Оценка потенциальной опасности наночастиц оксида молибдена (VI) для здоровья человека

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Расширяющийся спектр применения наночастиц оксида молибдена (VI) (НЧ МоО3) увеличивает риск развития патологических нарушений здоровья экспонированного населения, обусловленных негативными эффектами действия данного наноматериала. Необходима оценка потенциальной опасности НЧ МоО3 для здоровья человека.

Целью данного исследования является определение степени потенциальной опасности наночастиц МоО3 для здоровья человека.

Материал и методы. Потенциальную опасность НЧ МоО3 оценивали в соответствии с МР 1.2.2522-09. Сравнительная оценка физических параметров частиц нано- и микропорошка МоО3 (Sigma-Aldrich, США) — размер, удельная площадь поверхности, общий объём пор, форма — проведена по результатам собственных экспериментальных исследований. Обобщение информации о физико-химических, молекулярно-биологических, цитологических, физиологических и экологических свойствах выполнено по данным, представленным в научной литературе. На основании прогнозно-аналитического моделирования свойств НЧ МоО3 рассчитан коэффициент потенциальной опасности (D) и коэффициент неполноты оценки данных (U).

Результаты. Нанопорошок на 84,17% состоит из сферических частиц размером <100 нм, средний диаметр которых — 58,80 нм, удельная площадь поверхности — 3,66 м2/г, суммарный объём пор — 0,0133 см3/г. Микропорошок состоит из призматических частиц, размер которых в сравнении с НЧ МоО3 в 57,99 раза больше, а удельная площадь поверхности и суммарный объём пор — в 1,17 и 1,18 раза меньше соответственно. НЧ МоО3 усиливают генерацию внутриклеточных свободных радикалов, накапливаются в клетках, повреждают мембраны органоидов, вызывают разрывы нитей ДНК, влияют на экспрессию генов и протеомный профиль, что приводит к гибели клеток. Токсические эффекты НЧ МоО3 in vivo проявляются в патоморфологических изменениях тканей печени, органов репродуктивной системы, в изменении показателей крови, также отмечаются гибель экспонированных животных и отдалённые эффекты. Установлено, что НЧ МоО3 обладают средней степенью потенциальной опасности для здоровья человека (D=1,750), выполненная оценка статистически значима (U=0,147).

Заключение. Полученные результаты целесообразно учитывать при совершенствовании методологии гигиенического нормирования наноматериалов в объектах окружающей среды и разработке мер профилактики для работников и населения, подвергающихся воздействию НЧ МоО3.

Об авторах

Марина Александровна Землянова

Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения; Пермский государственный национальный исследовательский университет; Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: zem@fcrisk.ru
ORCID iD: 0000-0002-8013-9613
SPIN-код: 4308-0295
Scopus Author ID: 88831516000

д.м.н., профессор

Россия, Пермь; Пермь; Пермь

Нина Владимировна Зайцева

Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения

Email: znv@fcrisk.ru
ORCID iD: 0000-0003-2356-1145
SPIN-код: 7036-3511
Scopus Author ID: 7101903269

д.м.н., профессор, академик РАН

Россия, Пермь

Марк Сергеевич Степанков

Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения

Email: stepankov@fcrisk.ru
ORCID iD: 0000-0002-7226-7682
SPIN-код: 4404-5953
Scopus Author ID: 57191591034

младший научный сотрудник

Россия, Пермь

Анна Михайловна Игнатова

Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения; Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук

Email: iampstu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9075-3257
SPIN-код: 7690-7783
Scopus Author ID: 52263896100

д.т.н.

