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International journal of nanomedicine20160101Vol.11issue()

ラットの銅ナノ粒子と銅イオンの比較毒性と生体分布

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文献タイプ:
  • Comparative Study
  • Journal Article
概要
Abstract

銅ナノ粒子(Cu NP)の広範な使用と前向き生物医学的応用にもかかわらず、それらのバイオセーフティの問題と速度論は不明のままです。したがって、この研究の目的は、単一の経口投与後のCu NPSおよびCupricイオン(CUCL2; Cuイオン)の詳細なin vivo毒性を比較することでした。形態、流体力学的サイズ、ゼータ電位、胃(pH 1.5)、媒体(pH 6.5)、および腸(pH 7.8)条件の溶解を含むCu NPの物理化学的特性を決定しました。また、Cu NPとCuイオンの単一の同等の用量(500 mg/kg)に続いてCuの動態を評価しました。Cu NPは、さまざまな生理学的環境下でのCuイオンの完全な溶解と比較した場合、胃条件でのみ最も高い溶解(84.5%)でした。速度論的分析により、血液中で最も高いCuレベルとCu Np処理ラットの試験臓器がCuイオンのそれよりも15%〜25%低いことが明らかになりました。Cuイオンの場合と同様に、Cu Np処理ラットの試験臓器(特に肝臓、腎臓、および脾臓)のCuレベルは、車両制御と比較すると大幅に増加しました。しかし、Cuイオンと比較して、血液およびCu Np処理ラットの試験臓器では、Cuの最高レベルとCuの生物亢進に到達する遅延が観察されました。糞便中の非常に高いレベルのCuは、吸収されていないCu NPまたは吸収されたCuイオンが主に肝臓/糞で排除されることを示しています。Cu NPは、Cuイオンと比較して高用量レベルで明らかな毒物学的効果を発揮し、死亡率、生化学、および組織病理学に性依存性の違いを示しました。肝臓、腎臓、脾臓は、Cu NPの影響を受ける主要な臓器でした。総称して、Cu NPの毒性と速度論は、生理学的条件下でのCu NPから解離したCuの放出の影響を受ける可能性が最も高い。

銅ナノ粒子(Cu NP)の広範な使用と前向き生物医学的応用にもかかわらず、それらのバイオセーフティの問題と速度論は不明のままです。したがって、この研究の目的は、単一の経口投与後のCu NPSおよびCupricイオン(CUCL2; Cuイオン)の詳細なin vivo毒性を比較することでした。形態、流体力学的サイズ、ゼータ電位、胃(pH 1.5)、媒体(pH 6.5)、および腸(pH 7.8)条件の溶解を含むCu NPの物理化学的特性を決定しました。また、Cu NPとCuイオンの単一の同等の用量(500 mg/kg)に続いてCuの動態を評価しました。Cu NPは、さまざまな生理学的環境下でのCuイオンの完全な溶解と比較した場合、胃条件でのみ最も高い溶解(84.5%)でした。速度論的分析により、血液中で最も高いCuレベルとCu Np処理ラットの試験臓器がCuイオンのそれよりも15%〜25%低いことが明らかになりました。Cuイオンの場合と同様に、Cu Np処理ラットの試験臓器(特に肝臓、腎臓、および脾臓)のCuレベルは、車両制御と比較すると大幅に増加しました。しかし、Cuイオンと比較して、血液およびCu Np処理ラットの試験臓器では、Cuの最高レベルとCuの生物亢進に到達する遅延が観察されました。糞便中の非常に高いレベルのCuは、吸収されていないCu NPまたは吸収されたCuイオンが主に肝臓/糞で排除されることを示しています。Cu NPは、Cuイオンと比較して高用量レベルで明らかな毒物学的効果を発揮し、死亡率、生化学、および組織病理学に性依存性の違いを示しました。肝臓、腎臓、脾臓は、Cu NPの影響を受ける主要な臓器でした。総称して、Cu NPの毒性と速度論は、生理学的条件下でのCu NPから解離したCuの放出の影響を受ける可能性が最も高い。

Despite widespread use and prospective biomedical applications of copper nanoparticles (Cu NPs), their biosafety issues and kinetics remain unclear. Thus, the aim of this study was to compare the detailed in vivo toxicity of Cu NPs and cupric ions (CuCl2; Cu ions) after a single oral dose. We determined the physicochemical characteristics of Cu NPs, including morphology, hydrodynamic size, zeta potential, and dissolution in gastric (pH 1.5), vehicle (pH 6.5), and intestinal (pH 7.8) conditions. We also evaluated the kinetics of Cu following a single equivalent dose (500 mg/kg) of Cu NPs and Cu ions. Cu NPs had highest dissolution (84.5%) only in gastric conditions when compared with complete dissolution of Cu ions under various physiological milieus. Kinetic analysis revealed that highest Cu levels in blood and tested organs of Cu NP-treated rats were 15%-25% lower than that of Cu ions. Similar to the case of Cu ions, Cu levels in the tested organs (especially liver, kidney, and spleen) of Cu NP-treated rats increased significantly when compared with the vehicle control. However, delay in reaching the highest level and biopersistence of Cu were observed in the blood and tested organs of Cu NP-treated rats compared with Cu ions. Extremely high levels of Cu in feces indicated that unabsorbed Cu NPs or absorbed Cu ions were predominantly eliminated through liver/feces. Cu NPs exerted apparent toxicological effects at higher dose levels compared with Cu ions and showed sex-dependent differences in mortality, biochemistry, and histopathology. Liver, kidney, and spleen were the major organs affected by Cu NPs. Collectively, the toxicity and kinetics of Cu NPs are most likely influenced by the release of Cu dissociated from Cu NPs under physiological conditions.

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