producing factory. Occupational and environmental medicine. 2008. 2. Moulin J, Clavel T, Roy D, Dananché B, Marquis N, Févotte J, et al. Risk of lung cancer in workers producing stainless steel and metallic alloys. International archives of occupational and environmental health. 2000;73(3):171-80. 3. Su X, Zhan X, Tang F, Yao J, Wu J. Magnetic nanoparticles in brain disease diagnosis and targeting drug delivery. Current Nanoscience. 2011;7(1):37-46. 4. Tran N, Pareta RA, Taylor E, Webster TJ, editors. Iron oxide nanoparticles: novel drug delivery materials for treating bone diseases. Advanced Materials Research; 2010: Trans Tech Publ. 5. Zanganeh S, Hutter G, Spitler R, Lenkov O, Mahmoudi M, Shaw A, et al. Iron oxide nanoparticles inhibit tumour growth by inducing pro-inflammatory macrophage polarization in tumour tissues. Nature nanotechnology. 2016;11(11):986-94. 6. Ranganathan R, Madanmohan S, Kesavan A, Baskar G, Krishnamoorthy YR, Santosham R, et al. Nanomedicine: towards development of patient-friendly drug-delivery systems for oncological applications. Int J Nanomedicine. 2012;7(1043):e1060. 7. Carrier J, Aghdassi E, Platt I, Cullen J, Allard J. Effect of oral iron supplementation on oxidative stress and colonic inflammation in rats with induced colitis. Alimentary pharmacology & therapeutics. 2001;15(12):1989-99. 8. Salgado P, Melin V, Contreras D, Moreno Y, Mansilla HD. Fenton reaction driven by iron ligands. Journal of the Chilean Chemical Society. 2013;58(4):2096-101. 9. ECETOC (2013) Poorly Soluble Particles; Lung Overload, Technical Report No. 122, European Centre for Ecotoxicology and Toxicology of Chemicals, Brussels, Belgium, December 2013, ISBN 2079-1526-122 (online version). 10. MAK Commission (2011) Deutsche Forschunsgemeinschaft: toxikologisch-arbeitsmedizinische Begründung von MAK-Werten, Eisenoxide (einatembare Fraktion) (Hartwig, A., Ed.) pp 1−62, Wiley-VCH, Weinheim, Germany. 11. Pease C, Rücker T, Birk T. Review of the Evidence from Epidemiology, Toxicology, and Lung Bioavailability on the Carcinogenicity of Inhaled Iron Oxide Particulates. Chemical research in toxicology. 2016;29(3):237-54. 12. Szalay B. Iron oxide nanoparticles and their toxicological effects: in vivo and in vitro studies: szte; 2012. 13. Oberdörster G, Elder A, Rinderknecht A. Nanoparticles and the brain: cause for concern? Journal of nanoscience and nanotechnology. 2009;9(8):4996-5007. 14. Chang J-S, Chang KLB, Hwang D-F, Kong Z-L. In vitro cytotoxicitiy of silica nanoparticles at high concentrations strongly depends on the metabolic activity type of the cell line. Environmental Science & Technology. 2007;41(6):2064-8. 15. Hardman R. A toxicologic review of quantum dots: toxicity depends on physicochemical and environmental factors. Environmental health perspectives. 2006:165-72. 16. Jennifer M, Maciej W. Nanoparticle technology as a double-edged sword: cytotoxic, genotoxic and epigenetic effects on living cells. Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology. 2013;4(1):53. 17. Arora S, Rajwade JM, Paknikar KM. Nanotoxicology and in vitro studies: the need of the hour. Toxicology and applied pharmacology. 2012;258(2):151-65. 18. Wang J, Li N, Zheng L, Wang S, Wang Y, Zhao X, et al. P38-Nrf-2 signaling pathway of oxidative stress in mice caused by nanoparticulate TiO2. Biological trace element research. 2011;140(2):186-97. 19. Fischer HC, Chan WC. Nanotoxicity: the growing need for in vivo study. Current opinion in biotechnology. 2007;18(6):565-71. 20. Nel A, Xia T, Mädler L, Li N. Toxic potential of materials at the nanolevel. science. 