定量化されたナノ材料毒性：一般的な細胞毒性と遺伝子発現測定の比較

背景：エンジニアリングされたナノ材料（ENM）の毒性を評価する場合、さまざまな作用メカニズムに基づいて複数のバイオアッセイを使用することが重要です。この点で、テスト材料としての遺伝子発現と一般的な細胞毒性測定の使用、毒性の既知の違いを持つ2つの選択されたナノ粒子、5 nMメルカプトゥンドカノ酸（MUA）キャップINPおよびCDSE量子ドット（QD）を評価しました。4つの一般的な細胞毒性アッセイを使用して、培養正常なヒト気管支上皮（NHBE）細胞に対する0.5〜160 µg/mlの範囲の濃度でのこれらのQDの効果をテストしました。ミトコンドリア機能のためのデヒドロゲナーゼアッセイ、およびDNA鎖の破壊のための彗星アッセイ。 結果：細胞毒性アッセイは、80 µg/mLで24時間ナノ粒子に曝露した場合、INP QDSへの暴露後のROS QDSに曝露するとCDSE QDSに曝露すると、ROSが3倍に増加すると同様の傾向が示されました。INPとの有意なDNA鎖切断なしと比較して、INPおよびCDSE QDにさらされた後のINPおよび有意なDNA鎖切断の場合の最小限の増加と比較して、CDSE QDSにさらされた際のミトコンドリア関数アッセイで。80 µg/mLの濃度で6時間曝露した細胞の高スループット定量的リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応（QRT-PCR）データは、DNA損傷、DNA修復、およびミトコンドリア機能遺伝子調節反応の大きな違いを示す細胞毒性アッセイと一致していました。BRCA2、CYP1A1、CYP1B1、CDK1、SFN、およびVEGFA遺伝子は、CDSE曝露の増加から特異的に上方制御されることが観察され、毒性のバイオマーカーとしての有用性を示唆しています。 結論：この研究は、従来の細胞毒性アッセイと遺伝子発現測定を比較するためのモデルとして機能し、ENMの生体適合性を評価するための候補バイオマーカーを決定することができます。

BACKGROUND: When evaluating the toxicity of engineered nanomaterials (ENMS) it is important to use multiple bioassays based on different mechanisms of action. In this regard we evaluated the use of gene expression and common cytotoxicity measurements using as test materials, two selected nanoparticles with known differences in toxicity, 5 nm mercaptoundecanoic acid (MUA)-capped InP and CdSe quantum dots (QDs). We tested the effects of these QDs at concentrations ranging from 0.5 to 160 µg/mL on cultured normal human bronchial epithelial (NHBE) cells using four common cytotoxicity assays: the dichlorofluorescein assay for reactive oxygen species (ROS), the lactate dehydrogenase assay for membrane viability (LDH), the mitochondrial dehydrogenase assay for mitochondrial function, and the Comet assay for DNA strand breaks. RESULTS: The cytotoxicity assays showed similar trends when exposed to nanoparticles for 24 h at 80 µg/mL with a threefold increase in ROS with exposure to CdSe QDs compared to an insignificant change in ROS levels after exposure to InP QDs, a twofold increase in the LDH necrosis assay in NHBE cells with exposure to CdSe QDs compared to a 50% decrease for InP QDs, a 60% decrease in the mitochondrial function assay upon exposure to CdSe QDs compared to a minimal increase in the case of InP and significant DNA strand breaks after exposure to CdSe QDs compared to no significant DNA strand breaks with InP. High-throughput quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) data for cells exposed for 6 h at a concentration of 80 µg/mL were consistent with the cytotoxicity assays showing major differences in DNA damage, DNA repair and mitochondrial function gene regulatory responses to the CdSe and InP QDs. The BRCA2, CYP1A1, CYP1B1, CDK1, SFN and VEGFA genes were observed to be upregulated specifically from increased CdSe exposure and suggests their possible utility as biomarkers for toxicity. CONCLUSIONS: This study can serve as a model for comparing traditional cytotoxicity assays and gene expression measurements and to determine candidate biomarkers for assessing the biocompatibility of ENMs.