Россия, Пермь; Пермь

Список литературы

  1. Global nanomaterials market (2021 to 2029) — featuring BASF, Bayer and Chasm Technologies among others // Research and markets. 2021. Режим доступа: https://www.globenewswire.com/news-release/2021/05/18/2231307/28124/en/Global-Nanomaterials-Market-2021-to-2029-Featuring-BASF-Bayer-and-Chasm-Technologies-Among-Others.html. Дата обращения: 05.04.2022.
  2. 2021 Nanotechnology market — size, share, COVID impact analysis and forecast to 2027 // Research and markets. 2021. Режим доступа: https://www.researchandmarkets.com/reports/5308793/2021-nanotechnology-market-size-share-covid. Дата обращения: 05.04.2022.
  3. Shafiq M., Anjum S., Hano C., et al. An overview of the applications of nanomaterials and nanodevices in the food industry // Foods. 2020. Vol. 9, N 2. P. 148. doi: 10.3390/foods9020148
  4. Piracha S., Saleem S., Momil, et al. Nanoparticle: role in chemical industries, potential sources and chemical catalysis applications // Scholars International Journal of Chemistry Material Sciences. 2021. Vol. 4, N 4. P. 40–45. doi: 10.36348/sijcms.2021.v04i04.006
  5. Borodianskiy K., Zinigrad M. Nanomaterials applications in modern metallurgical processes // Diffusion Foundations. 2016. V. 9. P. 30–41. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/DF.9.30' target='_blank'>www.scientific.net/DF.9.30
  6. Salata O.V. Applications of nanoparticles in biology and medicine // J Nanobiotechnology. 2004. Vol. 2, N 1. P. 3. doi: 10.1186/1477-3155-2-3
  7. Neme K., Nafady A., Uddin S., Tola Y.B. Application of nanotechnology in agriculture, postharvest loss reduction and food processing: food security implication and challenges // Heliyon. 2021. Vol. 7, N 12. P. e08539. doi: 10.1016/j.heliyon.2021.e08539
  8. Xie G., Bai H., Miao G., et al. The applications of ultra-thin nanofilm for aerospace advanced manufacturing technology // Nanomaterials (Basel). 2021. Vol. 11, N 12. P. 3282. doi: 10.3390/nano11123282
  9. Fu L., Liao K., Tang B., et al. Applications of graphene and Its derivatives in the upstream oil and gas industry: a systematic review // Nanomaterials (Basel). 2020. Vol. 10, N 6. P. 1013. doi: 10.3390/nano10061013
  10. Shafique M., Luo X. Nanotechnology in transportation vehicles: an overview of its applications, environmental, health and safety concerns // Materials (Basel). 2019. Vol. 12, N 15. P. 2493. doi: 10.3390/ma12152493
  11. Sonwani S., Madaan S., Arora J., et al. Inhalation exposure to atmospheric nanoparticles and its associated impacts on human health: a review // Front Sustain Cities. 2021. Vol. 3. P. 1–20. doi: 10.32493389/frsc.2021.690444
  12. Bundshuh M., Filser J., Lüderwald S., et al. Nanoparticles in the environment: where do we come from, where do we go to? // Environ Sci Eur. 2018. Vol. 30, N 1. P. 6. doi: 10.1186/s12302-018-0132-6
  13. Dror I., Yaron B., Berkowitz B. Abiotic soil changes induced by engineered nanomaterials: a critical review // J Contam Hydrol. 2015. Vol. 181. P. 3–16. doi: 10.1016/j.jconhyd.2015.04.004
  14. Hewitt R.E., Chappel H.F., Powell J.J. Small and dangerous? Potential toxicity mechanisms of common exposure particles and nanoparticles // Curr Opin Toxicol. 2020. Vol. 19. P. 93–98. doi: 10.1016/j.cotox.2020.01.006
  15. Sukhanova A., Bozrova S., Sokolov P., et al. Dependence of nanoparticle toxicity on their physical and chemical properties // Nanoscale Res Lett. 2018. Vol. 13, N 1. P. 44. doi: 10.1186/s11671-018-2457-x
  16. Yah C.S., Simate G.S., Iyuke S.E. Nanoparticles toxicity and their routes of exposures // Pak J Pharm Sci. 2012. Vol. 25, N 2. P. 477–491.
  17. Molybdenum trioxide nanopowder market: global industry analysis, size, share, growth, trends, and forecasts 2020–2030 // Transparency Market Research. Доступ по ссылке: https://www.transparencymarketresearch.com/molybdenum-trioxide-nanopowder-market.html. Дата обращения: 05.04.2022.
