文摘

金属氧化物纳米颗粒(MO NPs)越来越多地使用在许多领域广泛应用与工业药物输送。由于其半导体性质,金属氧化物纳米颗粒通常用于制造一些商业市场的产品,包括化妆品、食品添加剂、纺织、油漆、和抗菌软膏。使用金属氧化物纳米粒子用于医药和化妆品会导致不可避免的人类接触,需要一个合适的潜在有害影响的知识。本文提供了一个全面概述可能的毒性的金属氧化物纳米颗粒在斑马鱼在成年和增长阶段,重点是氧化应激的作用。

1。介绍

工程领域的纳米材料得到了越来越多的关注在过去年人类健康科学、光电子学、农业、食品科学、和在日常使用的产品1]。金属氧化物纳米颗粒(MO NPs)显示迷人的理化性质,如良好的灵敏度、催化、选择性活动,不寻常的吸附行为和超顺磁的状态(表1)[2,3]。不同的研究专注于简单高效的合成方法,其中几个实施“绿色化学方法,因此提供了各种不同的策略,以有效地达到预期的大小、形状、结构、形态、稳定和nonagglomeration。莫NPs的一个最重要的优点是易于功能化的表面改性使众多分子来提高其稳定性和生物相容性4]。因此,莫NPs作为一种很有前途的生物医学应用程序的工具。金属氧化物纳米粒子以其抗菌性(5,6和细胞毒性的影响2]。纳米粒子的合成方法中扮演着一个关键的角色在决定他们的属性,即。,他们的生物和光学特性。例如,纳米颗粒越小,似乎越高是他们发挥的抗菌活性2,7]。此外,由于金属核心,莫NPs可以作为等离子体共振代理商,在癌症治疗和开展(表1)[3,8]。

不同种类的莫NPs在商业化利用日常生活产品和生物医学应用(表1)。最常应用的对应于三种类型的莫NPs,二氧化钛(TiO₂)、氧化铁(IO)和氧化锌纳米颗粒(氧化锌)。TiO的₂和氧化锌纳米粒子广泛用于防晒霜由于能力减弱紫外线辐射和抗菌试剂鉴于其抗菌性能。另一方面,IO NPs受聘在一些医学应用,如hyperthermia-based抗癌疗法和缺铁贫血治疗,以及核磁共振成像(MRI)。

的不断增长的需求和使用纳米技术不可避免的对环境的影响问题。在这个框架中,TiO₂、IO NPs和氧化锌纳米颗粒可能即被释放。,via bathing and cause any toxic effects in the aquatic habitats [9]。由于金属氧化物纳米粒子暴露于人类和广泛应用于日常生活和工业的内容,他们ecotoxicological概要文件应该评估(1]。金属氧化物纳米颗粒存在一些不良缺陷他们(10)细胞内化和与DNA的相互作用,蛋白质和细胞器。在这里,他们可以诱导活性氧化物种的形成(ROS)和干扰的抗氧化机制。ROS的过度生产,积累在细胞和组织,随后导致氧化应激和脂质过氧化作用,DNA损伤,炎症和细胞死亡11]。毫无疑问,这与纳米粒子的渗透能力提高细胞的毒性作用[2]。ROS通常包括单线态氧(¹O₂)、羟基自由基(·OH)和超氧化物自由基(O₂·^{- - - - - -})[12]。多余的活性氧可以检测到missregulation抗氧化酶的基因或他们的活动。在这种背景下,表达式和活动的超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GP)及谷胱甘肽S-transferase(销售税)是最常见的评估。SOD催化作用的歧化超氧化物阴离子(O_{2 -}(O)氧气₂)和过氧化氢(H₂O₂),猫和GP降低过氧化氢水平。销售税,而不是通过消除谷胱甘肽在解毒过程中发挥作用。正常的调控对细胞的生存至关重要。另一方面,为了防止生产和催化ROS之间的不平衡,各种cytoprotective基因可能影响。核因子红细胞两个相关因子2 (Nrf2)是一个转录因子,这种保护性的抗氧化作用,针对许多氧化还原循环酶,包括之前的命名(13]。在Nfr2目标基因的转录,ROS水平正常化,导致解毒和体内平衡的重建。

的一个主要因素被认为是负责任的莫NP-induced毒性是释放适当的金属离子和离子的固有细胞的毒性作用[11]。

因此,不仅有一个伟大的需要完全理解机制nanotoxicity还开发创新策略允许减轻这种影响,为了充分利用他们的潜力9对于我们的目的。大多数金属氧化物纳米颗粒的毒性资料研究了在体外莫NPs的悬浮液,在多种细胞类型,在活的有机体内在不同的无脊椎动物和脊椎动物模型。斑马鱼(鲐鱼类)代表之间的联系在体外细胞培养研究和在活的有机体内动物模型。斑马鱼胚胎毒性试验(ZET)也被称为生命早期阶段测试(ELS)是广泛接受作为一个有效的模型系统ecotoxicological评估效果和临床前在活的有机体内模型(14,15]。斑马鱼成为典范在活的有机体内纳米颗粒的毒性筛选由于几个特征16]。首先,斑马鱼和人类基因是高度保守。此外,斑马鱼快速增长,是透明的在人生的早期阶段,两个非常重要的特点,使学习容易发展。多种发育端点已经描述在胚胎阶段评估毒性,包括孵化时间,心包和卵黄囊水肿,脊柱弯曲,尾部畸形,鱼鳔异常,和死亡率(4,17,18]。这些表型,连同其他的特点,是可见的和可检测后的第一个五天受精的胚胎,允许因此斑马鱼为快速筛查。由于这些鱼的体积小,他们生产的大量的胚胎,不同的参数可以同时进行测试。使用斑马鱼的标准化测试来评估纳米材料引起的副作用允许收集可再生的和可靠的结果。这样做将允许抵消矛盾的结果在过去,实现其他模型系统,引入可控的偏见在实验设置。例如,很明显在评估中,不仅仅是测试的关键金属氧化物纳米颗粒也适当的金属离子释放他们。这是必要的,估计的直接贡献溶解离子毒性的建立和识别所涉及的潜在机制9]。

在这个框架中,我们专注于对斑马鱼胚胎和成年斑马鱼进行毒性研究,说明三种不同类型的金属氧化物纳米粒子的影响:二氧化钛(TiO₂)、氧化铁(IO)和氧化锌纳米颗粒(氧化锌)。不同的研究使用一种类型或两者结合分析粒子的毒性动力学行为的发展斑马鱼和/或成年斑马鱼。本文将提供这样的一个扩展的概述金属氧化物纳米粒子暴露对斑马鱼的影响而赋予更好的理解可能潜在的毒性机制,如诱导氧化应激和细胞凋亡鲐鱼类(图1)。

2。二氧化钛纳米粒子

二氧化钛纳米颗粒是一种最常采用的制造纳米粒子在各种应用程序中,包括建筑材料(21),医学治疗(22),个人护理和食品(23]。氧化锌和氧化钛被认为是“肝”(通常被认为是安全的)由美国食品和药物管理局(FDA)和由国际癌症研究机构24]。TiO₂是高度稳定,生物相容性,以及半导体材料。这和使用TiO的兴趣日益增强₂在我们的日常生活和一些应用程序由于其迷人的属性,如良好的光学性能、电气特性、耐久性、耐腐蚀(25][26- - - - - -28]。此外,因为TiO₂NPs是良好的催化剂,它们可以产生过氧化在紫外线(UV)照明。事实上,它们广泛应用在光催化应用(24]。TiO₂NPs是无毒的,由于他们的光学和紫外吸收特性,它们用于防晒霜,尽管有更多的限制欧盟比美国(EUR-Lex -32020 r0217 - EN - EUR-Lex)。的一个主要金属氧化物纳米颗粒的生物医学应用是其作为药物载体24]。例如,TiO₂NPs是携带道诺霉素(医嘱),可控释放药物的抗癌药物,通过降低pH值从7.4到5。这样,医嘱的副作用可能会减少,和癌细胞的细胞毒性增强由于改善了药物在细胞的渗透29日]。另一个例子显示TiO的抗癌活性₂NPs来自那些准备TiO Masoudi等人的作品₂NPs与盐酸阿霉素(阿霉素)诱导细胞毒性30.]。此外,随着其他莫NPs, TiO₂NPs用于组织工程和抗菌的应用程序31日]。TiO₂也用作生物传感器,例如在纳米线中,识别细菌吗单核细胞增多性李斯特氏菌我n高特异性的食物(32]。金属氧化物纳米颗粒可以诱导氧化应激反应的生产,用于癌症细胞毒性的一种重要特征。考虑上述所有应用在医学上,验证生成的活性氧水平的关键是无毒的33]。总之,TiO的广泛使用₂NPs导致不可避免的释放在水生环境中,对生态系统和生物产生有害的威胁。出于这个原因,TiO的不利影响₂NPs需要考虑和评估。在过去的几年中,不同的毒性研究已经阐明TiO的体外和体内的行为₂NPs及其biointeractions几个细胞株和动物模型。特别是,一些作品TiO的潜在有害影响评估₂NPs在胚胎和成年人(表2)。

