تعیین سمیت برون‌تنی نانوذرات و میکروذرات دی‌اکسید سیلیسیوم بر رده سلولی(A549) ریه انسانی

Determination of in vitro toxicity of nano and micro particles of Silicon Dioxide for human lung cell line (A549)


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

کلمات کلیدی: سمیت، برون‌تنی، نانوذرات، میکروذرات، دی‌اکسید سیلیسیوم

اطلاعات کلی طرح
hide/show

کد طرح 11975
عنوان فارسی طرح تعیین سمیت برون‌تنی نانوذرات و میکروذرات دی‌اکسید سیلیسیوم بر رده سلولی(A549) ریه انسانی
عنوان لاتین طرح Determination of in vitro toxicity of nano and micro particles of Silicon Dioxide for human lung cell line (A549)
کلمات کلیدی سمیت، برون‌تنی، نانوذرات، میکروذرات، دی‌اکسید سیلیسیوم
نوع طرح بنیادی
نوع مطالعه مطالعه تجربی
مدت اجراء - روز 600
ضرورت انجام تحقیق 1- با پیشرفت روز افزون اطلاعات در زمینه وجود میکروذرات و نانوذرات در محیط پیرامون و نیز نگرانی در زمینه اثرات زیانبار بالقوه آنها در کنار فوایدشان که اخیراً مورد توجّه بسیاری از صاحب نظران علمی قرار گرفته است و نیز کمبود اطلاعات در زمینه مقایسه اثرات ذرات در اندازه‌های میکرونی(10-1 میکرون) با ابعاد نانومتریک آنها(10-100نانومتر) لزوم اهمیت تحقیقات گسترده در زمینه بررسی پیامدهای بهداشتی مواجهه با نانوذرات پر رنگ‌تر می‌شود. 2- سیلیسیوم از ترکیبات رایج پوسته زمین است که مواجهه با آن در مشاغل گوناگونی مانند حفاری، معدنکاری و ... در مقادیر بالاتر از حدود مجاز شغلی رخ می‌دهد و مطالعه بر روی عوارض بهداشتی آن یکی از اولویت‌های مطرح شده از سوی سازمان بین المللی کار می‌باشد. از طرفی مواجهه با ترکیبات سیلیسیوم در اغلب مطالعات به عنوان یک عامل سرطانزای قطعی انسانی شناخته شده است. اگرچه در خصوص تأثیر اندازه‌های مختلف آن بر بروز سمیت سلولی اختلاف نظرهایی وجود دارد که نیاز به مطالعات بیشتر را نشان می‌دهد. 3- بر اساس مطالعات اپیدمیولوژیک صورت گرفته در جامعه معدنکاران، 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. 4- با در نظر گرفتن محدودیت مطالعات در مورد اثرات نانوذرات و داشتن آزادی عمل بیشتر در امر تحقیق، انجام مطالعات برون‌تنی بر روی سلول‌های انسانی بجای درون‌تنی بر روی موجودات آزمایشگاهی در این برهه ارجحیت داده می‌شود.
هدف کلی تعیین سمیت برون‌تنی نانوذرات و میکروذرات دی‌اکسید سیلیسیوم بر رده سلولی A549 ریه انسانی
خلاصه روش کار میکروذرات دی‌اکسید سیلیسیوم در اندازه 0/2-0/8 میلی‌متر از شرکت آلمانی Merck خریداری می‌شود و با استفاده از دستگاه Ball Mill موجود در سازمان انرژی اتمی به اندازه نانومتریک(کوچکتر از 100 نانومتر) و میکرونی(1-10 میکرومتر) مورد بررسی در مطالعه حاضر تبدیل می‌شود. ماهیت ساختاری میکرو و نانوذرات خریداری شده با استفاده از دستگاه تفرق اشعه ایکس و یا دستگاه ICP-MS مورد تأیید قرار می‌گیرد. مشخصات فیزیکی میکرو و نانوذرات تهیّه شده به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ فاز کنتراست و تصویربردای به شیوهTEM و یاFSEM 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 سلولهای ریه در مواجهه با سه غلظت و دو بازه زمانی از نانو و میکروذرات دی‌اکسید سیلیسیوم 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. همچنین از مدل ریاضی رگرسیون چند متغیره به منظور تبیین مدل های ریاضی پیش بینی کننده استفاده می‌شود.

