Toxiciteit van gouden nanodeeltjes bij muizen als gevolg van interactie tussen nanodeeltjes en geneesmiddelen veroorzaakt acute nierschade

Resultaten en discussie

We hebben eerst de deeltjesgroottes van de gouden nanodeeltjes gemeten met behulp van een Zetasizer en vervolgens de deeltjes waargenomen met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie (Fig. 1a, b, c). De gemiddelde diameters van de GnP10-, GnP50- en GnP100-nanodeeltjes waren respectievelijk 15,7 ± 7,0, 53,3 ± 14,2 en 97,0 ± 27,1 nm (aanvullende figuur 1). Bovendien aggregeren gouden nanodeeltjes wanneer gemeten door elektronenmicroscopie, maar aggregeren ze niet wanneer ze aan muizen worden toegediend. Bovendien hebben we de goudionenconcentratie gemeten met ICP-MS, maar er werden geen ionen gedetecteerd (gegevens niet getoond). De oppervlakken van de gouden nanodeeltjes werden gemodificeerd met citroenzuur om de affiniteit van de nanodeeltjes voor water te vergroten, maar deze modificatie vertoonde geen andere functionaliteit.

Ultrastructuren van gouden nanodeeltjes. Elektronenmicrofoto van GnP10 (a ), GnP50 (b ), en GnP100 (c ) nanodeeltjes

We onderzochten of GnP hepatotoxiciteit en nefrotoxiciteit vertoont door een maximale dosis van 4  mg / kg aan muizen toe te dienen via de staartader. Er werd geen hepatotoxiciteit of nefrotoxiciteit waargenomen wanneer alleen gouden nanodeeltjes werden toegediend (Fig. 2). De ALT- en AST-waarden van muizen waaraan alleen GnP10, 50 en 100 waren toegediend (Fig. 2a, b) waren vergelijkbaar met de controlewaarden, evenals de BUN- en Cr-waarden. Een enkele toediening van GnP aan muizen veroorzaakte geen lever- of nierbeschadiging, noch hart-, long- of miltschade (supplementaire figuur 2), wat aangeeft dat gouden nanodeeltjes niet-toxisch zijn wanneer ze alleen aan muizen worden toegediend.

Effect van gouden nanodeeltjes op door cisplatine geïnduceerde toxiciteit. Muizen werden intraperitoneaal geïnjecteerd met cisplatine (CDDP) bij 0 (open staven) of 100 mol / kg (volle staven), samen met een IV-injectie van vehikel of gouden nanodeeltjes (4 mg / kg). 24 uur na injectie, serumspiegels van de leverenzymen alanine-aminotransferase (ALT; panel a ) en aspartaataminotransferase (AST; panel b ), en plasmaspiegels van bloedureumstikstof (BUN; panel c ), en creatinine (Cr; panel d ) werden bepaald met behulp van in de handel verkrijgbare kits (zie de sectie "Biochemische analyses"). Gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde (SEM; n =4). Aanzienlijk verschil (*P <0,05, **P <0,01) tussen met drager en CDDP behandelde groepen