2.1。TiO的影响₂NPs在开发

第一个研究斑马鱼的二氧化钛biointeraction报道他们的无毒性34- - - - - -36]。朱等人已经评估了二氧化钛纳米颗粒对斑马鱼的影响增长,报告与高剂量治疗胚胎(TiO的500 mg / L)₂NPs并未导致明显降低存活率或延迟的孵化率或形态异常的存在(34,37]。然而,幼虫接受低剂量的纳米粒子行为改变在120小时后受精(高通滤波器)。在剂量的0.1,0.5,1 mg / L TiO₂NPs,幼虫有显著降低速度和更高的活动水平控制的样品相比,在更高浓度的5和10 mg / L没有任何变化。这些扰动可以归因于生理损伤或TiO引起的神经毒性₂NP处理(37]。此外,这种类型的非线性关系concentration-reaction先前已经显示(38,39]。这种非单调的行为可能与叠加组成的线性浓度交互生物配重平衡。之前的工作在不同的水生物种表明,虹鳟鱼(40和鲤鱼41)处理TiO₂NPs吉尔损伤,包括融合和纤维增生和薄片和水肿。这些损害可以表明减少氧气的假设和改变活动的能力。另一方面,两种治疗鱼类大脑氧化应激(40,41),可能导致神经毒性效应(42]。评估的潜在影响氧化应激在TiO的扰动指出₂NP-exposed斑马鱼的胚胎cotreated抗氧化化合物,南汽,和/或抗氧化剂抑制,谷胱甘肽合成的抑制剂,buthionine sulfoximine (BSO) [37]。使用剂量的BSO和南汽5和50μM,分别,而选择TiO的浓度₂是一个涉及行为变化(1 mg / L)。cotreatment并未导致扰动在孵化或存活率或畸形。此外,南汽或BSO没有修改行为引起的扰动二氧化钛纳米颗粒。这个观察表明,氧化应激,可以与其他进程。提到的研究表明测试TiO的无毒性₂NPs。然而,潜在的二氧化钛纳米粒子生成活性氧在光照下表明他们可以诱导photo-dependent地负面影响。此外,随之产生的氧化应激可以导致脂质,蛋白质,或最终的DNA损伤和细胞死亡43,44]。为了验证这一假设,依兰等人TiO的斑马鱼胚胎不同剂量治疗₂NPs在金属卤化物灯(45]。首先,TiO的溶液₂NPs照明源生成下一个重要的活性氧。治疗的存活率和TiO照亮斑马鱼₂NPs了致命剂量的300μg / mL,胚胎被暴露于纳米粒子而不是发光值优于1000μ克/毫升。通过增加曝光时间8天,所有的照明幼虫的剂量100年去世μ克/毫升。联合曝光的光和纳米粒子也导致了不同的畸形,影响普遍地,尾巴,蛋黄,和心脏45]。此外,ROS生成TiO为首₂NPs在治疗的胚胎和幼虫演示了通过使用dihydroethidium(她)在活的有机体内荧光超氧化物指标。样品处理TiO₂NPs和发光的荧光,报告ROS的存在。此外,使用转基因斑马鱼,Tg(是:eGFP),使氧化应激反应在斑马鱼中直接的观察。特别是,一个剂量的 μg / mL照明下生成DNA损伤。相同的作者对斑马鱼胚胎与不同浓度(0.01到10 000 ng / mL)两种不同批次的二氧化钛纳米颗粒较长时间窗口(在受精后23天,dpf)检测随后由于ROS生成和增加影响,如破坏大分子(46]。显著的死亡率是观察到的所有测试剂量相比,控制样品。在正常条件下,一定数量的斑马鱼不生存在蜕变时期,当他们尤其脆弱。光照和TiO₂NPs加速死亡的鱼在这个人生阶段。此外,纳米颗粒诱导独特的异常和扰动的增长。的胚胎和幼虫显示大小,减少不发达鳍射线,颅面结构的变形、缺失或异常组织的色素沉淀。1000年幼虫处理μg / mL鱼鳔只有单个叶。此外,一个重要的增长8-hydroxy-2 - - - - - -脱氧鸟苷(8-OHdG)检测ELISA透露表明氧化应激和细胞内的损失。另一项研究探索的影响大小的biointeractions citrate-functionalized TiO₂NPs在斑马鱼在开发照明(47]。斑马鱼暴露在6、12或15 nm大小citrate-TiO₂NPs 120高通滤波器。最小的NPs (6 nm)提出的有害影响存在剂量依赖的相关性最高,LC50 23的价值μg / mL;12和15海里的LC50 NPs共610名μ分别g / mL,不检测。此外,裸露的幼虫显示一些表型异常,包括不透明的蛋黄,轴向曲率,颅面缺陷,卵黄囊,心包水肿。另一方面,高水平的氢氧自由基(˙哦)和活性氧检测到使用特定指标,3 - - - - - -(p-aminophenyl) (APF)和荧光素乙酰酯5 - (6 -)chloromethyl-2 ,7 - - - - - -二乙酸dichlorodihydrofuorescein (CM-H2DCFDA)。检测到的值高6 nm NPs比12和15 nm NPs (47]。

约万诺维奇等人TiO的潜在神经免疫效果评估₂NPs一起注射羟化富勒烯在斑马鱼的耳泡(48]。为此,不同的基因的表达与免疫系统和神经系统进行了分析。coinjection的三个集群的差别导致了对这些基因,与昼夜节律,运输、贩卖水泡,免疫反应。

由于伴随在水生环境毒物和纳米颗粒的存在,他们的联合效应在斑马鱼进行测试。尤其是,三个不同的研究评估的综合影响五氯苯酚(PCP),或deca-BDE(12 - 209),或双酚A与二氧化钛纳米粒子,评估可能的效果影响鲐鱼类增长(49,50]。卡式肺囊虫肺炎和TiO的研究效果₂NPs主要关注基因毒性和氧化应激的评估(49]。生存和孵化率的值样本处理卡式肺囊虫肺炎和卡式肺囊虫肺炎+纳米颗粒都是相似的,而畸形的发生率较高coexposed斑马鱼幼体暴露出来。关于氧化应激,斑马鱼治疗只有纳米粒子提供了一个改变在谷胱甘肽含量、SOD活性和丙二醛,而没有增加活性氧产量显示与对照组相比。然而,coexposure卡式肺囊虫肺炎和纳米颗粒鱼导致了SOD活性下降,谷胱甘肽含量相比,卡式肺囊虫肺炎治疗的示例。此外,coexposure导致活性氧的增加生产和重要的MDA水平相比单一治疗。同样,coexposure两个基因的一个重要upregulation引起,与谷胱甘肽代谢和氧化损伤,sod1和nrf2(49]。这些发现表明,氧化钛纳米粒子增强卡式肺囊虫肺炎的新陈代谢,导致斑马鱼基因毒性,氧化应激在他们的发展。在另一项研究中,12的影响或者12 +纳米粒子研究的胚胎7 dpf (50)强调神经发育和甲状腺组织。生存和孵化率的样品处理12或者12 +纳米粒子有类似的生物参数值超过90%。因为以前的工作报告甲状腺内分泌干扰由12 - 209 (50)的值被发现。样品cotreated 12和纳米颗粒导致一个重要的增加甲状腺素(T4)值相比只接触毒物的人。没有区别的triiodothyroxine (T3)水平被发现。不同的基因与TH监管的分析,和新陈代谢的一个重要upregulation报道甲状腺球蛋白(的表达tg)、促甲状腺激素β(tshβ),iodothyronine deiodinase 2 (dio2)基因,在cotreated幼虫。相同的控制进行基因在斑马鱼神经发育。Downregulations的α1-tubulin和methyl-CpG-binding域(mbd)基因被发现,而生长-蛋白43的表达(gap-43)基因是正常cotreated鱼。根据这些结果,同样的表情mbd蛋白质的摄动,而之一α1-tubulin并没有受到影响。Coexposed幼虫也提出了减少游泳速度(50]。这些发现报道,TiO₂NPs增强12的新陈代谢。此外,斑马鱼12 +纳米颗粒的接触导致神经发育毒性和甲状腺内分泌干扰。这项研究由一个方舟子等人一起证明TiO₂NPs能吸收毒物,这表明毒性评估污染应该考虑的copresence二氧化钛纳米颗粒。同一研究小组调查TiO的影响₂NPs与强调视网膜神经发生在一个平行的研究(51]。TiO的胚胎处理1 mg / L₂直到72年NPs高通滤波器显示正常的表型,没有增加死亡率或重大畸形的发生率。此外,无调性的表达式相同器官7 (atho7)治疗视网膜的鱼被发现类似于控制使用原位杂化。此外,不同的细胞的表达研究通过免疫染色(Zn12 Zpr1, Zpr3抗体),这允许进一步研究神经元分化。在3 dpf,视网膜的所有组件(视锥细胞、神经节细胞和棒)是在所有的分化良好型的样本,展示TiO的缺失₂NP-induced对神经发生的影响(51]。最后,小胶质细胞迁移的分析揭示了缺乏扰动在巨噬细胞迁移的视网膜和大脑处理幼虫。另一个工作评价双酚A的毒理学资料(4,4 - - - - - -isopropylidenediphenol,双酚a)和TiO₂NPs (52]。鱼只有TiO治疗₂NPs显示正常的存活率与对照组相比,没有重要的畸形。另一方面,治疗后TiO的40 mg / L₂NPs,孵化率是重要的是降低了。合并后的暴露在BPA和TiO₂NPs导致明显的剂量依赖性降低幼虫存活率和诱导不同的畸形,如脊椎变形、弱色素沉着,心包水肿。这些异常激烈得多cotreated斑马鱼相比只与双酚a的治疗。这些发现,正如前面的毒物分析,证明了化学效应是增强TiO的存在₂NPs。合并后的影响,在所有三个案例(卡式肺囊虫肺炎、12和双酚a),造成有害影响的增强作用。

另一项研究评估TiO的毒性₂NPs结合胡敏酸(HA) [53]。HA的存在导致胚胎的存活率的变化。的确,鸡蛋只有TiO治疗的存活率₂NPs是85%,增加到95% HA的存在。这表明,HA的存在减轻了TiO有害影响₂NPs。

同年,法里亚等人的氧化效果评估三个不同的二氧化钛纳米颗粒聚集(NM TiO₂)在太阳照射的存在与否54]。这些聚合物不同的晶体结构或涂层:- 103和nm - 104 (TiO的89%₂,主要晶体粒度20海里),P25 (TiO的99.5%₂和21海里)的主要尺寸,小型化TiO₂(98.5% TiO₂参与表面)。三个总量并不影响对幼虫的生存和孵化率和诱导显著异常胚胎/幼虫。只有一个剂量的小型化TiO₂引起了幼虫的长度缩短。除了一般的SOD活性下降,谷胱甘肽水平深感不安。然而,photo-oxidative应力分析表明,P25 NPs产生聚集,导致活性氧物种的最高水平相比其他纳米TiO₂。综上所述,二氧化钛纳米颗粒聚集没有造成强烈的毒性或死亡率斑马鱼在开发。

另一项研究评估了TiO的潜在毒性₂NPs与特定的生产技术,采用高能球磨(HEBM) 15 h,相比大部分粒子(55]。LC50的确定值是90μg / mL类似散装NPs(95之一μg / mL)。令人惊讶的是,TiO₂NP曝光增强胚胎的孵化率。的胚胎和幼虫提出了一些异常(包括身体和器官)。最后,ROS的分析显示TiO的较低水平₂NPs HEBM产生的方法,而大部分。同一研究小组在TiO再次集中他们的注意力₂NPs用铣散装TiO HEBM方法₂粒子的不同时期(5、10和15 h)。暴露了胚胎的存活率和孵化率显著减少或增加,分别以剂量依赖性的方式。在这两种情况下,最强的效果被发现对胚胎/幼虫TiO对待₂NPs研磨最长的时期(15小时)。因为不同研磨时间允许修改NPs的大小和电荷,可以评估这些变化引起的潜在影响。特别是,评估生物参数被发现依赖于NP磨时间。此外,通过使用一个在活的有机体内和在网上计算方法、脂肪变性、凋亡和氧化应激进行了评估。令人惊讶的是,5 h,铣削TiO 15 10 h, h₂NPs导致ROS淬火。这个特殊的工业TiO的行为₂NPs可能可能是由于氧空位的生产在HEBM方法。此外,分析中性脂质可以确定TiO的扰动₂NP-induced脂肪变性。斑马鱼TiO处理₂NPs显示浓度的脂质积累的不同区域的动物,包括尾巴,头,脊索。此外,吖啶橙染色显示大量的凋亡细胞样品接受TiO的尾部和头部₂NPs。不同的计算进行了调查,揭示了NPs的交互sod1基因,参与活性氧的生产,或apoa1a61(apo-lipoprotein)或对接肿瘤蛋白质53 (tp53)与TiO蛋白(凋亡因子)₂NPs。这些分析允许了解脂质积累的关键作用和ROS TiO的淬火₂NPs在斑马鱼毒性的发展。特别是,TiO的生产₂NPs通过HEBM方法导致了变化不仅在电动电势和形成的纳米颗粒的大小,但重要的是氧气的空缺,造成有害影响。此外,变更的活动sod1引起的扰动tp53。最后的途径引起脂质改变、细胞凋亡和氧化应激(56]。

