酸化グラフェンによって誘発されるDNA損傷からの肺の回復は、サイズ、用量、炎症プロファイルに依存しています

背景：新しい材料の安全性評価の重要な側面は、in vivoの遺伝毒性の評価です。酸化グラフェン（GO）は多くの有望な用途のために研究されていますが、特に吸入後、その安全性プロファイルについて懸念が残っています。ここでは、微小計測（LGO）とナノメトリック（USGO）GOシートを比較して、外側寸法がGOがマウス肺のDNA二重鎖切断の形成に役割を果たしているかどうかをテストしました。単一または繰り返し暴露の後、空間分解能と微分細胞型分析を使用して、上皮細胞と免疫細胞の両方でDNA損傷を測定しました。 結果：GO誘導DNA損傷は、両方の暴露シナリオでサイズと用量に依存していました。高用量に単回曝露した後、USGOとLGOの両方が肺実質に有意なDNA損傷を誘発しましたが、急性期応答中にのみ（USGOの場合はP <0.05、LGOの場合はP <0.01）。これに続いて、両方のGOで7日目と28日目に肺の回復が速くなりました。繰り返し暴露後のGOの慢性的な衝撃を評価する場合、LGOの高用量のみが肺肺胞上皮で長期DNA損傷を誘発しました（84日、p <0.05）。サイズに関係なく、低用量GOは繰り返し暴露後に有意なDNA損傷を誘発しませんでした。反復暴露データのマルチパラメトリック相関分析により、一時的または持続的な炎症と酸化ストレスが回復または持続性のDNA損傷のいずれかに関連していることが明らかになりました。USGOの場合、DNA損傷からの回復は、急性炎症からの効率的な回復と相関していました（すなわち、SAA3の有意な分泌、p <0.001;好中球の浸潤、p <0.01）。対照的に、肺におけるLGOの持続性は、多核マクロファージ（最大84日間、p <0.05）の長期にわたる存在、根本的な炎症（28日までのIL-1α分泌、p <0.05）、および84日での持続性DNA損傷の存在。 結論：全体として、これらの結果は、使用される曝露シナリオの重要性を強調しています。私たちは、肺炎が持続するため、単一の暴露よりもLGOが繰り返し暴露した後、より遺伝毒性があることを示しました。これらの調査結果は、人間の健康リスク評価の文脈と、職場でのグラフェンベースの材料の安全な使用に関する推奨事項の確立に向けて重要です。

BACKGROUND: A key aspect of any new material safety assessment is the evaluation of their in vivo genotoxicity. Graphene oxide (GO) has been studied for many promising applications, but there are remaining concerns about its safety profile, especially after inhalation. Herein we tested whether GO lateral dimension, comparing micrometric (LGO) and nanometric (USGO) GO sheets, has a role in the formation of DNA double strand breaks in mouse lungs. We used spatial resolution and differential cell type analysis to measure DNA damages in both epithelial and immune cells, after either single or repeated exposure. RESULTS: GO induced DNA damages were size and dose dependent, in both exposure scenario. After single exposure to a high dose, both USGO and LGO induced significant DNA damage in the lung parenchyma, but only during the acute phase response (p < 0.05 for USGO; p < 0.01 for LGO). This was followed by a fast lung recovery at day 7 and 28 for both GOs. When evaluating the chronic impact of GO after repeated exposure, only a high dose of LGO induced long-term DNA damages in lung alveolar epithelia (at 84 days, p < 0.05). Regardless of size, low dose GO did not induce any significant DNA damage after repeated exposure. A multiparametric correlation analysis of our repeated exposure data revealed that transient or persistent inflammation and oxidative stress were associated to either recovery or persistent DNA damages. For USGO, recovery from DNA damage was correlated to efficient recovery from acute inflammation (i.e., significant secretion of SAA3, p < 0.001; infiltration of neutrophils, p < 0.01). In contrast, the persistence of LGO in lungs was associated to a long-lasting presence of multinucleated macrophages (up to 84 days, p < 0.05), an underlying inflammation (IL-1α secretion up to 28 days, p < 0.05) and the presence of persistent DNA damages at 84 days. CONCLUSIONS: Overall these results highlight the importance of the exposure scenario used. We showed that LGO was more genotoxic after repeated exposure than single exposure due to persistent lung inflammation. These findings are important in the context of human health risk assessment and toward establishing recommendations for a safe use of graphene based materials in the workplace.