Van lever- en nierschade is gemeld dat deze wordt veroorzaakt door de gelijktijdige toediening van silica-nanodeeltjes, nanoklei of polystyreen-nanodeeltjes met medicijnen of chemicaliën [14, 21, 22]. Daarom hebben we gouden nanodeeltjes gelijktijdig toegediend met PQ (een lever-niertoxine) of de medicijnen CDDP of 5-ASA (die nadelige levernefrotoxische effecten veroorzaken). Figuur 2 toont de resultaten van de interactie tussen gouden nanodeeltjes en CDDP. De gelijktijdige toediening van GnP10 of GnP50 en CDDP verhoogde ALT en induceerde leverschade (Fig. 2a), en de gelijktijdige toediening van GnP10 en CDDP verhoogde BUN en Cr, waardoor nierschade werd geïnduceerd (Fig. 2c, d). Vervolgens onderzochten we de interactie tussen GnP en 5-ASA, een veelgebruikt ontstekingsremmend medicijn dat lever- en nierschade veroorzaakt. De gelijktijdige toediening van GnP10 of GnP50 met CDDP verhoogde ALT en induceerde leverschade (Fig. 3a), terwijl gelijktijdige toediening met 5-ASA BUN en Cr verhoogde en nierschade veroorzaakte (Fig. 3c, d). Vervolgens onderzochten we de interactie tussen GnP en PQ, een veelgebruikte agrochemische stof die lever- en nierschade veroorzaakt. De gelijktijdige toediening van GnP10 en PQ verhoogde de BUN- en Cr-spiegels en induceerde nierschade (Fig. 4c, d) maar geen leverschade (Fig. 4a, b). De gelijktijdige toediening van de kleinste geteste gouddeeltjes, GnP10, met CDDP, 5-ASA of PQ resulteerde in de hoogste ALT-, BUN- en Cr-waarden die in dit onderzoek werden waargenomen. De 10× grotere deeltjes van GnP100 veroorzaakten geen lever- of nierbeschadiging bij gelijktijdige toediening met CDDP, 5-ASA of PQ. Deze resultaten tonen aan dat GnP giftig is wanneer deeltjes met een diameter kleiner dan 100 nm gelijktijdig worden toegediend met CDDP, 5-ASA of PQ.

Effect van gouden nanodeeltjes op door 5-aminosalicylzuur geïnduceerde toxiciteit. Muizen werden intraperitoneaal geïnjecteerd met 5-aminosalicylzuur (5-ASA) bij 0 (open staven) of 500 mg / kg (massieve staven), samen met een IV-injectie van vehiculum of gouden nanodeeltjes (4 mg / kg). 24 uur na injectie, serumspiegels van de leverenzymen alanine-aminotransferase (ALT; a ) en aspartaataminotransferase (AST; B), en plasmaspiegels van bloedureumstikstof (BUN; c ) en creatinine (Cr; d ) werden bepaald met behulp van in de handel verkrijgbare kits (zie de sectie "Biochemische analyses"). Gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde (SEM; n =4). Aanzienlijk verschil (*P <0,05, **P <0,01) tussen met drager en 5-ASA behandelde groepen

Effect van gouden nanodeeltjes op door paraquat geïnduceerde toxiciteit. Muizen werden intraperitoneaal geïnjecteerd met paraquat (PQ) bij 0 (open staven) of 50 mg / kg (massieve staven), samen met een IV-injectie van vehiculum of gouden nanodeeltjes (4 mg / kg). 24 uur na injectie, serumspiegels van de leverenzymen alanine-aminotransferase (ALT; a ) en aspartaataminotransferase (AST; b ), en plasmaspiegels van bloedureumstikstof (BUN; c ) en creatinine (Cr; d ) werden bepaald met behulp van in de handel verkrijgbare kits (zie de sectie "Biochemische analyses"). Gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde (SEM; n =4). Aanzienlijk verschil (*P <0,05, **P <0,01) tussen drager- en PQ-behandelde groepen

Observatie van nierhematoxyline en eosine na gelijktijdige toediening van GnP10 met CDDP, 5-ASA of PQ (Fig. 5) toonde tubulusbeschadiging, wat de inductie van acuut nierletsel suggereert. Vervolgens hebben we IL-6 en TNF-α in serum gemeten om de onderliggende oorzaak van door GnP10 geïnduceerde acute nierbeschadiging te onderzoeken. Figuur 6 toont serum-IL-6-niveaus 3 uur na de gelijktijdige toediening van GnP10 met CDDP, 5-ASA of PQ. IL-6 werd niet gedetecteerd in de groep met alleen GnP10, maar er werd een toename van IL-6 waargenomen wanneer GnP10 gelijktijdig werd toegediend met CDDP, 5-ASA of PQ. TNF-a werd in geen enkele groep gedetecteerd (gegevens niet getoond). Deze resultaten suggereren dat IL-6 betrokken is bij acute nierschade veroorzaakt door GnP10 en CDDP, 5-ASA of PQ.