即使不同的研究已经分析了TiO的影响₂NPs在最常见的毒理学终点(孵化、存活率和异常),进行更深层次的研究来评估孵化率在不同的时间点(34,58岁的82年,106年和130年高通滤波器)胚胎不同TiO的接触₂NPs剂量(0.01、10和1000毫克/毫升)(57]。73%的胚胎暴露于TiO的最高剂量₂NPs孵化过早34至58小时接触后(hpe)与对照组相比,只接触正常的媒介(58 - 82 hpe)。这表明TiO的存在₂NPs可以诱导过早孵化的胚胎。

超微TiO的影响₂NPs (USNPs)(1 - 3海里,100,和1000 mg / L)重点在斑马鱼血管毒性研究开发(58]。简单的浸泡TiO的最高浓度₂USNPs (1000 mg / L)诱导100%死亡率和一起中间剂量(100毫克/升)推迟孵化。没有血管的影响指出120高通滤波器。另一方面,胚胎注射与TiO 0高通滤波器₂USNPs (1 ng /胚胎)提出了一些畸形如动脉瘤和心包水肿,而注入的循环系统48高通滤波器不存在任何扰动或血管毒性。评估特定的对血管生成的影响,鸡蛋被浸泡治疗或注射TiO的100 mg / L₂USNPs。在这两种情况下,纳米颗粒导致减少的长度增长节间血管(isv)。理解的机制对血管生成的影响,相关基因的表达参与血管毒性评价。肌凝蛋白的表达IC (Myo1c),参与肾小球发展,受到TiO的影响₂USNPs。这些数据展示了第一次血管超微TiO的影响₂在开发过程中对斑马鱼。

涂层的影响,TiO的毒性大小₂NPs被暴露评估胚胎与不同大小的纳米颗粒(4、10、30和134海里)准备在6不同浓度(50,500年,5000年,50000年和250000年μg / L) (59]。TiO₂NPs 4和30 nm并未对斑马鱼产生毒性,而10和134 nm低影响死亡率在5000年和250000年μ分别g / L。此外,胚胎处理不同大小的NPs,各自的剂量没有坏死细胞或只有一个低数量的。金属蛋白2(是)的表达原位杂交被发现与控制样本。这些发现与之前的研究一致,报告TiO的缺席或低毒性₂NPs。

同时,TiO的具体可能的神经毒性₂NPs在斑马鱼在开发评估(60]。治疗胚胎/幼虫的存活率的变化还没有与控制样本。相反,孵化率降低,畸形的发生率显著(尾曲和心包水肿)96观察高通滤波器。此外,幼虫的行为是影响纳米颗粒的治疗,减少总距离的游泳的幼虫在96高通滤波器相比,控制。这表明TiO的毒性作用₂NPs,但没有随之死亡。TEM照片显示,一旦内化的胚胎,TiO₂NPs可以穿过血脑屏障(BBB)和定位在大脑的幼虫。高活性氧产量与顺向发现氧化应激处理幼虫。另一方面,组织学分析显示下丘脑细胞凋亡水平高。此外,α-突触核蛋白基因的分析(α-syn),帕金,泛素c端水解酶L1 (uchl1m),pink1与路易体的形成,揭示他们的upregulation60]。最后,斑马鱼幼体提出了一个减少多巴胺能神经元。所有这些发现强调,TiO₂NPs诱导效应类似于帕金森病(PD)的症状。

自从TiO₂NP可以与重金属在水生环境中,很少有研究评估了对斑马鱼TiO的影响₂NPs和Pb cotreatments61年,62年]。为此,斑马鱼胚胎coexposed TiO₂NPs (0.1 mg / L),几个剂量的铅(0、5、10、20和30μg / mL) (61年]。孵化和存活率相似的样本cotreated或只接触两种化合物之一。然而,负面影响在器官形成的认识只是coexposed幼虫。评估的潜在影响的cotreatment甲状腺内分泌系统,T3和T4的水平确定。减少在T3和T4水平观察斑马鱼服用30μ克/毫升的Pb单独或与所有Pb + TiO的剂量₂NPs。另一方面,任何改变被发现在胚胎只有NPs暴露。此外,的表情tg基因和转体基因(竞技场队伍)表达下调的基因被发现,而的促甲状腺激素(tsβ)在治疗导致调节,依靠这两个化合物。此外,基因声波刺猬蛋白前体(shha),gfap,α-tubulin,mbp,涉及中枢神经系统(CNS)的发展,是表达下调与样品接触不同剂量的铅。最后,幼虫coexposed呈现显著减少游泳速度。所有这些扰动表明TiO₂NPs可能诱导毒性甲状腺内分泌系统和斑马鱼的中枢神经系统的发展61年]。在类似的研究中,胚胎处理铅或铅+ TiO₂NP与后续净化2天(144小时)(62年]。TiO之间的吸收和复杂的形成₂NPs和铅被透射电子评估microscopy-energy色散分光法(TEM-EDS)。治疗胚胎/幼虫的生存和孵化率85%的调查情况。显著扰动观察两个生物参数只有在40μg / L Pb + TiO₂NPs相比,样品处理铅。此外,coexposure领导也减少幼虫游泳速度。这个扰动运动行为符合过去苗族等。进一步研究发现,基因的表达与大脑的形成和发展,具体地说,这些编码神经胶质原纤维酸性蛋白(gfap),HuC (elavl3),synapsin花絮”(syn2a)进行评估。在差别一个对这些所有三个基因的表达。这些结果表明,TiO的存在₂NPs可以提高铅的神经毒性效应在斑马鱼在开发62年]。

最近的一项研究已经深入TiO的具体的和潜在的神经毒性效应评估₂NPs在鲐鱼类(63年]。斑马鱼治疗直到6 dpf 4不同剂量的纳米颗粒(0.01,0.1,和1.0 mg / L nano-TiO₂和1.0 mg / L micro-TiO₂)。生存和孵化率不受任何接触,而幼虫的体重和长度为1.0 mg / L nano-TiO下降₂以及时间和游泳速度旋转。转基因的处理线Tg (HuC-GFP)和Tg与nano-TiO (hb9-GFP)₂分别造成扰动在神经发生和运动神经元轴突长度。同样,基因的表达α1-tubulin,mbp,gap43与轴突生长和基因”和elavl3参与神经发生,摄动。它可以因此得出结论,nano-TiO₂诱导斑马鱼神经毒性效应,特别是在运动神经元轴突生长和神经发展。

唐等人评估胚胎的毒性与高剂量的TiO长期治疗₂NPs (100 mg / L) [64年]。但是,没有重大变化观察孵化,生存,或畸形率。

只有一个工作评估TiO的涂层的影响₂NPs在斑马鱼在开发过程中65年]。鸡蛋被暴露于TiO₂NPs或TiO₂NPs与聚电解质表面在光照或黑暗。特别是,纳米颗粒被涂上一层聚(4-styrene磺酸钠)钠盐(PSS,阴离子)(TiO₂NPs / PSS)和盐酸polyallylamine(阳离子、多环芳烃)(TiO₂NPs / PSS / PAH)。没有观察到的存活率的变化对所有的样品在两种条件下接受治疗。此外,酶的基因表达膜蛋白- 2 (Pxmp2),缺氧的一个标志,低氧诱导因子1 (HIF1)膜的标记功能,SOD2氧化应激的标记,暴露于裸TiO的样本₂NPs, TiO₂NPs / PSS和TiO₂NPs / PSS /多环芳烃测定。的水平SOD2信使rna产生扰动,在光照和黑暗条件下的不同的治疗方法。Pxmp2在所有的情况下表达是正常的。的mRNA水平HIF1提出了一个重大的变更只有当照明下的实验研究。这些发现表明,TiO的毒性₂NPs可以受到几个因素的影响,包括存在/缺乏光照和表面涂层。

2.2。二氧化钛纳米颗粒对成年人的影响

研究二氧化钛纳米颗粒对成年斑马鱼的影响是有限的。Griffit等人治疗成年雌性斑马鱼与二氧化钛纳米颗粒对鳃和分析其可能的影响方面的形态变化和扰动基因模式。二氧化钛NPs没有显著改变治疗的24和48 h后鳃组织病理学(35]。此外,转录活动的调查揭示了重要的变化在171个基因的表达治疗48 h后,111个基因表达下调和60调节。有趣的是,这些基因是参与核糖体的功能(35]。

2011年,王等人进行了长期(91天)和慢性治疗与氧化钛纳米粒子斑马鱼,关注潜在的对生殖的影响(66年]。9周后,雌性TiO对待₂NPs开始生产数量减少的鸡蛋。此外,产生的胚胎暴露女性的死亡率呈现2 dpf的死亡率的增加。这一观察表明,与TiO长期治疗₂NPs损害斑马鱼的生存和繁殖。自生成的减少数量的卵女性folliculogenesis可以链接到一个问题,对卵巢进行组织学分析。TiO₂NPs造成扰动在卵泡阶段,报告一个街区的发展可能由于纳米粒子与毛囊(图交互2)。卵母细胞的基因表达与发展是评价微阵列的卵巢组织。TiO的0.1和1毫克/毫升₂NPs导致多个基因的一个重要变更(1043下调2383年和471年调节/ 2069),展示一个扰动在卵巢的功能和成熟66年]。

拉姆斯登和他的研究小组研究了TiO的biointeractions₂NPs在斑马鱼14 dpf,关注生殖和不同的生理参数,如器官解剖学、血液学和渗透调节67年]。治疗成人没有出现行为异常或死亡。随着白细胞数量的改变只在最后一天的接触(14)的所有测试TiO的剂量₂NPs,这个观察可以忽略。整个数量的微量金属和电解质是正常时间窗口的调查。此外,钠⁺K⁺腺苷三磷酸酶活动在肝脏、鳃和大脑发现类似于控制,展示良好的渗透调节。然而,谷胱甘肽的值在同一组织中更高的成年人相比,控制的治疗。所有这些组织的组织学分析没有透露任何重大的改变。事实上,未发现动脉瘤或水肿鳃,一起没有parenchymatic肝脏的变化。大脑的形态结构和性腺结果正常。缺乏损伤显示通过调查组织的组织学分析建议缺乏细胞内的氧化损伤(67年]。这些结果与之前的研究一致由陈et al。37]。

两种不同配方的TiO的毒理学资料₂NPs(锐钛矿、助教或锐钛矿和金红石混合,TM,形式)对斑马鱼评估在不同的照明设置(可见光或可见光和紫外线)(68年]。没有检测到胚胎死亡率对待助教4至72高通滤波器在所有调查样本。百分之五死亡率目前只有96年以后高通滤波器组中接受TA紫外线照射下的100 mg / L。另一方面,斑马鱼接受TA紫外光照下显示较低的孵化率和缩短幼虫体长。TM治疗导致鸡蛋凝固和扰动的幼虫平衡所有的样本,而生存和孵化率显著减少和增加,分别只有在紫外线。在紫外光照下,生化标记的分析揭示了酸性磷酸酶的酶活性,减少销售税,和猫68年]。这些变化表明氧化应激状态。