  18. Паренаго О.П., Бакунин В.Н., Кузьмина Г.Н., и др. Наночастицы сульфидов молибдена — новый класс добавок к углеводородным смазочным материалам // Доклады Академии наук. Химия, науки о материалах. 2002. Т. 383, № 1. P. 84–86.
  19. Sobańska Z., Zapór L., Szparaga M., Stępnik M. Biological effects of molybdenum compounds in nanosized forms under in vitro and in vivo conditions // Int J Occup Med Environ Health. 2020. Vol. 33, N 1. P. 1–19. doi: 10.13075/ijomeh.1896.01411
  20. Lee S.H., Kim Y.H., Deshpande R., et al. Reversible lithium-ion insertion in molybdenum oxide nanoparticles // Advanced Materials. 2008. V. 20, N 19. P. 3627–3632. doi: 10.1002/adma.200800999
  21. https://www.sigmaaldrich.com/ [Internet]. Molybdenum (VI) oxide. Sigma-Aldrich. Доступ по ссылке: https://www.sigmaaldrich.com/RU/en/product/aldrich/775703.
  22. Peña-Bahamonde J., Wu C., Fanourakis S.K., et al. Oxidation state of Mo affects dissolution and visible-light photocatalytic activity of MoO3 nanostructures // Journal of Catalysis. 2020. Vol. 381. P. 508–519. doi: 10.1016/j.jcat.2019.11.035
  23. Kolawole F.O., Ramirez M.A., Kolawole S.K., et al. Deposition and characterization of molybdenum oxide (MoO3) nanoparticles incorporated diamond-like carbon coating using pulsed-DC PECVD // Materials Letters. 2020. Vol. 278. P. 128420. doi: 10.1016/j.matlet.2020.128420
  24. Kouchesfehani H.M., Mohamadi M.M., Sohrabi D. The effect of the molybdenum trioxide (MoO3) nanoparticles on histological changes of testis and spermatogenesis process in adult male Wistar rats // J Arak Uni Med Sci. 2015. Vol. 17, N 12. P. 64–74.
  25. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов V–VII групп / под ред. В.А. Филова. Ленинград : Химия, 1989. 593 с.
  26. Сизова Е.А., Мирошников С.А., Калашников В.В. Цитоморфологические и биохимические показатели крыс линии Wistar под влиянием молибденсодержащих наночастиц // Сельскохозяйственная биология. 2016. Т. 51, № 6. С. 929–936. doi: 10.15389/agrobiology.2016.6.929rus
  27. Kapp Jr.R.W. Molybdenum. In: Wexler P., editor. Encyclopedia of toxicology. 3rd edition. Elsevier Inc., 2014. P. 383–388.
  28. Lebedev S., Yausheva E., Galaktionova L., Sizova E. Impact of molybdenum nanoparticles on survival, activity of enzymes, and chemical elements in Eisenia fetida using test on artificial substrata // Environ Sci Pollut Res Int. 2016. Vol. 23, N 18. P. 18099–18110. doi: 10.1007/s11356-016-6916-6
  29. Messer R.L., Lucas L.C. Localization of metallic ions with gingival fibroblast subcellular fractions // J Biomed Mater Res. 2002. Vol. 59, N 3. P. 466–472. doi: 10.1002/jbm.1262
  30. Indrakumar J., Korrapati P.S. Steering efficacy of nano molybdenum towards cancer: mechanism of action // Biol Trace Elem Res. 2020. Vol. 194, N 1. P. 121–134. doi: 10.1007/s12011-019-01742-2
  31. Božinović K., Nestić D., Centra U.G., et al. In-vitro toxicity of molybdenum trioxide nanoparticles on human keratinocytes // Toxicology. 2020. Vol. 444. P. 152564. doi: 10.1016/j.tox.2020.152564
  32. Anh Tran T., Krishnamoorthy K., Song Y.W., et al. Toxicity of nano molybdenum trioxide toward invasive breast cancer cells // ACS Appl Mater Interfaces. 2014. Vol. 6, N 4. P. 2980–2986. doi: 10.1021/am405586d
  33. Braydich-Stolle L., Hussain S., Schlager J.J., Hofmann M.C. In vitro cytotoxicity of nanoparticles in mammalian germline stem cells // Toxicol Sci. 2005. Vol. 88, N 2. P. 412–419. doi: 10.1093/toxsci/kfi256
  34. Fakhri A., Nejad P.A. Antimicrobial, antioxidant and cytotoxic effect of Molybdenum trioxide nanoparticles and application of this for degradation of ketamine under different light illumination // J Photochem Photobiol B. 2016. Vol. 159. P. 211–217. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2016.04.002
  35. Hussain S.M., Hess K.L., Gearhart J.M., et al. In vitro toxicity of nanoparticles in BRL 3A rat liver cells // Toxicol In Vitro. 2005. Vol. 19, N 7. P. 975–983. doi: 10.1016/j.tiv.2005.06.034