2006;311(5761):622-7. 21. Oberdörster G, Oberdörster E, Oberdörster J. Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environ Health Perspect 113: 823–839. 2005. 22. Service RF. US nanotechnology. Health and safety research slated for sizable gains. Science (New York, NY). 2007;315(5814):926. 23. Donaldson K, Stone V, Tran C, Kreyling W, Borm PJ. Nanotoxicology. Occupational and environmental medicine. 2004;61(9):727-8. 24. Hillyer JF, Albrecht RM. Gastrointestinal persorption and tissue distribution of differently sized colloidal gold nanoparticles. Journal of pharmaceutical sciences. 2001;90(12):1927-36. 25. Karlsson HL, Gustafsson J, Cronholm P, Möller L. Size-dependent toxicity of metal oxide particles—a comparison between nano-and micrometer size. Toxicology letters. 2009;188(2):112-8. 26. Royal Society and Royal Academy of Engineering (2014) Nanoscience and Nanotechnologies: Opportunities and Uncertainties. RS-RAE, London. http://www.nanotec.or.uk/final/Report.htm. 27. Lux Research (2008) The Nanotech Report. 4th Edition, Lux, New York, 246 p. 28. Organization for Economic Co-operation and Development, Series on the safety of manufactured nanomaterials, number 6, List of manufactured nanomaterials and list of endpoints for phase one of the OECD testing programme, 2008, accessed on 13 November 2008. www.olis.oecd.org/olis/2008doc.nsf/LinkTo/NT00003282/$FILE/JT03246895.PDF. 29. Karlsson HL, Holgersson Å, Möller L. Mechanisms related to the genotoxicity of particles in the subway and from other sources. Chemical research in toxicology. 2008;21(3):726-31. 30. Hurley J, Cherrie J, Donaldson K, Seaton A, Tran C. Assessment of health effects of long-term occupational exposure to tunnel dust in the London underground: Institute of Occupational Medicine Edinburgh,, Scotland; 2003. 31. Faraji AH, Wipf P. Nanoparticles in cellular drug delivery. Bioorganic & medicinal chemistry. 2009;17(8):2950-62. 32. Cornell RM, Schwertmann U. The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrences and uses: John Wiley & Sons; 2003. 33. Rivas-Sánchez M, Alva-Valdivia L, Arenas-Alatorre J, Urrutia-Fucugauchi J, Perrin M, Goguitchaichvili A, et al. Natural magnetite nanoparticles from an iron-ore deposit: size dependence on magnetic properties. Earth, planets and space. 2009;61(1):151-60. 34. Könczöl M, Weiss A, Stangenberg E, Gminski R, Garcia-Käufer M, Gieré R, et al. Cell-cycle changes and oxidative stress response to magnetite in A549 human lung cells. Chemical research in toxicology. 2013;26(5):693-702. 35. Wang B, Feng W, Zhu M, Wang Y, Wang M, Gu Y, et al. Neurotoxicity of low-dose repeatedly intranasal instillation of nano-and submicron-sized ferric oxide particles in mice. Journal of nanoparticle research. 2009;11(1):41-53. 36. Zhu M-T, Wang B, Wang Y, Yuan L, Wang H-J, Wang M, et al. Endothelial dysfunction and inflammation induced by iron oxide nanoparticle exposure: Risk factors for early atherosclerosis. Toxicology letters. 2011;203(2):162-71. 37. Zhu M-T, Feng W-Y, Wang B, Wang T-C, Gu Y-Q, Wang M, et al. Comparative study of pulmonary responses to nano-and submicron-sized ferric oxide in rats. Toxicology. 2008;247(2):102-11. 38. Gangwal S, Brown JS, Wang A, Houck KA, Dix DJ, Kavlock RJ, et al. Informing selection of nanomaterial concentrations for ToxCast in vitro testing based on occupational exposure potential. Environmental health perspectives. 2011;119(11):1539. 39. Chen M-L, He Y-J, Chen X-W, Wang J-H. Quantum dots conjugated with Fe3O4-filled carbon nanotubes for cancer-targeted imaging and magnetically guided drug delivery. Langmuir. 