Histologische analyse van nierweefsels van met gouden nanodeeltjes behandelde muizen. 24 uur na intraveneuze toediening van alleen GnP10 (a ), GnP10 met CDDP (b ), GnP10 met 5-ASA (c ), en GnP10 met PQ (d ), werden weefsels verzameld, gefixeerd met 4% paraformaldehyde, in coupes gesneden en gekleurd met hematoxyline en eosine. Pijlen duiden plaatsen van nierbeschadiging aan

IL-6-niveaus in serum, zoals gemeten met ELISA. Muizen kregen een IV-injectie van GnP10 met CDDP, 5-ASA of PQ. Cytokineniveaus werden 3 uur na toediening gemeten. Waarden zijn het gemiddelde ± standaardfout (SE; n =4)

We onderzochten het effect van gelijktijdige toediening van gouden nanodeeltjes en medicijnen op bijwerkingen (d.w.z. lever- en nierbeschadiging). De kleinste deeltjesgrootte, GnP10, veroorzaakte nier- en leverbeschadiging bij gelijktijdige toediening met CDDP, 5-ASA of PQ. We hebben ook GnP10 samen met paracetamol, streptomycine of tetracycline toegediend aan muizen en hebben geen lever- of nierbeschadiging waargenomen (gegevens niet getoond). We hebben eerder gemeld dat nanodeeltjes van silica leverbeschadiging veroorzaken, afhankelijk van de deeltjesgrootte [23], en nanodeeltjes van polystyreen leverschade kunnen veroorzaken bij gelijktijdige toediening met een medicijn, afhankelijk van de deeltjesgrootte [24]. Xia et al. rapporteerde dat kleinere gouden nanodeeltjes in vitro genotoxischer zijn [25]. Alles bij elkaar genomen worden gouden nanodeeltjes zeer giftig door interacties met medicijnen, aangezien de deeltjesgrootte kleiner wordt.

Gelijktijdige toediening van Gnp10 met cisplatine, 5-ASA of PQ verhoogde de IL-6-niveaus (Fig. 6). IL-6 werd niet verhoogd door toediening van GnP10 alleen (Fig. 6) of door toediening van CDDP, PQ of 5-ASA alleen (gegevens niet getoond). Van IL-6 werd eerder gemeld dat het betrokken is bij de inductie van lever [26] en acute nierschade [27, 28]. We zijn van mening dat Gnp10 IL-6 induceert, wat op zijn beurt lever- en nierbeschadiging veroorzaakt, maar het onderliggende mechanisme blijft onduidelijk. Bauza et al. rapporteren dat IL-6 leverschade induceert door transcriptiefactoren in hepatocyten te induceren [29]. Om de betrokkenheid van celspecifieke transcriptiefactoren bij door IL-6 geïnduceerde lever- en nierbeschadiging te begrijpen, zijn verdere experimenten nodig met het mechanisme achter de cytotoxiciteit van gouden nanodeeltjes.

Onlangs hebben gouden nanodeeltjes de aandacht getrokken als functioneel biomateriaal dat wordt gebruikt in medicijnafgiftesystemen [30], en er wordt actief onderzoek gedaan naar de behandeling van kanker met behulp van gouden nanodeeltjes. Anselmo et al. rapporteerde dat PEG-gecoate silica-goud nanodeeltjes de lokale temperatuur verhoogden bij het absorberen van licht en thermisch opgeloste solide tumoren [31], wat aantoont dat gouden nanodeeltjes veelbelovende materialen zijn voor de behandeling van kanker. We ontdekten echter dat interactie tussen het antikankergeneesmiddel cisplatine en gouden nanodeeltjes nierbeschadiging veroorzaakte (Fig. 2), wat suggereert dat het gebruik van gouden nanodeeltjes bij de behandeling van kanker een studie van hun veiligheid vereist wanneer ze gelijktijdig met het medicijn worden toegediend.