بررسی اثرات تراتوژنیک نانو‌دی‌اکسید تیتانیوم (Tio2) خوراکی بر مورفولوژی و ساختار سیستم اسکلتی جنینهای موش NMRI در هفتههای مختلف حاملگی

نوع مقاله: اصیل پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد گروه علوم تشریح، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد، یزد، ایران.

2 دانشیار گروه علوم تشریح، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد، یزد، ایران.

3 استادیار گروه علوم تشریح، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد، یزد، ایران.

4 کارشناس ارشد بیوتکنولوژی، مرکز ناباروری یزد، یزد، ایران.

5 مربی گروه آمار زیستی و اپیدمیولوژی، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی سبزوار، سبزوار، ایران.

چکیده

مقدمه: با توجه به توسعه فناوری نانو و گسترش استفاده از نانومواد در زمینه­های مختلف صنعت، بررسی اثرات مخرب آن بر سیستم­های بیولوژیکی ضروری است. دی‌اکسید ‌تیتانیوم (Tio2) در تولید رنگ‌های مختلف، لوازم آرایشی، سرامیک، فوتوکاتالیست‌ها، آب و فاضلاب و بسیاری از محصولات دیگر کاربرد دارد. مطالعه حاضر با هدف بررسی اثر تراتوژنیستی این نانوذره در هفته­های مختلف بارداری موش NMRI انجام شد.
روش کار: این مطالعه تجربی در سال 1396 بر روی 30 موش ماده نژاد NMRI (30-25 گرم، 12-8 هفته) انجام شد. موش‌ها به طور تصادفی به 2 گروه کنترل و 4 گروه مورد تقسیم شدند. بارداری با مشاهده پلاک واژینال (GD0) تأیید شد. دوز 5 میلی‌گرم/کیلوگرم محلول Tio2 به صورت گاواژ دهانی از هفته اول تا روز هجدهم بارداری به موش­های باردار خورانده شد. برای گروه‌های اول تا سوم به ترتیب فقط هفته‌های اول تا سوم و گروه چهارم کل دوره بارداری، نانوذرات گاواژ شد. گروه شم با حلال گاواژ شد و گروه کنترل، آب شهر را بدون گاواژ دریافت کردند. در روز هجدهم بارداری جنین­ها از لوله­های رحم جدا و وزن، قد، دور سر و ناهنجاری­های مورفولوژیک ثبت گردید و اختلالات اسکلتی جنین­ها توسط رنگ‌آمیزی آلیزارین رد و آلیسن بلو بررسی شد. تجزیه و تحلیل داده­ها با استفاده از نرم‌افزار آماری SPSS‌ (نسخه 21) و آزمون‌های کای دو، آنالیز واریانس یک‌طرفه و و کروسکال والیس انجام شد. میزان p کمتر از 05/0 معنی‌دار در نظر گرفته شد.
یافته‌ها: در مجموع در چهار گروه تجربی، کاهش قابل توجهی در وزن بدن و طول CR در مقایسه با گروه کنترل مشاهده شد (05/0>p). همچنین تعداد قابل توجهی از ناهنجاری­های ظاهری مانند جذب جنین، خونریزی، ناهنجاری­های اندام و اختلالات اسکلتی در گروه های آزمون در مقایسه با گروه شاهد مشاهده شد. مشاهدات نشان داد اثرات تراتوژنیک در گروهی که هفته دوم در معرض نانوذرات بودند، بیشتر بروز کرد.
نتیجه‌گیری: نتایج مطالعه حاضر سمیت و اثرات تراتوژنیک نانوذرات Tio2 در موجودات زنده را ثابت می­کند. بنابراین، مطالعات بیشتری برای پیش‌بینی اثرات سمی Tio2 مورد نیاز است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Teratogenic effects of the oral titanium dioxide NP(Tio2) on morphology and skeletal structure of fetal mice NMRI in different gestational weeks

نویسندگان [English]

  • Mohamad Hasan Abdi Ardestani 1
  • Morteza Anvari 2
  • Abbas Shahedi 3
  • Maryam Yadegari 3
  • Arezoo Khoradmehr 4
  • Sedigheh Rastaghi 5
1 M.Sc. of Anatomy, Faculty of Medicine, Yazd Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran.
2 Associate Professor, Department of Anatomy, Faculty of Medicine, Yazd Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Anatomy, Faculty of Medicine, Yazd Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran.
4 M.Sc. on Biotechnology, Yazd Infertility Center, Yazd, Iran.
5 Instructor, Department of Biostatistics and Epidemiology, School of Public Health, Sabzavar University of Medical Sciences, Sabzevar, Iran.
چکیده [English]