2012;28(47):16469-76. 40. Saiyed Z, Telang S, Ramchand C. Application of magnetic techniques in the field of drug discovery and biomedicine. BioMagnetic Research and Technology. 2003;1(1):2. 41. Thomsen LB, Linemann T, Pondman KM, Lichota J, Kim KS, Pieters RJ, et al. Uptake and transport of superparamagnetic iron oxide nanoparticles through human brain capillary endothelial cells. ACS chemical neuroscience. 2013;4(10):1352-60. 42. Wilson MW, Kerlan Jr RK, Fidelman NA, Venook AP, LaBerge JM, Koda J, et al. Hepatocellular carcinoma: Regional therapy with a magnetic targeted carrier bound to doxorubicin in a dual MR imaging/conventional angiography suite—initial experience with four patients 1. Radiology. 2004;230(1):287-93. 43. Chen Y, Bose A, Bothun GD. Controlled release from bilayer-decorated magnetoliposomes via electromagnetic heating. ACS nano. 2010;4(6):3215-21. 44. Costigan S. The toxicology of nanoparticles used in health care products. Available at the website of the Medicines and Healthcare products Regulatory Agency, Department of Health, UK Accessed. 2006;20. 45. De Jong WH, Borm PJ. Drug delivery and nanoparticles: applications and hazards. International journal of nanomedicine. 2008;3(2):133. 46. Borm PJ, Müller-Schulte D. Nanoparticles in drug delivery and environmental exposure: same size, same risks? Nanomedicine. 2006;1(2):235-49. 47. Kennedy IM, Wilson D, Barakat AI. Uptake and inflammatory effects of nanoparticles in a human vascular endothelial cell line. Research report (Health Effects Institute). 2009(136):3-32. 48. Lee H-M, Shin D-M, Song H-M, Yuk J-M, Lee Z-W, Lee S-H, et al. Nanoparticles up-regulate tumor necrosis factor-α and CXCL8 via reactive oxygen species and mitogen-activated protein kinase activation. Toxicology and applied pharmacology. 2009;238(2):160-9. 49. Zhang Z, Berg A, Levanon H, Fessenden RW, Meisel D. On the interactions of free radicals with gold nanoparticles. Journal of the American Chemical Society. 2003;125(26):7959-63. 50. Karihtala P, Soini Y, Vaskivuo L, Bloigu R, Puistola U. DNA adduct 8-hydroxydeoxyguanosine, a novel putative marker of prognostic significance in ovarian carcinoma. International Journal of Gynecological Cancer. 2009;19(6):1047-51. 51. Pauluhn J. Retrospective analysis of 4-week inhalation studies in rats with focus on fate and pulmonary toxicity of two nanosized aluminum oxyhydroxides (boehmite) and pigment-grade iron oxide (magnetite): the key metric of dose is particle mass and not particle surface area. Toxicology. 2009;259(3):140-8. 52. Pauluhn J. Subchronic inhalation toxicity of iron oxide (magnetite, Fe3O4) in rats: pulmonary toxicity is determined by the particle kinetics typical of poorly soluble particles. Journal of Applied Toxicology. 2012;32(7):488-504. 53. Khan MI, Mohammad A, Patil G, Naqvi S, Chauhan L, Ahmad I. Induction of ROS, mitochondrial damage and autophagy in lung epithelial cancer cells by iron oxide nanoparticles. Biomaterials. 2012;33(5):1477-88. 54. Zhu M-T, Wang Y, Feng W-Y, Wang B, Wang M, Ouyang H, et al. Oxidative stress and apoptosis induced by iron oxide nanoparticles in cultured human umbilical endothelial cells. Journal of nanoscience and nanotechnology. 2010;10(12):8584-90. 55. Singh N, Jenkins GJ, Asadi R, Doak SH. Potential toxicity of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION). Nano Reviews & Experiments. 2010;1. 56. Watanabe M, Yoneda M, Morohashi A, Hori Y, Okamoto D, Sato A, et al. Effects of Fe3O4 magnetic nanoparticles on A549 cells. International journal of molecular sciences. 