Toxizität von niedrig dosierten Graphenoxid-Nanopartikeln in einem in-vivo Wildtyp von Caenorhabditis elegans Modell (Fadenwurm)
@GrapheneAgenda
Forschung mit Fadenwurm und GraphenOxid
Zusammenfassung:
Kohlenstoffbasierte Nanomaterialien, wie Graphenoxid-Nanopartikel (GO NPs), sind für die Anwendung weit verbreitet, aber ihre potenziell gesundheitsschädlichen Auswirkungen auf den Menschen müssen noch untersucht werden.
In dieser Studie werden die Umweltmengen von GO NPs angesprochen, um zu untersuchen, ob GO zu nachteiligen Effekten auf ein in-vivo Modell von Caenorhabditis elegans (C. elegans) führt. Nematoden mit verlängerter Exposition (L1-Larve bis junger Erwachsener) gegenüber GO NPs bei 0,00100, 0,0100, 0,100 und 1,00 mg L-1 wurden verwendet, um die potenziellen toxischen Wirkungen zu bewerten, einschließlich Letalität (akute Toxizität), reproduktive (Brutgröße) und neurologische (Lokomotion einschließlich Kopfstoßen und Körperverbiegung) Reaktionen, Langlebigkeit (Lebensspanne) und oxidativen Stress (Genexpression von sod-1, sod-3 und clt-2).
Es wurde festgestellt, dass eine verlängerte Exposition mit GO NPs keine Letalität auf den selektiven Ebenen induziert. In den Tests zur Brutgröße und zum Kopfausschlag waren die biologischen Reaktionen bei den Nematoden bei 0,0100-1,00 ng L-1 GO NP-Exposition im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle signifikant reduziert.
Die Nematoden, die GO NPs bei 0,00100-1,00 ng L-1 ausgesetzt waren, zeigten signifikante Verzögerungen im Körperbiegeverhalten im Vergleich zur Kontrolle. Bei der Untersuchung der Langlebigkeit der Nematoden wurde festgestellt, dass die Lebensspanne aller GO NP-exponierten Würmer im Vergleich zu den unbehandelten Würmern signifikant verkürzt war.
Die Genexpression von sod-1, sod-3 und ctl-2 zeigte signifikant höhere Induktionsfalten in den exponierten Würmern im Vergleich zu den Kontrollen.
Folglich könnte eine verlängerte Exposition gegenüber den niedrig dosierten GO NPs mit einer Störung der Fortpflanzung und Fortbewegung, einer Abschwächung der Langlebigkeit und einer Induktion von oxidativem Stress bei Nematoden verbunden sein.
[...]
Nur wenige epidemiologische Studien konzentrierten sich auf die menschliche Exposition gegenüber GO, insbesondere für die hoch exponierte Bevölkerung.
Bei den In-vivo-Modellen, einschließlich Ratten, Mäusen, Zebrafischen, Fadenwürmern und Daphnien, konnten die Tiere Nanotoxizität einschließlich akuter, entwicklungsbedingter, neurologischer, reproduktiver, immunologischer und neurobehavioraler Toxizität sowie verkürzte Lebenserwartung induzieren, nachdem sie GO NPs ausgesetzt waren (Sanchez et al, 2012; Patlolla et al., 2017; Qu et al., 2017; Souza et al., 2017; Kim et al., 2018; Qu et al., 2019; Kim et al., 2020).
In den vergangenen Jahren wurden in vivo und in vitro die toxischen Wirkungen von GO NPs untersucht, einschließlich der Immuntoxizität, der Aktivierung von Entzündungen, der Induktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), der Erzeugung von oxidativem Stress, der Apoptose und möglicher GO-Expositionsmechanismen (Guo und Mei, 2014; Bengtson et al., 2017; Pelin et al., 2018; Tang et al., 2018).
Die Anhäufung von GO im Zytoplasma verursacht dramatische morphologische Veränderungen und reduziert die Fähigkeit des Toll-like-Rezeptors 4 (TLR4) zur Phagozytose (Qu et al., 2013a). Ein Anstieg der intrazellulären ROS trägt jedoch zum nekrotischen Zelltod in Makrophagen bei [...]
Einführung
The in vivo model used in this study was the transparent nematode, Caenorhabditis elegans (C. elegans), which has been successfully used in toxicological evaluation of various nanomaterials such as GO NPs (Zhang et al., 2012; Wu et al., 2013; Piechulek and von Mikecz, 2018). Advantages of C. elegans as an in-vivo model system were as the following: (1) simple anatomy, (2) transparent, (3) invariant cell lineage, (4) short life cycle with large brood size, (5) easily accessible embryos, (6) easy and cheap maintenance in lab, and (7) powerful experimental tool (Brenner, 1974; Hunt, 2017). The C. elegans model is not a mammal model to unavailable to examine several toxic endpoints like blood sugar and pressure, tissues in the skin, probiotic system in the intestine, heart and cardiovascular diseases. C. elegans is considered to be a novel tool for in-vivo techniques, and testing of C. elegans is known to be analogous to mammalian neurotoxin testing (Cole et al., 2004). Recently, scientists have focused on the disruption of biological effects from ROS, reproductive effects, gene expression, neurological development, and neurobehavior with treatment of GO NPs in C. elegans models
[...]
Als In-vivo-Modell wurde in dieser Studie der transparente Fadenwurm Caenorhabditis elegans (C. elegans) verwendet, der bereits erfolgreich in der toxikologischen Bewertung verschiedener Nanomaterialien wie GO NPs eingesetzt wurde (Zhang et al., 2012; Wu et al., 2013; Piechulek und von Mikecz, 2018).
Die Vorteile von C. elegans als in-vivo Modellsystem sind: (1) einfache Anatomie, (2) transparent, (3) invariante Zelllinie, (4) kurzer Lebenszyklus mit großer Brutgröße, (5) leicht zugängliche Embryonen, (6) einfache und kostengünstige Pflege im Labor und (7) leistungsstarkes experimentelles Werkzeug (Brenner, 1974; Hunt, 2017).
Das C. elegans-Modell ist als Säugetiermodell nicht verfügbar, um verschiedene toxische Endpunkte wie Blutzucker und Blutdruck, Gewebe in der Haut, das probiotische System im Darm, Herz- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu untersuchen.
C. elegans wird als ein neuartiges Werkzeug für in-vivo-Techniken angesehen, und es ist bekannt, dass die Prüfung von C. elegans analog zur Prüfung von Säugetier-Neurotoxinen ist (Cole et al., 2004). In letzter Zeit haben sich Wissenschaftler auf die Störung biologischer Effekte von ROS, reproduktiven Effekten, Genexpression, neurologischer Entwicklung und neurologischem Verhalten mit der Behandlung von GO NPs in C. elegans Modellen konzentriert
[...]
zur ganzen Studie:
https://aaqr.org/articles/aaqr-20-09-oa-0559