Akbulut等人他们的研究集中于TiO的潜在的和特定的影响₂NPs在卵巢。为此,成人治疗5天用不同剂量的纳米颗粒(1、2和4 mg / L)。分析是由使用组织学染色(石蜡切片苏木精和伊红)和透射电镜(69年]。几个TiO的毒性作用₂NPs观察卵巢。样品处理毛囊的结构变化和变性。特别是,几个在细胞质液泡化显示明显的特定的细胞死亡形式(paraptosis、类型III)。此外,组织显示线粒体囊泡形成和染色质缩合(图2)。此外,线粒体肿胀,细胞有丝分裂灾难。因此,TiO₂NPs导致成年斑马鱼和抑制paraptosis卵子发生。这些发现符合王等人的以前的工作与斑马鱼发展(66年]他们报道的扰动在女性生殖,folliculogenesis明显缺陷。

TiO的影响₂NPs在睾丸被治疗的进一步研究斑马鱼1 mg / L, 2 mg / L, 4 mg / L的纳米粒子,随后的解剖,和固定的睾丸,最终分析部分的TEM (70年]。TiO₂NPs在剂量依赖性的方式影响了睾丸,导致线粒体肿胀,嵴和退化在精母细胞和支持细胞(图2)。斑马鱼暴露TiO₂NPs提出大量的坏死细胞。随着TiO₂NP-induced睾丸支持细胞造成损伤的变化形态、相应生育不能排除可能的负面影响。

评估TiO引起的潜在基因毒性效应₂NPs,成年斑马鱼暴露在NP剂量相似出现在水生环境中(1和10μg / L)对不同时间点(5、7、14、21、28天)(71年]。基因毒性的研究是使用三个不同的和互补的方法。首先,DNA损伤的程度是评估使用彗星试验。很大一部分的DNA碎片在斑马鱼检测治疗剂量的10μTiO的g / L₂NPs在5天达到最大值后14天相比,控制。此外,凋亡细胞的数量在斑马鱼暴露在相同剂量的纳米颗粒被扩散试验发现了10天的治疗后显著降低,支持与彗星试验获得的结果。此外,DNA损伤RAPD-PCR技术进行了进一步的分析。这个分析显示明显偏离控制DNA的乐队的成年人接触TiO模式₂NPs 14和21天,即使经过28天这个观察是部分减轻。相同的技术表明,基因组稳定性(GTS %)明显降低在14天之后恢复部分后28天。这些数据清楚地表明,最高的测试浓度(10μTiO的g / L)₂NPs引起基因毒性效应在成年斑马鱼暴露(14和21天后71年]。

唐等人评估TiO的毒性₂NPs在胚胎和成年人。这里,他们注意力集中的潜在影响NPs在肝脏、鳃、肠强调氧化应激(64年]。活动的消费税,猫,SOD进行成人接受不同剂量的纳米颗粒。所有这三个研究蛋白质的酶活性下降相比显著控制。特别是在鳃和肝脏,这些改变与诱导的氧化应激的一个条件。此外,没有重要的扰动在肠道内发现了他们的活动。这个观察可以归因于TiO的低吸收₂NPs摄入后在小肠。另一方面,猫的表情,SOD, GST基因调节的研究器官。它可以得出的结论是,尽管TiO₂NPs诱导upregulation抗氧化基因的机械、相应的诋毁蛋白质水平并不足以抵消ROS的产生,从而导致氧化应激在成年斑马鱼肝脏和吉尔。

在斑马鱼在开发的情况下,也成年鱼暴露TiO₂NPs (100μg / L)和双酚a(0、2和20μg / L)或其混合物为90天,了解可能影响肠道微生物群(72年]。TiO的cotreatment₂NPs和BPA肠道微生物群落的变化引起的。此外,TiO的影响₂NPs在斑马鱼发展,特别是肠道(氧化应激和炎症)被发现剂量和sex-dependent。由于cotreatment与氧化反应的不同Lawsonia和生丝微菌属。治疗与TiO的混合物₂NPs BPA会影响肠道微生物群,随之而来的影响鲐鱼类作为宿主。

后续的工作评估TiO引起的死亡率和伤害₂NPs(5和40 mg / L) (73年]。TiO的₂NP暴露与增加水中的细菌和动物的能动性。此外,增加肠道内的细菌被发现,而不是在尾和背鳍。放线菌,拟杆菌门,变形菌门被发现的肠道菌群失调的主要成分,含有大量的细菌在斑马鱼TiO对待₂NPs。这些发现表明TiO造成的斑马鱼死亡率之间的相关性₂NPs和细菌感染。

3所示。氧化铁纳米颗粒(IO NPs)

氧化铁纳米颗粒(IO NPs)可以设计各种各样的物理化学和生物特性,使他们一个有用的生物和医学应用的平台。由于他们的多才多艺的特点、胶体稳定,增加生物相容性和降解性,他们一直深入研究和实现诊所在过去几十年。氧化铁是一种天然矿物,它允许环保纳米颗粒(NPs)合成,而不需要依赖于潜在的有毒化学过程和昂贵的试剂。此外,它负责的固有属性,描述这些类型的磁性纳米颗粒(74年]。虽然IO NPs有不同的形状和大小,一般来说,它们共享一个基本设计,由磁性铁芯(主要是磁铁矿、磁赤铁矿或γ菲₂O₃生物和环境应用程序)由一个或多个晶体(15,75年]。基于此结晶核心,IO NPs可以分为三大类:微米大小的磁性氧化铁颗粒(MP IO),超顺磁的粒子(SP IO)显示一个水动力直径大于50 nm,超小的(USP IO),小于50 nm (76年]。由此可见,IO NPs外部磁场的反应(MF)是影响他们的成分,以及他们的尺寸5]。事实上,涂层不仅防止IO NPs聚合和保护他们免受环境影响,但重要的是授予其他生物分子的依恋的基础为可能的应用[创造大量机会77年]。值得注意的是,IO NPs是迄今为止唯一的类金属纳米颗粒被批准用于临床使用,即。在癌症bioimaging hyperthermia-based疗法,治疗缺铁(78年]。随着粒子的大小和表面涂层影响强烈biodistribution,几个医学应用开发相应的(79年]。聚合物coated-IO NPs是临床证明和广泛认可为磁共振代理商,他们可以进一步实现显示功能失调的过程(76年,79年,80年]。铁氧化物纳米颗粒在theranostic举行这样巨大的希望应用程序和广泛利用作为靶向药物输送系统由于其功能进行通用的功能化过程(80年,81年]。作为疏水性的IO NPs一般,亲水涂料层不仅改善其生物相容性,但允许进一步后续附件感兴趣的生物分子(81年,82年]。在这里,一个突出的例子是由贫血治疗,IO NPs已经成功地用于治疗许多年80年,82年]。相比之下,在癌症治疗中,IO NPs被实现为体内的细胞毒性和诱导凋亡作用,从而显著减少恶性细胞的数量(74年,78年]。事实上,IO NPs是唯一的纳米颗粒批准hyperthermia-based治疗人类,一种方法,利用他们的磁性的生成热当暴露于一个交变磁场(AMF) [78年,83年]。一个完全不同的方法不是基于一个类似的概念:它表明MF IO NP-labeled神经元细胞的应用程序允许机械刺激它们,因而诱导细胞反应,转导,例如,在神经突产物(84年- - - - - -86年]。实现可控磁指导的神经元可以提供重要的神经退行性疾病的认识和治疗知识在这个领域的研究很少。事实上,最近一些研究试图利用IO NPs的独特性质的组织工程和再生医学82年]。此外,IO NPs可以作为有效的催化剂,由于其特殊的理化性质,在大部分同行无法找到,因此,他们实现了成功解决很多不同的经济和环境问题87年]。

作为他们广泛的临床应用,证明了IO NPs毫无疑问显示高度的生物安全。然而,大多数研究评估IO NPs的细胞毒性细胞培养模型中执行系统和在整个动物缺乏系统(86年]。而在体外通常研究显示没有毒性,必须牢记,纳米颗粒可以仍然认定为入侵non-self-components生物体的免疫系统。在这里,他们可以触发免疫遗传的反应,如过敏反应,过敏、局部或全身炎症,免疫抑制,或所有的组合75年,78年]。大小、形状和表面涂层,而且管理方法,曝光条件,和主机本身,扮演一个角色的感应可能意想不到的健康效应IO NPs (15,88年,89年]。IO NPs的交互类型建立与免疫系统高度依赖他们的特点,这些管理最终biodistribution有机体。事实上,一些IO NP-based造影剂从市场撤回在一些国家造成不良副作用(72年]。在这种背景下,特别值得注意的几项研究揭示了免疫反应被刺激或IO NPs immune-suppressive [78年,89年]。特别是在高浓度时,IO NPs可以支持有毒副作用的结果90年]。

在过去的几年中,IO NPs进一步得到了越来越多的关注在商业和工业应用程序也同时增加了因此他们的释放在环境中15,91年]。这里,特别关注了水生环境中,估计关于广泛沉积口供担忧这些nanopollutants需求的准确评价ecotoxicological影响在这个利基市场,从而最终对人类健康(15]。由于全球不断增长的实现IO NPs在几个分支,这些粒子的沉积在不同的生活领域是不可避免的。几项研究已经因此集中在IO NPs在水生生物引起的不良反应14),特别关注斑马鱼。不同的研究阐明了可能的有害影响的IO NPs在开发和成年有机体(表3)。

3.1。IO NPs在斑马鱼上发展的影响

尽管IO NPs被广泛接受为无毒,必须注意不同的研究揭示矛盾的结果(92年]。一般来说,它必须区分主要和次要IO NP-dependent诱导毒性。后者,例如,诱导的炎症状态,以应对入口的NPs与后续生物激活下游的响应,如增加系统性的活性氧(ROS)水平。主要反应而不是需要NPs的胞内定位和涉及的反应发生在细胞水平上(88年]。几项研究表明,NPs会干扰的绒毛膜阻塞毛孔,限制因此营养和氧气的交换。然而,尤其是这个因素强烈影响IO NPs及其浓度的大小(15,89年]。通常,小IO NPs能通过蛋壳没有任何干扰,不引起任何胚胎毒性浓度不超过。此外,浆膜的厚度可以改变由于NPs坚持和积累其内部/外部表面,特别是在高浓度(15]。加上NPs在其表面的积累,这可能导致胚胎发展的阻碍和/或改变孵化由于缺氧和ROS的建立(15,89年]。由佩雷拉和他的同事们的研究中,没有观察到任何偏离正常孵化行为调查剂量的接触条件,和铁的形式,表明治疗不表现出任何不利影响在开发的早期阶段,可能没有负面干扰胚胎基因表达和/或绒毛膜表面(15]。从发展中胚胎孵化过渡点独立生存的幼虫,它是经常在毒性试验评估,因为它允许评估整体发展状况(75年]。然而,孵化时间点的偏差不能严格与毒性有关,随着孵出幼虫可能不会显示在以后生活不发达阶段的迹象。然而,没有一个孵化行为的改变可以表明这一事实超越了蛋壳的IO NPs积累的器官,在之后的时间点只显示其潜在毒性的斑马鱼的发展。的确,IO NPs携带柠檬酸及其溶解对应显示轻微的胚胎毒性作用后的曝光时间144 h (15]。然而,没有一个孵化行为的改变可以指示性的事实。然而,这种效果是显示剂量和exposure-type依赖。而治疗的幼虫γ菲₂O₃NPs导致高死亡率144 h当超过一定浓度后,致死剂量是根据风险类型不同。在这种情况下,静态接触(0.6 -10 mg / L)似乎更少的有毒,更高的浓度是诱导所需的死亡相比,semistatic设置(0.3 -10 mg / L) (15]。关于铁离子,没有观察到的不同类型的接触而导致高死亡率在所有团体治疗剂量> 0.3 mg / L。这些观察结果提示对这一事实的曝光条件IO NPs需要考虑建立nanotoxicity和诱导效应部分独立存在的铁离子。这是静态接触高剂量的IO NPs使治疗不增加死亡率相比,相同浓度的自由铁。稍微不同的趋势是观察到的关于神经毒性,评估自洽场,常见的标志的潜在神经毒性物质。而胚胎的自洽场处理IO NPs在静态和semistatic条件下没有透露任何神经毒性,这不是真正的溶解。这里,只有semistatic接触铁离子(5 mg / L)导致胚胎自发收缩,减少相比,低剂量(0.3、0.6 mg / L)和对照组。毒性作用的增加引起的自由铁离子相比,相同浓度的IO NPs加强假定适当的表面涂层可以减少IO NPs的潜在不利影响。这个假设是符合发现涂层γ菲₂O₃NPs诱导形态变化的低频斑马鱼幼体和胚胎相比,他们的同行在静态条件下溶解15]。然而,这不是真的semistatic曝光,大量畸形在哪里观察铁形式。此外,研究了浓度的IO NPs斑马鱼暴露的不改变的形态学参数静态和semistatic条件下144年。高剂量的游离铁离子(1.25和2.5毫克/升)诱导而不是显著的生理变化(即。,reduction of the area of the swim bladder, yolk sac, head height, and body length) under semistatic exposure. Nevertheless, by implementing uncoatedγ菲₂O₃NPs,这种效应被推翻,胚胎显示心包水肿,组织溃疡,和脊髓曲度15]。综上所述,IO NPs引起的毒性程度不仅是强烈影响的物理化学成分的表面NPs的曝光条件本身还可以加强不利影响明显。