Introduction: Considering the development of nanotechnology and extensive use of nano-materials are in different fields of industry, it is necessary to investigate their destructive effects on biological systems. Titanium dioxide (TiO2) is used in the production of different dyes, cosmetics, ceramics, photocatalysts, water and sewage treatment and a lot of other products. This study was performed with aim to evaluate the Teratogenic effect of TiO2 in different gestational weeks of NMRI mice.
Methods: This experimental study was performed on 30 female NMRI mice (25-30 gr, 8-12 weeks of pregnancy) in 2017. The mice were randomly assigned into 2 control groups and 4 case groups). Pregnancy was confirmed with vaginal plaque (GD0). The doses of 5 mg/kg of tio2 solution were orally gavage to pregnant mice from the first to 18th days of pregnancy. The first group, the first week of pregnancy, the second group, the second week of pregnancy and the third group received nanoparticles only in the third week of pregnancy and the fourth case group were treated during all period of pregnancy. The Sham group was gavage with solvent and control group received city water without gavage. In the 18th day of pregnancy, the fetuses were removed from the uterine tubes and their weight and height, Head circumference and morphologic disorders were recorded, their skeletal disorders were checked by alizarin red and painting. Data were analyzed by SPSS software (version 21). P<0.05 was considered significant.
Results: Totally, significant reduction in body weight and CR length was observed in all four experimental groups in comparison with control group (P<0.05). Also, significant increasing was observed in appearance abnormalities such as fetal absorption, bleeding, organs abnormalities, and skeletal disorders in experimental groups in comparison with control group. The observations showed more incidence of Teratogenic effect in the group which was exposed to nanoparticles in second week.
Conclusion: The results of present study prove the toxicity and teratogenicity effects of TiO2 nanoparticles on living organisms. So, further studies are recommended to predict the toxicity effect of TiO2.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanoparticles
  • Skeletal disorders
  • Teratogen
  • Titanium
  1. Vishwas M, Sharma SK, Rao KN, Mohan S, Gowda KA, Chakradhar RP. Influence of surfactant and annealing temperature on optical properties of sol–gel derived nano-crystalline TiO 2 thin films. Spectrochim Acta Part A Mol Biom Spectrosc 2010;75(3):1073-7.
  2. Borm PJ, Kreline W. Toxicological hazards of inhaled nanoparticles--potential implications for drug delivery.J Nanosci Nanotevhnol 2004; 4(5):521-31.
  3. Warheit DB, Hoke RA, Finlay C, Donner EM, Reed KL, Sayes CM. Development of a base set of toxicity tests using ultrafine TiO2 particles as a component of nanoparticle risk management. Toxicol Lett 2007; 171(3):99-110.
  4. Klaine SJ, Alvarez PJ, Batley GE, Fernandes TF, Handy RD, Lyon DY, et al. Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects. Environ Toxicol Chem 2008;27(9):1825-51.
  5. Kroll A, Pillukat MH, Hahn D, Schnekenburger J. Current in vitro methods in nanoparticle risk assessment: limitations and challenges. Eur J Pharm Biopharm 2009;72(2):370-7.
  6. Trouiller B, Reliene R, Westbrook A, Solaimani P, Schiestl RH. Titanium dioxide nanoparticles induce DNA damage and genetic instability in vivo in mice. Cancer Res 2009;69(22):8784-9.
  7. Fedulov AV, Leme A, Yang Z, Dahl M, Lim R, Mariani TJ, et al. Pulmonary exposure to particles during pregnancy causes increased neonatal asthma susceptibility. Am J Respir Cell Mol Biol 2008;38(1):57-67.
  8. Yeh GC, Taoc PL, Chen JY, Lai MC, Gao FS, Hud CL. Dextromethorphan attenuates morphine withdrawal syndrome in neonatal rats passively exposed to morphine. Eur J Pharmacolo 2002;453(2-3):197-202.
  9. Volpe JJ. Teratogenic effects of drugs and passive addiction. In: Volpe, J.J. (Ed.), Neurology of the Newborn; W.B. Saunder, Philadelphia, PA; 1995. pp. 811 –850
  10. Vasantharaja D, Ramalingam V, Aadinaath Reddy G. Oral toxic exposure of titanium dioxide nanoparticles on serum biochemical changes in adult male Wistar rats. Nanomed J 2015;2(1):46-53.
  11. Meena R, Kajal K,Paulraj R. Cytotoxic and genotoxic effects of titanium dioxide nanoparticles in testicular cells of male Wistar rat.Appl Biochem Biotechnol2014; 175(2):825-40.
