Particulele de dioxid de titan nano promovează sensibilizarea alergică și inflamația pulmonară la șoareci
Abstract
Scopul acestui studiu a fost de a investiga dacă nanoparticulele fotocatalitice de TiO2 au un efect adjuvant, atunci când sunt administrate în asociere cu ovalbumină (OVA) la șoareci. Șoarecii au fost imunizați prin injecții intraperitoneale de OVA, OVA + TiO2 sau OVA + Al (OH) 3 și provocați cu aerosoli de OVA. La sfârșitul studiului, serul a fost analizat pentru conținutul de anticorpi IgE specifici OVA, IgG1 și IgG2a, iar lichidul de lavaj bronchoalveolar (BALF) a fost analizat pentru conținutul celulelor inflamatorii și nivelurile de interleukină (IL) -4, IL-5, IL-10 și interferon-γ. Particulele TiO2 au promovat un răspuns imun dominant Th2 cu niveluri ridicate de IgE și IgG1 specifice OVA în ser și aflux de eozinofile, neutrofile și limfocite în BALF. Particulele TiO2 au indus un nivel semnificativ mai ridicat de IgE specific OVA decât adjuvantul standard Al (OH) 3. Cu toate acestea, cele două substanțe au fost comparabile în ceea ce privește nivelul inflamației eozinofile și interleukinele prezente în BALF.
Studiile epidemiologice și de laborator au furnizat dovezi că expunerea la particule din mediul ambiant este asociată cu diverse efecte asupra sănătății, inclusiv inflamația căilor respiratorii [1,2], sensibilizarea alergică [3-7] și exacerbarea astmului [8,9]. Astfel, particulele de eșapament diesel pot crește sensibilizarea împotriva alergenilor atât la animale, cât și la oameni [6,7,10]. Recent, nanomaterialele create de om, inclusiv nanotuburile de carbon cu pereți unici și multi-pereți, precum și nanoparticulele din latex, s-au dovedit a promova sensibilizarea alergică [11], inflamația alergică a plămânilor [12,13] și fibroza căilor respiratorii [14].
Spre deosebire de ex. particulele de eșapament diesel și nanotuburile de carbon, particulele de dioxid de titan (TiO2) sunt, în general, acceptate ca fiind puțin toxice atât pentru oameni, cât și pentru animale [15-17]. Presupusa toxicitate scăzută a TiO2 se reflectă în utilizarea pe scară largă a acestui compus, de exemplu ca pigment în vopsele, alimente, medicamente și produse de protecție solară [18-20]. Particulele de TiO2 de dimensiuni micrometrice nu au prezentat niciun efect adjuvant atunci când au fost administrate șoarecilor în combinație cu ovalbumină (OVA) [21].
Pentru multe substanțe, inclusiv TiO2, o reducere a dimensiunii particulelor este asociată cu proprietăți pro-inflamatorii crescute [22] și daune oxidative în linia celulară epitelială bronșică umană [23]. Odată cu dezvoltarea nanotehnologiei și fabricarea produselor care conțin nanoparticule, cunoașterea rolului dimensiunii particulelor asupra toxicității este de o importanță crescândă. Doar un studiu anterior [21] a investigat efectul TiO2 de dimensiuni nanometrice asupra răspunsului imun la alergenul administrat simultan, dar particulele foarte fine cu compoziție foarte diferită au avut efect adjuvant într-un model de șoarece folosind OVA ca model alergen [24]. De asemenea, s-a demonstrat că efectul adjuvant al particulelor asupra sensibilizării alergice crește odată cu scăderea dimensiunii particulelor [21,25].
Unele dintre produsele de pulverizare de uz casnic „nano” nou comercializate cu proprietăți de autocurățare conțin TiO2 fotocatalitic de dimensiuni nano, motiv pentru care expunerile căilor respiratorii umane la astfel de particule pot crește. În mod similar, vopselele sunt adăugate în mod deliberat nanoparticulat TiO2 pentru a obține proprietăți îmbunătățite și efecte de autocurățare. Multe alte produse pot conține, de asemenea, nanoparticule de TiO2. Prezentul studiu a avut ca scop investigarea dacă TiO2 fotocatalitic de dimensiuni nanometrice are efect adjuvant și promovează sensibilizarea alergică atunci când este administrat în asociere cu OVA la șoareci.
Materiale și metode
Animale
Șoarecii BALB/cJ femele consangvinizate în vârstă de 5-6 săptămâni au fost achiziționați de la Taconic M&B, Ry, Danemarca și au fost adăpostiți așa cum s-a descris anterior [26]. Tratamentul animalelor a urmat procedurile aprobate de The Animal Experiment Inspectorate, Danemarca.
Produse chimice
OVA de ou de pui (CAS 9006-59-1) a fost de gradul V (puritate ≥ 98%) de la Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, SUA. Adjuvantul Al (OH) 3 provine de la Alhydrogel, Brenntag Biosector, Frederikssund, Danemarca.
TiO2 a fost VP Disp. W 2730 X de la Degussa AG (Frankfurt pe Main, Germania), acum Evonik Industries, care este o dispersie de 30% în greutate de TiO2 fumificat. Distribuția mărimii numărului de particule hidrodinamice a particulelor TiO2 a fost determinată prin spectroscopie de corelație a fotonilor utilizând un Zetasizer dinamic Zatter (Laser) (Malvern Inc., Malvern, Marea Britanie) echipat cu un laser He-Ne Clasa I de 4 mW, 633 nm . Rezultatele au fost calculate utilizând software-ul Dispersion Technology (DTS) versus 5.0 (Malvern Instruments Ltd.). TiO2 a fost suspendat în apă filtrată MilliQ de 0,45 μm, tratată cu ultrasunete și măsurată în cuve de polistiren de 1 ml de unică folosință. Pentru calcule, am folosit indicii de refracție (Ri) și de absorbție (Rs) pentru TiO2 rutil (Ri = 2.903; Rs = 0.100) și proprietățile standard pentru H2O. Densitatea TiO2 a fost stabilită la 4,25 g/cm3 .