另一项研究则发现延迟存在剂量依赖的相关性后胚胎孵化的孵化与刚果red-labeled菲96 h₃O₄(Cr@Fe₃O₄)。观察到的效果是两个剂量- (> 200μg / mL)和时间。尤其是,800年的最高剂量μg / mL诱导减少约70%在整个孵化行为。然而,正如没有不利影响的孵化是光秃秃的NPs在任何调查显示浓度,它可能会得出结论,有毒的影响是由于染料的存在(93年]。事实上,另一个可能是细胞毒性效应考虑IO NPs是由其表面结构。这是这一事实进一步证明了适当的表面涂层的IO NPs可以改善观察到的不良反应在一定程度上潜在的纳米粒子的物理化学成分的重要性再次感应的毒性和致畸性(89年]。事实上,它已经表明,特定的涂料,如右旋糖酐或聚乙烯,可以显著降低毒性的IO NPs广泛的浓度(77年,94年]。

做进一步调查这方面,奥利维拉等人报道的影响引出不同的涂料的SP离子感应毒性(77年]。除了经典的亚致死的端点,也评估行为模式后5天的暴露(运动、趋触性和逃避反应)。他们评估的影响不同的涂料:右旋糖酐(SP ION-DX)、壳聚糖(SP ION-CS) carboxy-silane (SP ION-T)、聚乙二醇(SP ION-T-PEG)和二氧化硅(SP ION@SiO₂)。每天的动物在那里进行评估死亡率,孵化率,使用立体显微镜和畸形。有趣的是,只有SP ION-CS导致斑马鱼胚胎的存活率降低管理时的浓度> 2毫米。更详细,致命的影响存在剂量依赖的相关性,并强调不断曝光的两天之后,导致死亡率100%后5天。报道在其他的研究中,高集中的降水NPs可能在这种不利影响的基础上14,77年,95年]。

接下来,孵化行为评估48至72高通滤波器。根据特定的表面涂层,轻微的差异显示。与死亡率的增加,动物治疗8毫米的SP ION-CS孵化之前就去世了。而2毫米的SP ION-CS和SP ION@SiO₂推迟了孵化,所有其他群体导致轻微过早孵化研究浓度。这一事实的调查IO NPs诱导任何形态畸形孵化5天之后,即使在最高剂量调查,支持适当的表面涂层可以支持的生物相容性IO NPs相比,相同剂量的光秃秃的NPs (14]。然而,随着动物处理高浓度的SP ION-CS已故前分析可能发生,在这种情况下,还没有致畸性的结论可以给。关于行为评估,类似于所观察到的孵化率,只有SP ION-CS(0.125毫米)和SP ION@SiO₂82毫米)显示偏差在他们的运动活动相比controls-although这些结果并不完全令人信服。所有研究粒子的anxiogenic效应可能被排除在外。然而,逃避反应,斑马鱼对待SP ION-CS, SP ION-T-PEG, SP ION@SiO₂明显下降的表现(77年]。这项研究由奥利维拉等人强烈申明表面涂层做减轻潜在毒性的IO NPs减少他们的反应,同时增加胶体的稳定性。然而,这种影响可能是双边。证明确实Jurewicz et al .,虽然携带某种化合物的IO NPs没有负面影响斑马鱼的发展,同样的化合物诱导毒性当独自管理相应的浓度(93年]。在这种情况下,一项研究评估了纯壳聚糖纳米粒子对斑马鱼胚胎的影响(96年]。这里,作者表明,壳聚糖诱导死亡率和孵化方式存在剂量依赖的相关性,结合形态学变化的感应。在这个毒性的基础上增加活性氧的水平,细胞凋亡和生理应激(96年]。这些发现可能证实的假设与纳米粒子的特性,表面涂层必须认真评估在评估潜在的毒性,可能生成这两个组件的组合。

为了进一步提高生物相容性,哈菲兹等人形成的IO NPs基于绿色化学的方法基于菠菜。斑马鱼的胚胎和幼虫被暴露于这些150 - 200纳米大小的水晶铁₂O₃粒子在不同浓度的几个时间点,从8到168高通滤波器。而浓度从1到5 mg / L并未透露任何毒性,高剂量50和100 mg / L的有害影响胚胎死亡率(100%),10 mg / L的LC50,伴随的延迟孵化。发展最敏感的体育场被确认24高通滤波器,相应的器官发生的时间点(97年]。事实上,在以前的研究报道,可能也在这种情况下,高浓度的IO NPs忙他们的聚合,特别是原始粒子由于其固有的稳定性降低(77年]。所确定的毒性作用可能是由于毛孔的阻塞绒毛膜的IO NPs的存在。然而,观察到毒性的早期阶段的发展主要是由于改变胚胎及其环境之间的气体交换,而不是IO NP组合本身(97年]。通常,IO NPs较小的尺寸被认为是比他们更大更多的有毒(98年]。这是因为小NPs呈现更大的活性表面积,因此理论上可以产生更多的活性氧。此外,较小的NPs通常更快退化,导致积累快铁(94年]。

朱等人的影响评估接触不同剂量的裸露的铁₂O₃NPs(0.1, 0.5, 1、5、10、50和100 mg / L)在斑马鱼的早期发展14]。为此,他们分析了胚胎、幼虫在不同时间点(6、12、24、36 48岁,60岁,72,84,96,120,144,和168 h)通过显微镜,强调生存,孵化率和形态畸形。首先,他们展示了IO NP浓度和孵化率之间的相关性,其中剂量> 10 mg / L诱导孵化发育迟缓和严重的毒性14]。事实上,高concentration-induced增加依从性的IO NPs绒毛膜是已知的改变不仅其厚度,而且其生理功能,其他的研究报道。干扰体内平衡的重要障碍,特别是气体交流的改变,可能导致活性氧积累,从而最终观察发育毒性(14]。特别是,建立缺氧与氧化应激的发生紧密相关(98年]。此外,朱等人的调查表明,类似的浓度哈菲兹et al。(-10 - 0.1 mg / L)的赤裸裸的铁₂O₃NPs没有表现出任何毒性胚胎或幼虫,而又更高的浓度明显降低可行性(75% 50 mg / L和45% 100 mg / L) 168年之后高通滤波器,LC50对应53.35 mg / L。胚胎生存的重要的是48高通滤波器后下降,从90%到25%在168高通滤波器,也表明这里的胚胎毒性作用发挥的NPs不仅取决于剂量还在曝光时间本身14,15,97年]。事实上,治疗期是建立一个关键金属氧化物纳米颗粒在水生生物的毒性95年]此外,严重的畸形,如心包水肿、组织溃疡,和身体变形,观察剂量> 50 mg / L。这些影响更强调为100 mg / L(治疗组14]。在极端情况下,治疗胚胎无法孵化,因此死亡。必须牢记,观察到的聚合形成和沉淀后的裸体IO NPs将它们添加到维护媒介,并将他们的胶体不稳定(尤其是观察剂量> 10 mg / L),可能会影响胚胎的有效浓度/幼虫受到[14,94年]。然而,斑马鱼胚胎/水底的幼虫,这种效果可能不如前所述,重要和严重毒性可能是由于观察到IO NPs强烈坚持生物体表面的局部增加释放铁的14,77年,97年,98年]。另一个重要因素,重要的是有助于IO NPs的毒性是NP的铁的状态;菲^{3 +}出现在Fe3O4 NPs显示比铁更大的毒性^{2 +}源于铁₂O₃NPs (94年]。例如,在肺癌细胞株A549,裸露的铁₂O₃NPs(20海里)并没有透露任何毒性浓度低于200μ克/毫升(99年]。有趣的是,虽然裸露的铁₂O₃已被证明是完全通过斑马鱼经过长时间的曝光时间,铁吗₃O₄粒子后仍保留在生物相同的时间跨度(95年]。这个观察可能表明,而第一批通过消化系统排出,后者的可能达到其他器官然后他们积累的地方。