اطلاعات مجری و همکاران
hide/show

نام و نام‌خانوادگی سمت در طرح نوع همکاری درجه‌تحصیلی پست الکترونیک
منصور رضا زاده آذریمجری اصلی دکترای تخصصی پی اچ دیmrazari@sbmu.ac.ir
آتنا رفیعی پورمجری فوق لیسانسarp_63@yahoo.com
یداله محرابیهمکار دکترای تخصصی پی اچ دیmehrabi@sbmu.ac.ir
جلال پور احمد جکتاجیهمکار دکترای تخصصی پی اچ دیj.pourahmadjaktaji@utoronto.ca
فریبا خداقلیهمکار دکترای تخصصی پی اچ دیkhodagholi@sbmu.ac.ir

منابع
hide/show

1. Dahmann D, Taeger D, Kappler M, Büchte S, Morfeld P, Brüning T, et al. Assessment of exposure in epidemiological studies: the example of silica dust. Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology. 2008;18(5):452-61. 2. Driscoll T, Nelson DI, Steenland K, Leigh J, Concha‐Barrientos M, Fingerhut M, et al. The global burden of disease due to occupational carcinogens. American journal of industrial medicine. 2005;48(6):419-31. 3. Wilke R, Salisbury S, Abdel-Rahman E, Brazy P. Lupus-like autoimmune disease associated with silicosis. Nephrology Dialysis Transplantation. 1996;11(9):1835-8. 4. Greenberg MI, Waksman J, Curtis J. Silicosis: a review. Disease-a-Month. 2007;53(8):394-416. 5. Santos C, Norte A, Fradinho F, Catarino A, Ferreira AJ, Loureiro M, et al. Silicosis–brief review and experience of a pulmonology ward. Revista Portuguesa de Pneumologia (English Edition). 2010;16(1):99-115. 6. Leung CC, Yu ITS, Chen W. Silicosis. The Lancet. 2012;379(9830):2008-18. 7. Dostert C, Pétrilli V, Van Bruggen R, Steele C, Mossman BT, Tschopp J. Innate immune activation through Nalp3 inflammasome sensing of asbestos and silica. Science. 2008;320(5876):674-7. 8. Beamer CA, Migliaccio CT, Jessop F, Trapkus M, Yuan D, Holian A. Innate immune processes are sufficient for driving silicosis in mice. Journal of leukocyte biology. 2010;88(3):547-57. 9. Beckett W, Abraham J, Becklake M, Christiani D, Cowie R, Davis G, et al. Adverse effects of crystalline silica exposure. AMER LUNG ASSOC 1740 BROADWAY, NEW YORK, NY 10019; 1997. 10. Basu S, Stuckler D, Gonsalves G, Lurie M. The production of consumption: addressing the impact of mineral mining on tuberculosis in southern Africa. Globalization and health. 2009;5(1):1. 11. Nagelschmidt G. The relation between lung dust and lung pathology in pneumoconiosis. British journal of industrial medicine. 1960;17(4):247-59. 12. Harrison J, Chen JQ, Miller W, Chen W, Hnizdo E, Lu J, et al. Risk of silicosis in cohorts of Chinese tin and tungsten miners and pottery workers (II): Workplace‐specific silica particle surface composition. American Journal of industrial medicine. 2005;48(1):10-5. 13. Al Mallakh R, el Mallakh R. Saudi Arabia: Rush to Development (RLE Economy of Middle East): Profile of an Energy Economy and Investment: Routledge; 2015. 14. Szalay B. Iron oxide nanoparticles and their toxicological effects: in vivo and in vitro studies: szte; 2012. 15. Oberdörster G, Elder A, Rinderknecht A. Nanoparticles and the brain: cause for concern? Journal of nanoscience and nanotechnology. 2009;9(8):4996-5007. 16. 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. 17. Hardman R. A toxicologic review of quantum dots: toxicity depends on physicochemical and environmental factors. Environmental health perspectives. 2006:165-72. 18. 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. 19. 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. 20. 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. 21. Fischer HC, Chan WC. Nanotoxicity: the growing need for in vivo study. Current opinion in biotechnology. 2007;18(6):565-71. 22. Nel A, Xia T, Mädler L, Li N. Toxic potential of materials at the nanolevel. science. 2006;311(5761):622-7. 23. Oberdörster G, Oberdörster E, Oberdörster J. Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environ Health Perspect 113: 823–839. 2005. 24. Service RF. US nanotechnology. Health and safety research slated for sizable gains. Science (New York, NY). 2007;315(5814):926. 