2013;14(8):15546-60. 57. Ahamed M, A Alhadlaq H, Alam J, Khan M, Ali D, Alarafi S. Iron oxide nanoparticle-induced oxidative stress and genotoxicity in human skin epithelial and lung epithelial cell lines. Current pharmaceutical design. 2013;19(37):6681-90. 58. Di Pasqua AJ, Sharma KK, Shi Y-L, Toms BB, Ouellette W, Dabrowiak JC, et al. Cytotoxicity of mesoporous silica nanomaterials. Journal of inorganic biochemistry. 2008;102(7):1416-23. 59. Mothersill C, Austin B. In vitro methods in aquatic Ecotoxicology: Springer Science & Business Media; 2003. 60. ACGIH T, editor and BEIs® Substances and Agents Listing. American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH)[Accessed May 28 2015] Available from http://www acgih org/tlv-bei-guidelines/documentation-publications-and-data/under-study-list/chemical-substances-and-other-issues-under-study-tlv; 2015. 61. Lövestam G, Rauscher H, Roebben G, Klüttgen BS, Gibson N, Putaud J-P, et al. Considerations on a definition of nanomaterial for regulatory purposes. Joint Research Centre (JRC) Reference Reports. 2010:80004-1. 62. Shang L, Nienhaus K, Nienhaus GU. Engineered nanoparticles interacting with cells: size matters. Journal of nanobiotechnology. 2014;12(1):1. 63. Yiyi Y, Jianwen L, Mingcang C, Lijuan S, Minbo L. In vitro toxicity of silica nanoparticles in myocardial cells. Environ Toxicol Pharmacol. 2010;29(2):131-7 64. Yongbo Y, Junchao D, Yang L, Yang Y, Minghua J, L.c. C, et al. Combined toxicity of amorphous silica nanoparticles and methylmercury to human lung epithelial cells. Ecotoxicology and Environmental Safety 2015;112:144–52. 65. Perry SW, Norman JP, Barbieri J, Brown EB, Gelbard HA. Mitochondrial membrane potential probes and the proton gradient: a practical usage guide. Biotechniques. 2011;50(2):98. 66. Andersson B, Aw T, Jones DP. Mitochondrial transmembrane potential and pH gradient during anoxia. American Journal of Physiology-Cell Physiology. 1987;252(4):C349-C55. 67. Hissin PJ, Hilf R. A fluorometric method for determination of oxidized and reduced glutathione in tissues. Analytical biochemistry. 1976;74(1):214-26. 68. Mohseni M, Gilani K, Mortazavi SA. Preparation and characterization of rifampin loaded mesoporous silica nanoparticles as a potential system for pulmonary drug delivery. Iranian Journal of Pharmaceutical Research. 2015;14(1):27-34. 69. Stefaniak AB, Hoover MD, Dickerson RM, Day GA, Breysse PN, Scripsick RC. Differences in estimates of size distribution of beryllium powder materials using phase contrast microscopy, scanning electron microscopy, and liquid suspension counter techniques. Particle and fibre toxicology. 2007;4(1):3. 70. Sun L, Li Y, Liu X, Jin M, Zhang L, Du Z, et al. Cytotoxicity and mitochondrial damage caused by silica nanoparticles. Toxicology in vitro. 2011;25(8):1619-29. 71. Maurya DK, Nandakumar N, Devasagayam TPA. Anticancer property of gallic acid in A549, a human lung adenocarcinoma cell line, and possible mechanisms. Journal of clinical biochemistry and nutrition. 2010;48(1):85-90. 72. Villena J, Madrid A, Montenegro I, Werner E, Cuellar M, Espinoza L. Diterpenylhydroquinones from natural ent-labdanes induce apoptosis through decreased mitochondrial membrane potential. Molecules. 2013;18(5):5348-59. 73. Niosh. General Safe Practices for Working with Engineered Nanomaterials in Research Laboratories: DEPARTMENT OF HEALTH AND HUMAN SERVICES Centers for Disease Control and Prevention National Institute for Occupational Safety and Health; 2012. Available from: http://www.cdc.gov/niosh/docs/2012-147.