  12. York RG, Brown WR, Girard MF, Dollarhide JS. Oral (drinking water) developmental toxicity study of ammonium perchlorate in New Zealand white rabbits.Int J Toxicol 2001; 20(4):199-205.
  13. Nikfar S, Farshchi A, Visser R. Organization for Economic Cooperation and Development (OECD). New York: Elsevier Inc; 1982.
  14. Menegola E, Broccia ML, Giavini E. Atlas of rat fetal skeleton double stained for bone and cartilage. Teratology2001; 64(3):125-33.
  15. Jalali M, Fazel AR. New aspect of skeleton differential staining by Alzarin Red S and Alcian Blue. Pharmaceut Sci 2004; 10(1):767-75. (Persian).
  16. Cui Y, Liu H, Ze Y, Zengli Z, Hu Y, Cheng Z, et al. Gene expression in liver injury caused by long-term exposure to titanium dioxide nanoparticles in mice. Toxicol Sci 2012;128(1):171-85.
  17. Hong F, Wang L, Yu X, Zhou Y, Hong J, Sheng L. Toxicological effect of TiO2 nanoparticle-induced myocarditis in mice. Nanoscale Res Lett 2015;10(1):326.
  18. Hayati Roodbari N, Parivar K, Badiei B, Zolfaghari Barogh S. Cytotoxic effects of nano-titanium dioxide on forelimb bud development in NMRI mouse embryos in vivo. J Zanjan Univ Med Sci Health Serv 2014;22(91):11-24. (Persian). 
  19. Bacchetta R, Santo N, Fascio U, Moschini E, Freddi S, Chirico G, et al. Nano-sized CuO, TiO2 and ZnO affect Xenopus laevis development. Nanotoxicology 2012;6(4):381-98.
  20. Sheng L, Wang X, Sang X, Ze Y, Zhao X, Liu D, et al. Cardiac oxidative damage in mice following exposure to nanoparticulate titanium dioxide. J Biomed Mater Res Part A 2013;101(11):3238-46.
  21. Lamoureux DP, Kobzik L, Fedulov AV. Customized PCR-array analysis informed by gene-chip microarray and biological hypothesis reveals pathways involved in lung inflammatory response to titanium dioxide in pregnancy. J Toxicol Environl Health Part A 2010;73(9):596-606.
  22. Warheit DB, Webb TR, Reed KL, Frerichs S, Sayes CM. Pulmonary toxicity study in rats with tree forms of ultrafine-TiO2 particles: differential responses related to surface properties. Toxicology 2007;230(1):90-104
  23. Yan J, Lin B, Hu C, Zhang H, Lin Z, Xi Z. The combined toxicological effects of titanium dioxide nanoparticles and bisphenol A on zebrafish embryos. Nanoscale Res Lett 2014;9(1):406.
  24. Liu X, Sun J. Endothelial cells dysfunction induced by silica nanoparticles through oxidative stress via JNK/P53 and NF-κB pathways. Biomaterials 2010;31(32):8198-209.
  25. Park EJ, Yi J, Chung KH, Ryu DY, Choi J, Park K. Oxidative stress and apoptosis induced by titanium dioxide nanoparticles in cultured BEAS-2B cells. Toxicol Lett 2008; 180(3):222-9.
  26. Mano SS, Kanehira K, Sonezaki S, Taniguchi A. Effect of polyethylene glycol modification of TiO2 nanoparticles on cytotoxicity and gene expressions in human cell lines. Int J Mol Sci 2012;13(3):3703-17.
  27. Aillon KL, Xiea Y, El-Gendy N, Berkland CJ, Forresta ML. Effects of nanomaterial physicochemicalproperties on in vivo toxicity. Adv Drug Deliv Rev 2009; 61(6):457-66.
  28. Ornoy, A.; Zaken,V. and Kohen, R. (1999): Role of reactive oxygen species (ROS) in the diabetes-induced anomalies in rat embryos in vitro: reduction in antioxidant enzymes and LMWA may be the causative factor for increased anomalies. Teratology , 60:376-86.29. 29.
  29. Rezaei-Zarchi S, Taghavi-Foumani MH, Razavi Sheshdeh SA, Negahdary M. The effect of silver nanoparticles on blood cells in male rats. Iran Blood Transfus Organ 2013; 10(2):147-53.
  30. Ghareeb AW, Hamida H, El Bakry A, Hmela HA. Teratogenic effects of the titanium dioxide nanoparticles on the pregnant female rats and their off springs. Res J Pharmaceut Biol Chem Sci 2015; 6(2):510.
  31. Morishige T, Yoshioka Y, Tanabe A, Yao X, Tsunoda SI, Tsutsumi Y, et al. Titanium dioxide induces different levels of IL-1β production dependent on its particle characteristics through caspase-1 activation mediated by reactive oxygen species and cathepsin B. Biochem Biophys Res Commun 2010;392(2):160-5.
  32. Jonakait GM. The effects of maternal inflammation on neuronal development: possible mechanisms. Int J Dev Neurosci 2007; 25(7):415-25.
Meyer U, Feldon J, Fatemi SH.In-vivo rodent models for the experimental investigation of prenatal immune activation effects in neurodevelopmental brain disorders. Neurosci Biobehav Rev 2009;33(7):1061-79