MORPHOLOGICAL CHARACTERISTICS OF RATS SPLEEN WHEN EXPOSED TO THE NANOPARTICLES OF TITANIUM DIOXIDE

DOI: 10.22138/2500-0918-2018-15-6-830-839

L.A. Sharafutdinova, V.V. Valiullin

Download

Bashkir State University, Ufa, Russian Federation;
Kazan Medical University, Kazan, Russian Federation

Abstract. Introduction. Titanium dioxide (TiO2) nanoparticles (NP) are widely used among other modern nanomaterials. They have a number of consumer advantages associated with good photocatalytic activity, high chemical and thermal stability and relatively low cost. However, a rapid increase in the number of publications dedicated to the toxic effects of TiO2-NP on various organs and tissues indicates a high level of interest among the researchers in the biological safety of their use. This is primarily due to the fact that the effects of TiO2-NP damage to the various cellular types of the body and the reasons of such vulnerability are practically not investigated. Objective. To study the morphofunctional changes in the rat spleens after long-term oral exposure to TiO2-NP. Material and methods. Classical morphological approaches and specific markers: proliferation — Ki- 67 and macrophages — CD68 were used in this study. Spleens of rats after daily oral administration (10 mg / kg body weight of the animal, 28 days) of TiO2-NP (rutile form, 40-60 nm) were investigated. Serial paraffin sections of the spleen were stained with hematoxylin and eosin. The immunohistochemical staining was performed using antibodies to Ki-67, CD68. Results. Morphometric analysis of the spleen tissues of the experimental group of animals revealed an increase in the area occupied by white pulp; an increase in the total number of lymphoid nodules, among which the share of primary lymph nodes considerably increased; a decrease in the absolute number of cells per unit area in the zones of white pulp compared with the similar indices of intact animals. The immunohistochemical study revealed a decrease in the intensity of cell proliferation in all compartments of the spleen and an increase in the number of macrophages in the red pulp in response to the effects of the nanoparticles under study. Conclusion. Oral administration of TiO2-NP lead to negative changes in the structural and immunohistochemical characteristics of the rat spleens, corresponding to the immunodepressive state.

Keywords: nanoparticles, titanium dioxide, spleen, Ki- 67, CD68

There is no conflict of interest.

Contact details of the corresponding author:
Lucia A. Sharafutdinova
sharafla@yandex.ru

Received 21.12.2018

For citation:
Sharafutdinova L.A., Valiullin V.V. Morphologi¬cal characteristics of rat spleens when exposed to titanium dioxide nanoparticles. Vestn. Ural. Med. Akad. Nauki. = Journal of Ural Medical Academic Science. 2018, Vol. 15, No. 6, pp. 830–839. DOI: 10.22138/2500-0918-2018-15-6-830-839 (In Russ).