一旦内化的有机体,许多研究已经描述了IO NPs的捕获细胞的免疫系统,及其随后的退化相伴与铁离子的释放78年,88年]。然而,在生理条件下,组织巨噬细胞是负责补充生物的铁需要清除衰老红细胞(One hundred.]。在生理条件下,游离铁离子隔离redox-inactive Fe的形式^{3 +},而只有一小部分用于细胞新陈代谢redox-active菲是可用的^{2 +}(94年]。在细胞吸收,IO NPs积累通常在溶酶体或核内体代谢,导致铁离子的释放94年]。尽管铁是参与重要的生化过程,其细胞内水平[必须严密监控One hundred.,101年]。可见,铁体内平衡的任何干扰可能影响细胞功能不利。重要的是,它已经表明,铁的积累在生物与氧化应激和病理条件的建立(75年,102年]。这是因为当超过铁储存能力,自由离子导致活性氧的生产和/或活性氮物种(RNS) [15,103年]。有趣的是,虽然2.5 mg / L的纯铁离子引起的死亡率为100%,这无法观察到的相同浓度的IO NPs调查。一般来说,γ菲₂O₃NPs显示低毒性相比他们的溶解与15]。在生物系统中,芬顿或Haber-Weiss反应生成活性氧分子的基础(One hundred.,104年]。铁是一种过渡金属,因此它很容易改变它的价,提供或接受一个电子98年]。菲^{2 +}与过氧化氢反应彻底的释放下哦(94年]。由此可见,铁的积累,因此菲^{2 +},导致细胞质内ROS的产生,从而可能导致细胞氧化损伤。尤其是对裸IO NPs将如此,曾经内源性释放离子容易,从而提高细胞内铁浓度令人不安的氧化还原内稳态(105年]。的确,佩雷拉等人表明semistatic接触铁诱导神经毒性在斑马鱼胚胎孵化24小时后,在完整的IO NPs对应相同的浓度并没有引起这种效应(15]。这是“增加自由铁”支持的生产高活性羟基原子团,促进脂质过氧化反应,进而进一步放大的自我维持的循环细胞毒性事件,因为它直接与铁离子反应(101年]。然而,ROS是一个正常的细胞代谢的副产品,它有一个关键的角色作为胞内信号分子,它的浓度通常是由细胞的抗氧化机制(106年]。特定的酶参与这个过程确保维护细胞内氧化还原内稳态(87年]。众所周知,接触外源性物质增加活性氧的生产。在特定条件下,比如IO NP-induced减少基因的mRNA水平的抗氧化防御系统或直接抑制他们的活动(89年],ROS能积累和发挥其毒性、有害生物分子DNA,最终导致细胞死亡(87年,One hundred.]。此外,在这种背景下,伴随的铁积累在细胞内与细胞死亡有关,由于氧化损伤(94年]。程序性细胞死亡是对不良刺激诱导的反应发生在胚胎发生的发展、畸形的发病是一个明确的迹象的毒性。据报道,细胞内铁含量的增加是与剂量相关的管理IO NPs (94年),解释因此加重毒性作用的引用研究实现更高的浓度。

几项研究显示,增加浓度的IO NPs诱导斑马鱼幼虫主要cardiotoxic效果,如心包水肿、心动过缓和心脏血液积累(14,15,98年]。IO NPs和铁心中积累优先显示这个器官的高亲和力,他们已知引起几种哺乳动物心肌赤字所示模型系统(15]。cardiotoxic效果,可见在斑马鱼胚胎和/或幼虫孵化后IO NPs post-fertilization从几小时,可能与暴露的失败相关细胞维持正常生理功能(15,104年]。佩雷拉等人表明citrate-coatedγ菲₂O₃NPs和铁离子明显降低心跳速度semistatic 48 h后曝光,后者的诱导死亡时出席最高剂量(10 mg / L)。静态接触γ菲₂O₃而没有产生任何效果与对照组相比。然而,曝光条件γ菲₂O₃和铁诱导增加胚胎显示心动过缓。更高的自由铁离子浓度(5和10 mg / L)导致有毒的胚胎在两个接触条件下。有趣semistatic暴露了整体的负面效果几乎为所有研究条件,突出的重要性,周围环境建立毒性(15,75年]。cardiotoxic效果观察和佩雷拉等人的诱导这些治疗方法应该与铁离子的积累在这个器官,能够诱发炎症,脂质过氧化(法律流程外包)和氧化应激与组织变性和细胞死亡有关。更详细,铁积累在心肌细胞产生剧毒羟基自由基的生产(15]。因此,毫不奇怪,自由铁离子诱导的管理对治疗更严重影响胚胎的IO NPs相比,虽然两铁形式显示毒性。

此外,最近的两项研究集中在低浓度引起的亚致死效应的磁赤铁矿NPs (77年,98年]。类似报道之前,大量的IO NPs将直接与孵化延迟和心脏功能障碍的感应98年]。心脏是第一个器官在胚胎发生功能,和cardiogenesis本身是一个最敏感的过程发生在开发过程中。此外,吸收后,IO NPs迅速针对这个器官由于血液循环。由此可见,环境污染物的有机体可能暴露在生命早期阶段会透露他们有潜在危险的影响,尤其是在这个器官,导致心脏缺陷。在斑马鱼,cardiogenesis发起5高通滤波器(107年),大部分的时间点有关IO NP曝光开始进行实验。最常见的目标实现的评估毒性诱导斑马鱼的化合物通常是心包水肿和心率改变,第一个指示功能障碍的一般状态,后者而不是指向一个有缺陷的心脏功能107年]。

类似的观察,这可能符合这一点,是由另一个研究小组(103年]。大部分研究应对IO NP-associated毒性鉴定ROS作为主要的玩家参与81年]。然而,以前所认为的相反,自由基的生产,而归因于反应发生在表面的IO NPs比氧化溶解的铁离子。Voinov等人表明裸表面的催化中心的礼物γ菲₂O₃纳米粒子是强负责生产的羟基自由基105年]。

Thirumurthi和他的同事们在最近的一项研究描述,增加铁的含量₃O₄纳米粒子引起的畸形通过触发几个途径激活的活性氧的积累在组织和器官98年]。更好地理解底层的现象,他们首先对斑马鱼胚胎静态数浓度的光秃秃的IO NPs(10、20、40、60、80、100、120和140 ppm) 96 h。在区分 ppm,他们只选择评估40和60 ppm的亚致死剂量进一步的实验。然而,结果是鲜明的对比与另一项研究由Malhotra et al .,浓度1000 ppm的裸露的铁₂O₃NPs没有引起任何胚胎死亡率暴露96 h后接触(92年]。Thirumurthi等人对动物生存的整个实验装置,孵化率,通过显微镜和致畸性的迹象。评估的潜在影响铁水平的不利影响,他们进一步测量组织中的铁含量使用电感耦合等离子体质谱法(icp)和SEM和评估溶解铁离子的数量中,与原子吸收光谱(AAS)的动物。正如作者感兴趣的潜在的潜在机制引发的裸体IO NPs,他们注意力集中在重要的生物标志物参与氧化应激。其中,变更活动的乙酰胆碱酯酶(疼痛),负责胆碱能传播,和Na⁺K⁺atp酶,参与渗透调节,是异型生物质毒性的警钟。此外,细胞凋亡,ROS,没有水平,随着法律流程外包和蛋白质羰基,标志蛋白质氧化各组之间进行评估。其他研究表明,IO NPs可能影响细胞的抗氧化反应,作者进一步调查的状态标记重要的抗氧化剂。描述在先前的研究中,作者揭示了剂量-时间杀伤力和延迟孵化60 ppm 40 ppm(10%和38%),同时与胶体不稳定的光秃秃的IO NPs交感性的高剂量。沉淀聚合的IO NPs立即板的底部导致了与胚胎的互动增加,而粘附绒毛膜和干扰毛孔限制氧化。关于以后的生活阶段,这是表明40和60 ppm导致致畸性增加20%和40%,分别。符合其他的研究,调查了剂量诱导减少心跳率60 ppm 40 ppm(24%和36%)。随着钠⁺K⁺腺苷三磷酸酶结合ROS是参与毒性,他们现在专注于这种酶的活性。他们发现了一个明显的剂量依赖性降低Na的活动⁺K⁺腺苷三磷酸酶。相反的效果得到了疼痛,治疗组中蛋白质含量增加。这种酶的改变活动与发育神经毒性有关。符合这些改变,Thirumurthi等人表明,在治疗增加剂量的铁₃O₄ROS的动物显示相应增加,法律事务外包,电脑,没有水平。随之增加的氧化剂,幼虫接受40和60 ppm显示凋亡数量升高身体与对照组相比。由于这些第一个结果,小组随后关注抗氧化机制,可以连接到IO NP-induced变更的观察效果。引人注目的是,大幅降低SOD,猫,与谷胱甘肽过氧化物酶(Gpx)活动是剂量依赖性的方式来评估的,因此解释细胞的失败来对抗氧化应激。如前所述,铁离子的积累被认为是参与氧化应激的建立。出于这个原因,作者评估铁在处理幼虫的数量。事实上,正是表明暴露动物铁浓度增加。综上所述,作者清楚表明,静态接触斑马鱼幼体96高通滤波器与铁₂O₃NPs导致显著增加氧化应激相伴的差别,对这些抗氧化剂机械(98年]。

这个观察是部分支持的另一个水生生物进行的一项研究中,微藻Coelastrella terrestris(108年]。在这里,他们证明了长期孵化裸氧化铁NPs的确能减少剂量依赖性的方式(50毫克/升)生存和增长。他们认为氧化应激是一个关键因素负责诱导观察表型。有人建议,在应对临时增加细胞内ROS水平引起的IO NPs,细胞抗氧化机制被激活,包括SOD,降低其有害的生产(106年]。符合这一点,在细胞SOD水平增强Coelastrella terrestris积累IO NPs。

Jurewicz等人进一步研究不同浓度的裸体和荧光标记的影响铁₃O₄纳米颗粒(Cr@Fe₃O₄斑马鱼幼体(两周神经元)93年]。明显毒性作用(40%)显示所有浓度高于200调查μg / mL 72 h后的接触,建立饱和限制毒性剂量> 600μ克/毫升。这个观察的一个可能的解释是高剂量并没有导致更高的IO NPs代谢率。另一方面,高concentration-favored IO NPs集聚和降水的增加可能导致减少幼虫的粒子之间的相互作用,改善从而毒性。本着这个想法,并记住共轭染料的存在引起的潜在影响,裸体NPs显示效果只有在最高剂量的800调查μ克/毫升。事实上,政府仅刚果红的可行性从浓度降低50μ克/毫升。显示高度生活stage-dependent毒性研究的IO NPs可以解释为增加口服吸收的斑马鱼幼体相伴的IO NPs在消化道的积累。事实上,幼虫暴露于100 - 800年μ克/毫升Cr@Fe3O4显示粒子主要积累在肠道存在剂量依赖的相关性93年]。事实上,消化系统是一个铁的吸收的主要网站在生理条件下,与肝脏,通常第一个器官受IO NP暴露在斑马鱼97年,One hundred.]。在这种背景下,肠道屏障是建立NP-induced毒性中发挥着至关重要的作用[85年]。根据的大小实现IO NPs, biodistribution可以限制在这些器官,穿过肠道屏障可以受到依赖主动运输机制的必要性(91年]。

3.2。IO NPs在成年斑马鱼的影响

虽然少了很多研究关注物质的毒理学效应成年斑马鱼,该模型系统证明重要尤其是在毒性的评价107年]。在由Chemello及其同事的一项研究中,γ菲₂O₃IO NPs被利用作为药物载体,促进抗生素在成年斑马鱼的吸收。28天后孵化与土霉素(OTC),组织积累和毒理学指标评估功能化和裸体NPs (109年]。在细节,相对量化的鱼类应激反应相关基因的表达(hnf4a,hsp70.1,sod1,sod2,gsta1)和增长(igf1,igf2a,mstnb除了执行)的组织学分析肝脏和小肠阐明潜在的影响。结果表明,裸NPs没有诱导基因表达模式中的任何变更涉及对照组。相反,10月,单独或表面的IO NPs,导致在某些情况下正常基因表达的一个偏差。此外,OCT-coated IO NPs显示减少hsp70和sod1表达相伴的表达增加gsta1治疗肝的鱼。这些观察结果与先前的研究,揭示潜在的毒性作用的10月109年]。作者进一步报道,测试组收到nanocarrier显示,药物积累显著增加,尤其是在消化系统。这符合先前的研究在斑马鱼胚胎进行的,证明能力强的IO NPs通过口服路线和内化,然后针对肠道。他们没有透露任何对所有分析组织形态学改变,不为共轭和裸IO NPs (109年),表明生物本身的地位的重要性目前政府的致畸性的发展。此外,事实上,没有检测到压力反应增加标记在IO NPs是指示性的存在没有任何压力反应在成人IO NP孵化。