25. Donaldson K, Stone V, Tran C, Kreyling W, Borm PJ. Nanotoxicology. Occupational and environmental medicine. 2004;61(9):727-8. 26. Hillyer JF, Albrecht RM. Gastrointestinal persorption and tissue distribution of differently sized colloidal gold nanoparticles. Journal of pharmaceutical sciences. 2001;90(12):1927-36. 27. 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. 28. 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. 29. Lux Research (2008) The Nanotech Report. 4th Edition, Lux, New York, 246 p. 30. 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. 31. Kim JS, Yoon T-J, Yu KN, Kim BG, Park SJ, Kim HW, et al. Toxicity and tissue distribution of magnetic nanoparticles in mice. Toxicological Sciences. 2006;89(1):338-47. 32. Nemmar A, Hoet PM, Vanquickenborne B, Dinsdale D, Thomeer M, Hoylaerts M, et al. Passage of inhaled particles into the blood circulation in humans. Circulation. 2002;105(4):411-4. 33. Nemmar A, Vanbilloen H, Hoylaerts M, Hoet P, Verbruggen A, Nemery B. Passage of intratracheally instilled ultrafine particles from the lung into the systemic circulation in hamster. American journal of respiratory and critical care medicine. 2001;164(9):1665-8. 34. Takenaka S, Karg E, Roth C, Schulz H, Ziesenis A, Heinzmann U, et al. Pulmonary and systemic distribution of inhaled ultrafine silver particles in rats. Environmental health perspectives. 2001;109(Suppl 4):547. 35. Cho W-S, Choi M, Han BS, Cho M, Oh J, Park K, et al. Inflammatory mediators induced by intratracheal instillation of ultrafine amorphous silica particles. Toxicology letters. 2007;175(1):24-33. 36. Cao Q, Zhang S, Dong C, Song W. Pulmonary responses to fine particles: differences between the spontaneously hypertensive rats and wistar kyoto rats. Toxicology letters. 2007;171(3):126-37. 37. Nishimori H, Kondoh M, Isoda K, Tsunoda S-i, Tsutsumi Y, Yagi K. Silica nanoparticles as hepatotoxicants. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 2009;72(3):496-501. 38. Liu T, Li L, Fu C, Liu H, Chen D, Tang F. Pathological mechanisms of liver injury caused by continuous intraperitoneal injection of silica nanoparticles. Biomaterials. 2012;33(7):2399-407. 39. Wu J, Wang C, Sun J, Xue Y. Neurotoxicity of silica nanoparticles: brain localization and dopaminergic neurons damage pathways. ACS nano. 2011;5(6):4476-89. 40. Choi J, Zheng Q, Katz HE, Guilarte TR. Silica-based nanoparticle uptake and cellular response by primary microglia. Environmental health perspectives. 2010;118(5):589. 41. Parveen A, Rizvi S, Gupta A, Singh R, Ahmad I, Mahdi F, et al. NMR-based metabonomics study of sub-acute hepatotoxicity induced by silica nanoparticles in rats after intranasal exposure. Cell Mol Biol. 2012;58(1):196-203. 42. Weeks JL, Rose C. Metal and non‐metal miners' exposure to crystalline silica, 1998–2002. American journal of industrial medicine. 2006;49(7):523-34. 43. Gholami A, Fani MJ, Sadeghi N. Occupational exposure determination of silica dust in an iron-stone ore and comparison with standard. International Journal of collaborative Research on Medicine and Public Health. 2012;4(6):1141-9. 44. Golbabaei F, Barghi M-A, Sakhaei M. Evaluation of workers' exposure to total, respirable and silica dust and the related health symptoms in Senjedak stone quarry, Iran. Industrial health. 2004;42(1):29-33. 45. Dehdashti A, Malek F. Exposure of silica dust and it’s pulmonary effects among the Semnan ferrosilica workers. J Kumesh. 2000;2. 46. Madungwe E, Mukonzvi T. Assessment of Distribution and Composition of Quarry Mine Dust: Case of Pomona Stone Quarries, Harare. 2012. 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. He Q, Zhang Z, Gao Y, Shi J, Li Y. Intracellular Localization and Cytotoxicity of Spherical Mesoporous Silica Nano‐and Microparticles. Small. 2009;5(23):2722-9. 52. Napierska D, Thomassen LC, Rabolli V, Lison D, Gonzalez L, Kirsch‐Volders M, et al. Size‐Dependent Cytotoxicity of Monodisperse Silica Nanoparticles in Human Endothelial Cells. Small. 