REFERENCES
1. Rompelberg C., Heringa M.B., van Donkersgoed G., Drijvers J., Roos A., Westenbrink S., Peters R., van Bemmel G., Brand W., Oomen A.G. Oral intake of added titanium dioxide and its nanofraction from food products, food supplements and toothpaste by the Dutch population. Nanotoxicology. 2016. No. 10 (10). pp.1404-1414.
2. Piccinno, F., Gottschalk, F., Seeger, S. Bernd Nowack B. Industrial production quantities and uses of ten engineered nanomaterials in Europe and the world. J Nanopart Res. 2012. No. 14. p. 1109. https://doi.org/10.1007/s11051-012-1109-9.
3. Hongbo S., Ruth M., Vincent C., Jinsbun Z. Titanium dioxide nanoparticles: a review of current toxicological data. Particle and Fibre Toxicology. 2013. No. 10 (15). pp. 1-33.
4. Songo B., Liu J., Feng X., Wi L., Shao L. A review on potential neurotoxicity of titanium dioxide nanoparticles. Nanoscale res Lett. 2015. No. 10 (1). p 1042.
5. Syed N.S., Zahir S., Muzammal H., Muzaffar K. Hazardous Effects of Titanium Dioxide Nanoparticles in Ecosystem. Bioinorganic Chemistry and Applications. 2017; doi.org/10.1155/2017/4101735.
6. Sharafutdinova L.A., Valiullin V.V. Morphological characteristics of the hippocampus of rats against the background of exposure to titanium dioxide nanoparticles. Rossiyskie nanotekhnologii = Nanotechnologies in Russia. 2018. No. 13 (3-4). pp. 104-107 (in Russ).
7. SSharafutdinova L.A., Fedorova A.M., Bashkatov S.A., Sinelnikov K.N., Valiullin V.V. Structural and functional characteristics of the spermatogenic epithelium of rats under the influence of titanium dioxide nanoparticles Byulleten ehksperimentalnoj biologii I mediciny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2018. No. 166 (8). pp. 241-245 (in Russ).
8. Karimipour M., Zirak Javanmard M., Ahmadi A., Jafari A. Oral administration of titanium dioxide nanoparticle through ovarian tissue alterations impairs mice embryonic development. J Reprod Biomed (Yazd). 2018. No. 16 (6). pp. 397-404.
9. Tsang M.P., Hristozov D., Zabeo A., Koivisto A.J., Jensen A.C., Jensen K.A., Pang C., Marcomini A., Sonnemann G. Probabilistic risk assessment of emerging materials: case study of titanium dioxide nanoparticles. Nanotoxicology. 2017. No. 11 (4). pp. 558-568. DOI: 10.1080/17435390.2017.1329952
10. Rollerova E., Tulinska J., Liskova A., Kuricova M., Kovriznych J., Mlynarcikova A., Kiss A., Scsukova S. Titanium dioxide nanoparticles: some aspects of toxicity/focus on the development.Endocr Regul. 2015. No. 49 (2). pp. 97-112.
11. Tassinari R., Cubadda F., Moracci G., Aureli F., D'Amato M., Valeri M., De Berardis B., Raggi A., Mantovani A., Passeri D., Rossi M., Maranghi F. Oral, short-term exposure to titanium dioxide nanoparticles in Sprague-Dawley rat: focus on reproductive and endocrine systems and spleen.Nanotoxicology. 2014. No. 8 (6). pp. 654-62. doi: 10.3109/17435390.2013.822114.
12. Heringa M. B., Peters R. J. B., Bleys R. L. A. W., van der Lee M. K., Tromp P. C., van Kesteren P. C. E., van Eijkeren J. C. H., Undas A. K., Oomen A. G., Bouwmeester H. Part Fibre Toxicol. 2018. No. 15. p. 15. doi:10.1186/s12989-018-0251-7.
13. Hong F, Yu X, Wu N, Zhang Y-Q. Progress of in vivo studies on the systemic toxicities induced by titanium dioxide nanoparticles. Toxicology Research. 2017. No. 6 (2). pp. 115-133. doi:10.1039/c6tx00338a.
14. Wang X., Reece S.P., Brown J.M. Immunotoxicological impact of engineered nanomaterial exposure: mechanisms of immune cell modulation. Toxicology mechanisms and methods. 2013. No. 23 (3). pp. 168-177.
15. Ngobili T.A., Daniele M.A. Nanoparticles and direct immunosuppression. Experimental Biology and Medicine. 2016. No. 241 (10). pp. 1064–1073.
16. Fu Y., Zhang, Y., Chang, X., Zhang, Y., Ma, S., Sui, J., Yin L., Pu, Y., Liang G. Systemic Immune Effects of Titanium Dioxide Nanoparticles after Repeated Intratracheal Instillation in Rat. Int. J. Mol. Sci. 2014. No. 15. pp. 6961-6973.
17. Ngobili T.A., Daniele M.A.. Nanoparticles and direct immunosuppression. Experimental Biology and Medicine. 2016. No. 241 (10). pp. 1064-1073. doi:10.1177/1535370216650053.
18. van Loveren H., Vos J.G., De Waal E.J. Testing immunotoxicity of chemicals as a guide for testing approaches for pharmaceuticals. Drug Info J. 1996. No. 30. pp. 275–279.
19. Hong F., Zhou Y., Zhou Y., Wang L. Immunotoxic effects of thymus in mice following exposure to nanoparticulate TiO2. Environ Toxicol. 2017. No. 32 (10). pp. 2234-2243. doi: 10.1002/tox.224.
20. Cesta M.F. Normal Structure, Function, and Histology of the Spleen. Toxicologic Pathology. 2006. No. 34 (5). pp. 455–465.
21. Li N., Duan Y. M., Hong M. M., Zheng L., Fei M., Zhao X. Y., Wang J., Cui Y. L., Liu H. T., Cai J. W., Gong S. J., Wang H., Hong F. S. Spleen injury and apoptotic pathway in mice caused by titanium dioxide nanoparticules.Toxicol. Lett. 2010. No. 195 (2–3). pp. 161–168.
22. Wang J., Li N., Zheng L., Wang S. S., Wang Y., Zhao X. Y., Duan Y. M., Cui Y. L., Zhou M., Cai J. W., Gong S. J., Wang H., Hong F. S. P38-Nrf-2 signaling pathway of oxidative stress in mice caused by nanoparticulate TiO2. Biol. Trace. Elem. Res. 2011. No. 140 (2). pp. 186–197.
23. Sang X. Z., Zheng L., Sun Q. Q., Li N., Cui Y. L., Hu R. P., Gao G. D., Cheng Z., Cheng J., Gui S. X., Liu H. T., Zhang Z., Hong F. S. J. The chronic spleen injury of mice following long-term exposure to titanium dioxide nanoparticles.Biomed. Mater. Res., Part A. 2012. No. 100 (4). pp. 894–902.
24. Sang X. Z., Fei M., Sheng L., Zhao X. Y., Yu X.H., Hong J., Ze Y.G., Gui S.X., Sun Q.Q., Ze X., Wang L., Hong F. Immunomodulatory effects in the spleen-injured mice following exposure to titanium dioxide nanoparticlesJ. Biomed. Mater. Res., Part A. 2014. No. 102 A. pp. 3562–3572.
25. Sheng L., Wang L., Sang X.Z., Zhao X.Y., Hong J., Cheng S., Yu X.H., Liu D., Xu B.Q., Hu R.P., 
Sun Q.Q., Cheng J., Cheng Z., Gui S.X., Hong F.S. Nano-sized titanium dioxide-induced splenic toxicity: a biological pathway explored using microarray technology. J. Hazard. Mater. 2014. No. 278. pp. 180–188.

Authors:
Lucia A. Sharafutdinova
Cand. Sci. (Biolog.), Associate Professor of the Department of Physiology and General Biology, Faculty of Biology
Bashkir State University
Zaki Validi Str. 32 Ufa Russian Federation 450076 sharafla@yandex.ru

Viktor V. Valiullin
Dr. Sci. (Biolog.), Professor of the Department of
Histology
Kazan Medical University, Kazan, Russian Federation
Butlerova Str., 49 Kazan Russian Federation 420012 sharafla@yandex.ru

 

Лицензия Creative Commons

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)

 
 
 

Authorization