Наночастинки діоксиду титану сприяють алергічній сенсибілізації та запаленню легенів у мишей
Анотація
Метою цього дослідження було дослідити, чи мають фотокаталітичні наночастинки TiO2 ад'ювантний ефект при введенні мишам у комбінації з овальбуміном (OVA). Мишей імунізували шляхом інтраперитонеальних ін'єкцій OVA, OVA + TiO2 або OVA + Al (OH) 3 і піддавали аерозолям OVA. В кінці дослідження сироватку аналізували на вміст OVA-специфічних антитіл IgE, IgG1 та IgG2a, а рідину бронхоальвеолярного промивання (BALF) аналізували на вміст запальних клітин та рівні інтерлейкіну (IL) -4, IL- 5, IL-10 та інтерферон-γ. Частинки TiO2 сприяли домінуючій реакції Th2 з високим рівнем OVA-специфічних IgE та IgG1 у сироватці крові та припливу еозинофілів, нейтрофілів та лімфоцитів у BALF. Частинки TiO2 індукували значно вищий рівень OVA-специфічного IgE, ніж стандартний ад'ювант Al (OH) 3. Однак ці дві речовини були порівнянними за рівнем еозинофільного запалення та інтерлейкінів, наявних у BALF.
Епідеміологічні та лабораторні дослідження дали докази того, що вплив твердих частинок навколишнього середовища пов’язаний з різними наслідками для здоров’я, включаючи запалення дихальних шляхів [1,2], алергічну сенсибілізацію [3–7] та загострення астми [8,9]. Таким чином, частинки вихлопних газів дизельного палива здатні підвищувати сенсибілізацію щодо алергенів як у тварин, так і у людей [6,7,10]. Нещодавно було показано, що створені людиною наноматеріали, включаючи одностінні та багатостінні вуглецеві нанотрубки, а також наночастинки латексу, сприяють алергічній сенсибілізації [11], алергічному запаленню легенів [12,13] та фіброзу дихальних шляхів [14].
На відміну від напр. дизельні частинки вихлопних газів і вуглецеві нанотрубки, частинки діоксиду титану (TiO2), як правило, вважаються низькотоксичними для людей, а також для тварин [15–17]. Передбачувана низька токсичність TiO2 відображається в широкому застосуванні цієї сполуки, наприклад як пігменту у фарбах, продуктах харчування, ліках та сонцезахисних кремах [18–20]. Частинки TiO2 мікрометром не виявляли ад'ювантного ефекту при введенні мишам у поєднанні з овальбуміном (OVA) [21].
Для багатьох речовин, включаючи TiO2, зменшення розміру частинок пов’язане із збільшенням прозапальних властивостей [22] та окислювальними пошкодженнями клітинної лінії бронхіального епітелію людини [23]. З розвитком нанотехнологій та виробництвом продуктів, що містять наночастинки, знання про роль розміру частинок на токсичність набуває все більшого значення. Лише одне попереднє дослідження [21] досліджувало вплив нанорозмірного TiO2 на імунну відповідь на одночасно введений алерген, але дуже дрібні частинки дуже різного складу мали ад'ювантний ефект на мишачій моделі з використанням OVA як модельного алергену [24]. Також показано, що допоміжний ефект частинок на алергічну сенсибілізацію посилюється із зменшенням розміру частинок [21,25].
Деякі з нещодавно проданих побутових спреїв «нано», що мають самоочисні властивості, містять нанорозмірний фотокаталітичний TiO2, чому вплив таких частинок на людські дихальні шляхи може зростати. Подібним чином у фарби навмисно додають наночастинки TiO2 для отримання поліпшених властивостей та ефектів самоочищення. Численні інші продукти також можуть містити наночастинки TiO2. Це дослідження мало на меті дослідити, чи має нанорозмірний фотокаталітичний TiO2 ад'ювантний ефект та сприяє алергічній сенсибілізації при введенні мишам у комбінації з OVA.
Матеріали і методи
Тварини
Інбредні самки мишей BALB/cJ у віці 5–6 тижнів були придбані у Taconic M&B, Ry, Данія, і були розміщені, як описано раніше [26]. Лікування тварин проводилось за процедурами, затвердженими Інспекцією експериментів на тваринах, Данія.
Хімікати
Куряче яйце OVA (CAS 9006-59-1) було V класу (чистота ≥ 98%) від Sigma-Aldrich, Сент-Луїс, Міссурі, США. Ад'ювант Al (OH) 3 отримував Alhydrogel, Brenntag Biosector, Frederikssund, Данія.
TiO2 був VP Disp. W 2730 X від Degussa AG (Франкфурт-на-Майні, Німеччина), нині Evonik Industries, що становить 30 мас.% Дисперсії випаленого TiO2. Розподіл гідродинамічного розміру частинок за розміром частинок TiO2 визначали методом фотонної кореляційної спектроскопії за допомогою динамічного лазерного розсіювання (DLS) Zetasizer nano ZS (Malvern Inc., Malvern, UK), оснащеного лазером He-Ne класу I потужністю 4 мВт, 633 нм . Результати були розраховані за допомогою програмного забезпечення Dispersion Technology Software (DTS) проти 5.0 (Malvern Instruments Ltd.). TiO2 суспендували в 0,45 мкм фільтрованій воді MilliQ, обробляли ультразвуком і вимірювали в 1 мл одноразових полістирольних кювет. Для розрахунків ми використовували показники заломлення (Ri) та поглинання (Rs) для рутилу TiO2 (Ri = 2,903; Rs = 0,100) та стандартні властивості для H2O. Щільність TiO2 була встановлена на рівні 4,25 г/см 3 .