在2015年进行的一项研究分析了静态接触铁的影响₂O₃和菲₃O₄在成年鱼的铁积累和消除(95年]。为此,成年斑马鱼暴露在IO NPs在两个不同的浓度为28天,后来搬到IO NP-free水24天。有趣的是,成年鱼暴露于菲₂O₃NPs显示其颜色的变化,可能由于直接IO NPs积累到鱼皮,或潜在的95年]。符合所述裸IO NPs,两种类型的聚合接触媒介。由于铁₂O₃沉淀不集中,其实际接触鱼更大,可能解释为什么研究人员并没有观察鱼的颜色转移处理铁₃O₄。独立的两个调查浓度(4和10 mg / L),类似的内化铁了鱼体内孵化后28天。然而,体内铁的数量没有达到一个稳定状态,但拒绝在达到最高水平,表明建立的慢性肠道毒性由于NP暴露诱导减少食物的摄入量。鉴于NPs被成年斑马鱼大多通过摄入,这导致IO NP吸收,从而减少全身铁水平(95年]。

另一项研究评估成年斑马鱼毒性的IO NPs的大脑。为此,不同剂量的交联胺化了的dextran-coated IO NPs是腹腔内注射。特别强调了乙酰胆碱酯酶的活性在照射后不同时间点。只有在最高浓度调查(200毫克/公斤),酶活性是强烈降低24小时后处理,伴随受损游泳行为,表明大脑毒性(110年]。虽然这种效应是只在这个时间点,似乎没有转录调控的基础。此外,在同等条件下,一个重要的铁在大脑中积累,以及氧化应激相关基因的表达增加(转录因子AP-1),炎症(caspase-9)和细胞凋亡(caspase-8),观察。此外,氧化应激标记gclc,Gpx1a,猫,gstb1,sod2是差异表达与对照组相比。结果与以往研究结果,在局部积累的IO NPs因此铁诱导氧化应激、细胞凋亡、促炎的信号。多次此外,它已被证明,主要是高浓度的IO NPs开发毒性、潜在的重要性建立仔细每次使用的上限。

2018年,郑等人的影响评估100 mg / L裸体和starch-coated菲₃O₄纳米粒子暴露7天在两个不同的器官,肝脏和鳃,已知一个共同目标IO NP积累(111年]。因为这光秃秃的IO NPs已知浓度诱导细胞毒性效应在相对较短的曝光时间,作者选择它来识别可能的影响涂层。防止粒子聚合和改善生物相容性,裸露的IO NPs经常稳定或涂有各种溶剂或化学物质。然而,人们普遍认为这些涂料的性质影响的潜在毒性IO NPs (111年]。其中,淀粉涂料广泛不同的应用程序中实现,特别是在环境修复领域。阐明这一潜在影响涂层的IO NP-induced毒性,郑和他的同事们依赖于转录组测序(RNA-seq)技术。结果表明,裸NPs累积优先在他们产生毒性的鳃相比,涂的,可能由于更高的聚合和消极的表面电荷。的确,共有17个基因参与免疫反应,炎症,氧化应激,抗氧化剂反应,内质网( )是差异表达的治疗。引人注目的是,这些基因被改变的只有3鳃鱼暴露starch-coated粒子,强烈表明涂层的存在改善特别是IO NPs在这个器官的毒性作用。光粒子显示一般高等生物体内积累在整个涂IO NPs斑马鱼相比。随着腮的第一外部莫NPs在暴露目标,积累在这个器官似乎逻辑。然而,在超过第一个入口点,尤其是starch-coated IO NPs到达肝脏,增加生物相容性使他们更多的便携式。这是符合先前的发现进一步支持这一事实肝脏作为储层铁过剩和参与其排泄(111年]。郑洁和他的同事并没有透露任何死亡率在治疗,他们注意到一个值得注意的改变的基因表达谱研究器官。更多的细节,特别是在光秃秃的IO NPs的情况下,增加基因的基因表达参与观察应激反应和炎症。这个发现支持的证据,表明暴露在IO NPs触发应激反应和相关的毒性在几种体外和体内模型系统99年,106年,111年]。然而,受影响的基因识别受到了IO NPs只有很少重叠。这种差异可以解释的事实根据IO NPs的表面组成,与靶器官的交互,从而激活/失活的下游信号可能是不同的实体。而淀粉涂层的存在减轻毒性水平的鳃,肝脏中被观察到,而不是增加。这个观察符合涂布的IO NPs积累主要在后者。事实上,在肝脏,曝光导致upregulation基因免疫和炎症反应,伴随的差别,对这些基因在DNA损伤和修复。基因在DNA损伤修复和细胞凋亡(例如,tp53)差异表达特别是starch-coated NPs的情况,表明涂层的性质的可能性主要参与决定这个变更。有趣的是,在相同的器官,两种形式压力基因的诱导显著upregulation指标,细胞色素P450 1 (cyp1a),参与了抗氧化防御系统。此外,还tsc22d3炎症应力状态的标志,是明显的过表达。符合之前的发现,多个基因参与线粒体功能障碍的途径是接触光粒子后差异表达,进一步表明活性氧的生产。尽管IO NPs的理化性质,主要目标组织的属性必须正确评估来评估一个潜在的毒性作用。然而,在这项研究由郑et al .,这两种类型的IO NPs增加生物标志物的表达参与途径管理DNA损伤细胞凋亡,氧化应激,在这两个组织,表明对斑马鱼暴露在恒定的压力。

进一步评估潜在的生态毒性引起的IO NPs在环境中积累,另一个最近的研究而不是铁的影响₃O₄基于行为和生化改变斑马鱼成人(92年]。更多的细节,一些测试表明潜在的神经毒性,如小说,镜子咬,社会互动,变浅,昼夜节律,短期记忆,96 h后进行曝光。特别是,作者评估两个不同浓度,1和10 ppm,后者对应于最大允许浓度的铁在台湾工业废料废水。

多样化的其他研究中被描述,Malhotra等人并没有揭示不同铁含量的ROS水平的大脑,肝脏,和治疗和控制鱼的鳃进行浓度,提示对这些类型的IO NPs是容易排出的成年鱼或者他们从周围环境中吸收减少(95年]。因此,它可能是假设潜在的有害效果应该没有调查相关浓度。为此,生物标志物的表达模式参与氧化应激诱导和国防评估。符合没有IO NP积累在这个器官,不增加当地的ROS水平在治疗鱼的大脑。此外,信使rna浓度的过氧化氢酶猫,重要的是参与了抗氧化应激反应(106年),显著增加了10 ppm治疗组,表明应力状态。紧接而来的皮质醇和儿茶酚胺水平进行评估,事实上,增加最高剂量皮质醇又透露了。此外,低氧诱导因子- 1α(HIF-1α)、腺苷 - - - - - -三磷酸腺苷(ATP)和肌酸激酶(CK)和标记的DNA损伤(ssDNA)进行评估。有趣的是,只有DNA损伤标记显示显著upregulation鱼处理10 ppm。暴露于高剂量可能与应激反应的诱导斑马鱼伴随大脑皮质醇水平升高。进一步,作者表明,一个特别高剂量的和基于可以引起神经行为的一些改变。例如,观察显著相关的减少小说坦克勘探以及社会行为的减少。斑马鱼是高度社会化的动物,特别是受到威胁,他们倾向于紧密在一起游泳。这种行为也被称为群体性行为和表明动物的焦虑状态。Malhotra和他的同事们能够证明群体形成在一个IO NP剂量依赖性的方式收紧,表明焦虑的治疗鱼。这是符合这一事实IO NP-exposed鱼显示减少运动和探索性活动调查剂量和倾向于少花点时间在顶部的坦克。此外,IO NP暴露导致了相当大的减少社会交往中治疗鱼与对照组相比。 As no difference was revealed during the mirror biting assay, treated fish did not seem to be more aggressive, although swimming speed was notably increased in the group that has been treated with 10 ppm of IO NPs, underlying a dose-dependent impact on the behavioral patterns. Interestingly, a high concentration of Fe₃O₄NPs影响昼夜节律运动活动在光明与黑暗周期,而1 ppm只在光周期诱导一个变更。

这些观察结果进一步支持这一事实暴露鱼显示减少神经递质5 -羟色胺的水平,而与焦虑和抑郁有关的行为。此外,同一组显示多巴胺的水平,降低应激反应负责,解释观察到的运动活动和侵略性。在这项研究中一个有趣的问题是,高剂量的铁₃O₄基于内存不足和相关的胆碱能神经递质水平的变化。事实上,结果显示,高剂量的IO NPs在短期记忆有不利影响。此前报道,疼痛神经毒性强烈相关的变更。符合行为观察Malhotra et al .,鱼处理两种剂量的IO NPs明显下降疼痛相比,控制。这一发现与研究由de Oliveira et al。110年),高剂量的治疗MNP诱导酶活性降低。

4所示。氧化锌纳米颗粒

氧化锌被认为是一个安全的材料和批准美国食品和药物管理局(112年]。它是最常用的金属氧化物由于其独特的物理和化学性质,包括半导体、照片,sonocatalytic和压电、热电性能(112年,113年]。所有这些原因,氧化锌纳米粒子获得了科学兴趣和目前广泛应用114年),包括化妆品、光电子学(115年)、陶瓷、颜料;它们实现为催化剂和止痛药缓解瘙痒。

氧化锌纳米颗粒存在很强的抗菌性(5,6,116年- - - - - -118年]。氧化锌的抗菌毒性NPs已经测试不同的革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌,如费氏弧菌,金黄色葡萄球菌,大肠杆菌,鼠伤寒沙门氏菌,肺炎克雷伯菌,这表明更高浓度的有毒(NPs更117年]。此外,在最近几年,氧化锌NPs在癌症纳米医学领域出现。如前所述,氧化铁纳米粒子已经在临床使用的高热治疗癌症细胞。同时,氧化锌NPs实现在癌症诊断和治疗由于其独特的物理化学性质和低毒性的影响在某些情况下(119年]。例如,开发出相应的免疫传感器使用氧化锌NPs早期准确诊断的肝细胞癌患者检测des-carboxy-prothrombin (DCP),这是一个非常具体的和敏感的生物标志物对肝癌(119年,120年]。利用光能和sonodynamic属性,氧化锌NPs可用于远程施加癌症细胞毒性在外部刺激,如光(121年),或者一个机械,如超声波(122年]。氧化锌纳米颗粒也作为目标和pH-triggered药物输送系统,与其他帽NPs。事实上,不同大小和形状的氧化锌NPs已经使用了这个原因,包括介孔团簇和dandelion-like或六角结构(112年]。大量的纳米材料用于组织工程,这可能是由于容易与多肽的表面功能化方法,蛋白质和其他分子(112年]。IO NPs如前所述,生物相容性的氧化锌NPs使他们适合一些生物医学用途。