  36. Masjedi-Arani M., Amiri M., Amiri O., et al. Glioma cells eradication by photoexcitation of bioengineered molybdenum trioxide nanoparticles synthesized by wet chemical and microwave route: dose dependent photosensitizer bioactivity // Int J Pharm. 2020. Vol. 591. P. 120021. doi: 10.1016/j.ijpharm.2020.120021
  37. Bao T., Yin W., Zheng X., et al. One-pot synthesis of PEGylated plasmonic MoO(3-x) hollow nanospheres for photoacoustic imaging guided chemo-photothermal combinational therapy of cancer // Biomaterials. 2016. Vol. 76. P. 11–24. doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.10.048
  38. Fazelipour S., Assadi F., Tootian Z., et al. Effect of molybdenum trioxide nanoparticles on histological changes of uterus and biochemical parameters of blood serum in rat // Comp Clin Pathol. 2020. Vol. 29. P. 991–999 doi: 10.1007/s00580-020-03137-5
  39. Asadi F., Fazelipour S., Abbasi R.H., et al. Assessment of ovarian follicles and serum reproductive hormones in molybdenum trioxide nanoparticles treated rats // Int J Morphol. 2017. Vol. 35, N 4. P. 1473–1481.
  40. Степанков М.С. Исследование и оценка показателей крови крыс при многократной пероральной экспозиции наночастицами оксида молибдена (VI) // Материалы Всероссийской научно-практической интернет-конференции молодых учёных и специалистов Роспотребнадзора «Фундаментальные и прикладные аспекты анализа риска здоровью населения», Октябрь 11–15, 2021; Пермь. С. 218–223.
  41. Baumerte A., Sakale G., Zavickis J., et al. Comparison of effects on crustaceans: carbon nanoparticles and molybdenum compounds nanowires // J Phys: Conf Ser. 2013. Vol. 429. P. 012041.
  42. Степанков М.С. Изучение острой токсичности и кумулятивных свойств наночастиц оксида молибдена (VI) при пероральном воздействии // Материалы Всероссийской научно-практической интернет-конференции молодых учёных и специалистов Роспотребнадзора «Фундаментальные и прикладные аспекты анализа риска здоровью населения». Октябрь 11–15, 2021; Пермь. С. 215–218.
  43. https://monographs.iarc.who.int/ [Internet]. List of classifications. International agency for research on cancer [дата обращения: 15.09.2021]. Доступ по ссылке: https://monographs.iarc.who.int/list-of-classifications.
  44. Zuo Y., Xiang B., Yang J. et al. Oxidative modification of caspase-9 facilitates its activation via disulfide-mediated interaction with Apaf-1 // Cell Res. 2009. Vol. 19, N 4. P. 449–457. doi: 10.1038/cr.2009.19
  45. Li D., Ueta E., Kimura T., et al. Reactive oxygen species (ROS) control the expression of Bcl-2 family proteins by regulating their phosphorylation and ubiquitination // Cancer Sci. 2004. Vol. 95, N 8. P. 644–650. doi: 10.1111/j.1349-7006.2004.tb03323.x
  46. Малова И.Ю. Общее учение о дистрофиях : учебно-методическое пособие для студентов медицинских вузов, ординаторов и врачей. Майкоп, 2014. 108 с. Майкоп : МГТУ, 2014. 60 с.
  47. Hautekeete M.L., Degott C., Benhamou J.P. Microvesicular steatosis of the liver // Acta Clin Belg. 1990. Vol. 45, N 5. P. 311–326. doi: 10.1080/17843286.1990.11718105
  48. Li Z.Z., Berk M., McIntyre T.M., et al. The lysosomal-mitochondrial axis in free fatty acid – induced hepatic lipotoxicity // Hepatology. 2008. Vol. 47, N 5. P. 1495–1503. doi: 10.1002/hep.22183
  49. Яковенко Э.П., Агафонова Н.А., Григорьева В.П. Метаболические заболевания печени: неалкогольный стеатоз и стеатогепатит. Диагностика и лечение // Качество жизни. Медицина. 2004. Т. 2, № 5. С. 53–59.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рентгенограмма образцов МоО3: а — нанодисперсного, b — микродисперсного.

Скачать (280KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изображение нано- (а) и микрочастиц (b) МоО3 с помощью растровой электронной микроскопии (на стрелках указаны размеры частиц, um — мкм).

Скачать (282KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».