2009;5(7):846-53. 53. Zhang Z, Shen H-M, Zhang Q-F, Ong C-N. Involvement of oxidative stress in crystalline silica-induced cytotoxicity and genotoxicity in rat alveolar macrophages. Environmental research. 2000;82(3):245-52. 54. Lin W, Huang Y-w, Zhou X-D, Ma Y. In vitro toxicity of silica nanoparticles in human lung cancer cells. Toxicology and applied pharmacology. 2006;217(3):252-9. 55. McCarthy J, Inkielewicz-Stępniak I, Corbalan JJ, Radomski MW. Mechanisms of toxicity of amorphous silica nanoparticles on human lung submucosal cells in vitro: protective effects of fisetin. Chemical research in toxicology. 2012;25(10):2227-35. 56. Duan J, Yu Y, Li Y, Yu Y, Li Y, Zhou X, et al. Toxic effect of silica nanoparticles on endothelial cells through DNA damage response via Chk1-dependent G2/M checkpoint. PloS one. 2013;8(4):e62087. 57. Chen Y, Chen J, Dong J, Jin Y. Comparing study of the effect of nanosized silicon dioxide and microsized silicon dioxide on fibrogenesis in rats. Toxicology and industrial health. 2004;20(1-5):21-7. 58. Park E-J, Park K. Oxidative stress and pro-inflammatory responses induced by silica nanoparticles in vivo and in vitro. Toxicology letters. 2009;184(1):18-25. 59. 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. 60. 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. 61. Guo B, Zebda R, Drake SJ, Sayes CM. Synergistic effect of co-exposure to carbon black and Fe 2 O 3 nanoparticles on oxidative stress in cultured lung epithelial cells. Particle and Fibre Toxicology. 2009;6(1):1. 62. Guo M, Xu X, Yan X, Wang S, Gao S, Zhu S. In vivo biodistribution and synergistic toxicity of silica nanoparticles and cadmium chloride in mice. Journal of hazardous materials. 2013;260:780-8. 63. 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. 64. Elmore S. Apoptosis: a review of programmed cell death. Toxicologic pathology. 2007;35(4):495-516. 65. Santaguida S, Amon A. Short-and long-term effects of chromosome mis-segregation and aneuploidy. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2015;16(8):473-85. 66. Brown T. Regulation of Genome Activity. Genomes 2ed: Willey-Liss; 2002. 67. Glick D, Barth S, Macleod KF. Autophagy: cellular and molecular mechanisms. The Journal of pathology. 2010;221(1):3-12. 68. 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. 69. Umang S. Importance of Genotoxicity & S2A guidelines for genotoxicity testing for pharmaceuticals. Iosr Journal Of Pharmacy And Biological Sciences. 2012;1(2):43-54. 70. Mothersill C, Austin B. In vitro methods in aquatic Ecotoxicology: Springer Science & Business Media; 2003. 71. Thust R, Kneist S, Mendel J. Patulin, a further clastogenic mycotoxin, is negative in the SCE assay in Chinese hamster V79-E cells in vitro. Mutation Research Letters. 1982;103(1):91-7. 72. Heddle JA. Mutagenicity: new horizons in genetic toxicology: Elsevier; 2013. 73. Skulachev VP. Programmed death phenomena: from organelle to organism. Annals of the New York Academy of Sciences. 2002;959(1):214-37. 74. 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. 75. 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. 76. Shang L, Nienhaus K, Nienhaus GU. Engineered nanoparticles interacting with cells: size matters. Journal of nanobiotechnology. 2014;12(1):1. 77. 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 78. 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. 79. 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. 80. Hissin PJ, Hilf R. A fluorometric method for determination of oxidized and reduced glutathione in tissues. Analytical biochemistry. 1976;74(1):214-26. 81. 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. 82. 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. 83. 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. 84. 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.