因为它们能吸收紫外线辐射,它们是商业中使用防晒霜和其他个人护理产品。除了增加就业theragnostic疗法,很多问题提出了对水生系统的影响(123年)和潜在的负面,在不同的生物毒性作用。为了解决这些纳米颗粒的毒性,大量的研究已经进行细菌、植物(124年,125年),细胞(8,126年),和脊椎动物4,127年]。

理解毒性引起氧化锌NPs是科学界的极具挑战性的任务。此之际,大量的参数的贡献,比如高实验条件变化,NP配方,大小和表面涂层128年]。他们每个人的结果在不同NP理化特征,最终影响锌的释放^{2 +}离子、光催化和活性氧ROS生产、药物动力学和biodistribution和动态与细胞的相互作用128年,129年]。然而,考虑到氧化锌NP超大的巨大的潜力和优势,允许研究人员致力于方法来减轻可能的消极方面同时在调查的最佳工作条件(4,130年]。出于这个原因,一些工作评估的潜在的相互作用与斑马鱼氧化锌NPs(表4)。

4.1。氧化锌NPs在开发的影响

不同的研究揭示了氧化锌NPs在斑马鱼毒性存在剂量依赖的相关性在开发(16,18,55,131年]。第一个工作的毒理学资料氧化锌NPs在斑马鱼报道明显降低存活率和孵化率,延迟两个浓度,LC50价值96 h (1.793 mg / L。此外,幼虫提出几个异常的典型金属氧化物nanoparticle-induced毒性,包括身体的指控和心包水肿(34]。一年后,同一研究小组表明,氧化锌纳米颗粒的毒性浓度是由于沉积和形成纳米颗粒聚集(微米大小的)在实验板在氧化锌NP曝光时间。此外,通过使用一个fluorogenic ROS指标,ROS增加生产中检测出的胚胎和幼虫。伴随这个表达式分析氧化剂代谢基因编码的酶,谷胱甘肽S-transferase P 2 (Gstp2)和NAD (P) H:醌氧化还原酶(Nqo1),差别显示对这些暗示从而走向衰败的氧化应激反应通常抵消ROS。的确,已知抗氧化系统的损伤与氧化应激的建立和伤害。以前类似行为的调查也显示了后续工作中生物标记由白et al .,即使处理幼虫显示只有一个畸形,表现为严重减少幼虫体长(18]。2013年,赵等人深入调查的毒理学资料氧化锌NPs在斑马鱼的发展过程中,也关注的DNA损伤和氧化应激。存活率没有出现任何重大变化的测试组,而孵化率是重要的是降低了。此外,他们显示不同的形态畸形,如尾部畸形,脊柱弯曲,充血。抗氧化防御系统的研究显示的重要高程SOD活性氧化锌NP浓度。也符合这一点,MDA水平显著增加与氧化锌NPs胚胎治疗。CTA活动而不是发现低的样品相比,控制治疗。重要的是,斑马鱼的活性氧水平暴露显著增加了所有的治疗,而DNA损伤水平增强只在氧化锌NP剂量的100 mg / L (129年]。积极的ROS和DNA损伤水平之间的相关性被发现,以及ROS和MDA。此外,多个基因的基因表达分析的抗氧化蛋白(bcl - 2,Nqo1,Gstp2),差别揭示了一个重要的对这些之前报道也白et al。18]。相反,转录组水平的解偶联蛋白2 (Ucp-2在所有治疗组)是重要的调节。这些发现强调这一事实氧化锌NPs斑马鱼在开发造成不利影响,导致基因的表达的改变参与氧化相伴与氧化应激(129年]。

的扰动不同的斑马鱼胚胎毒性端点/幼虫处理氧化锌NPs在其他研究也指出[4,131年]。因为锌^{2 +}离子可以从氧化锌被释放,随后运输和从胚胎实验,氧化锌NPs和锌的影响^{2 +}分别进行评估(131年]。斑马鱼胚胎治疗与氧化锌NPs和锌^{2 +}提出了一个戏剧性的延迟在孵化131年]。特定基因的表达分析RT-qPCR参与氧化应激在胚胎处理氧化锌NPs和锌^{2 +}显示的upregulation猫和铜/ Zn-sod成绩单2 dpf,在差别和对这些3 dpf,分别在最高剂量调查。相反,在5 dpf差别eleuthero-embryos显示对这些。另一方面,是强烈的表达调节2 dpf和4 dpf在所有剂量的锌和氧化锌NPs测试^{2 +}。此外,信使rna的interleukin-1水平β(IL-1β),TNFα促炎细胞因子,并给出了一个不同的表达模式在eleuthero-embryos相比正常胚胎。在eleuthero-embryos锌处理^{2 +}或氧化锌NPs,TNF-α和IL-1β调节,当他们在治疗胚胎表达下调。此外,小君原癌基因的改变(c-jun)是只发现在胚胎的情况下处理高浓度的锌^{2 +}和氧化锌NPs。此外,抗病毒和免疫相关基因Myxovirus电阻(MxA)在治疗摄动,锌^{2 +}和氧化锌NPs。这些结果表明,扰动引起的锌^{2 +}和氧化锌NPs在治疗胚胎eleuthero-embryo相比,表明早期胚胎暴露于纳米颗粒(更敏感131年]。锌的影响^{2 +}氧化锌相比NPs进行评估也在其他的研究中。超滤和ICP-OES允许计算溶解锌离子(16]。锌离子的浓度随时间不断增加,并增加了pH值(16,18]。释放锌的存在^{2 +}离子来源于氧化锌NPs可以解释低孵化率(4]。然而,这还没有澄清和有不同的矛盾的研究,其中一些支持相同的结论,而另一些人声称离子贡献只是部分孵化率低。陈等人相比的不利影响氧化锌NPs在斑马鱼在开发相比,锌离子。两治疗诱导孵化延迟更严重的组胚胎氧化锌NPs对待,而不是仅仅在那些暴露于锌离子。然而,随着锌离子导致孵化延迟,可以得出结论,孵化的毒性可能是由不同因素的组合。事实上,释放锌的存在^{2 +}离子的贡献。诱导活性氧生成,因此,氧化应激可能是另一个原因(132年]。更好地理解原因导致孵化延迟,陈等人coexposed氧化锌NPs的胚胎和南汽或buthionine BSO。与氧化锌组cotreated NPs和南汽,没有观察到显著性差异。然而,治疗BSO进一步增加了延迟孵化率。此外,当谷胱甘肽不再是形成由于BSO的存在,进一步观察孵化推迟,表明氧化应激可能与孵化延迟和锌^{2 +}离子释放(132年]。

同年,另一项研究评估氧化锌纳米粒子与不同形状的影响,包括亚微米粒子,nanosticks,团簇(133年)和锌(没有₃)₂。锌的LC50值(没有₃)₂、氧化锌smp nanosticks,团簇在120高马力7.9(7.1 - -8.8)毫克锌/ L, 10.0(8.9 - -11.1)毫克锌/ L, 7.1(6.8 - -7.5)毫克锌/ L和11.9(10.3 - -13.7)毫克锌/ L,分别报告较高毒性的锌离子相比,不同形状的NPs。胚胎的孵化率表现出剂量依赖性降低处理所有不同种类的纳米粒子和硫酸,样品暴露于nanosticks最强的延迟。除此之外,游泳活动显示存在剂量依赖的相关性降低。氧化锌nanosticks被发现更有毒相比,纳米粒子与其他形状(133年]。

确定锌的贡献^{2 +}离子的毒性氧化锌NPs ZnCl₂或ZnSO₄曝光是用来比较实验毒性作用[16,17]。蔡等人进行毒性实验胚胎暴露在氧化锌NPs ZnSO₄比较最终对斑马鱼发育的影响。它也显示在其他的研究中,暴露于纳米颗粒导致的死亡率高于只ZnSO接触₄。氧化锌NPs的LC25值分别为2.64 mg / L和7.75 mg / L ZnSO₄(17]。然而,胚胎显示重要的胚胎畸形治疗后,包括尾部畸形、心包水肿、和卵黄囊水肿,指示一个不利影响的纳米颗粒和锌离子的存在(图3)[17]。尤其是胚胎暴露于氧化锌的所有测试剂NPs卵黄囊水肿。扩展后的分析差异表达基因在斑马鱼幼体(度),结果表明,暴露在氧化锌NPs ZnSO₄影响不同的分子机制和随后引起明显的毒性作用。特别是,治疗与氧化锌NPs改变基因免疫系统炎症。事实上,的表达ogfrl2(阿片类药物的生长因子受体2 (ogfrl2))和Intelectin (2intl2)与氧化锌NPs调节治疗后,在细胞色素b5域包含1 (cyb5d1)是调节。在一起cyb5d1,Ogfr12和intl2发挥重要作用在发展和转录调控,和两个基因调节与锌纳米颗粒治疗后(17]。

Wehmas等人发现,而不是相同锌离子引起的死亡率和影响斑马鱼氧化锌NPs一样的发展。这个结果表明毒性主要是由于溶解锌离子的存在(16]。但是,也在这种情况下,并不是所有的报道研究得出同样的结论。事实上,熊等人观察到所有的斑马鱼胚胎死亡30毫克/ L氧化锌浓度NPs或者96 h后他们的大部分同行的接触(9]。此外,高毒性率观察组的胚胎处理锌^{2 +}离子。LC50值是4.92 mg / L, 3.31 mg / L,氧化锌NPs和8.062 mg / L,大部分氧化锌、锌^{2 +}分别离子。因此,Zn2发布⁺离子不能中毒的主要原因,但它是相当的组合与氧化锌纳米颗粒(9),对于其他金属氧化物NPs。

至于其他金属氧化物纳米颗粒涂层的影响和规模在氧化锌纳米颗粒的毒性评价116年]。为此,斑马鱼胚胎处理17个不同类型的氧化锌NPs,他们调查的19个不同的毒理学端点,包括形态和行为测试。生物参数导致更在所有测试纳米颗粒是影响死亡率/存活率。特别是,所有的测试和不同涂层纳米颗粒诱导显著的死亡率在24高通滤波器,而裸露的纳米颗粒5 dpf才导致重要的改变。这些发现表明,表面涂层,纳米颗粒在其他家庭中,是一个关键因素影响的不利影响在生物系统134年]。接下来,氧化锌的影响NPs功能化聚合物surface-modifying代理包括聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是评价斑马鱼在开发(130年]。治疗与裸露的或限制纳米颗粒形态缺陷引起的,如卵黄囊水肿、脊索弯曲,鸡蛋凝固。事实上,治疗后的毒性报道10 mg / L是38.67%,28.49%,95.46%,和89.32% PEG - PVA,分别和PVP-capped和裸露的氧化锌NPs (130年]。这是证明了NP毒性引起的毒性是一个组合溶解锌离子和聚合纳米颗粒的鸡蛋,显示造成的增加毒性的限制或裸露的氧化锌NPs相比大部分氧化锌(散装 )(130年]。

尺寸和表面电荷的影响深感调查时et al。135年]。这里,他们评估潜在影响斑马鱼发展不同的氧化锌纳米颗粒产生的HEBM技术依靠各种铣倍(55,56]。他们显示减少的大小和电荷按比例影响生存和治疗胚胎的孵化率。观察也证实了这样的心跳率和畸形的发病率(图3)。此外,氧化锌NPs诱导活性氧的增加在斑马鱼鱼仔和胚胎生产,已经观察到在以前的作品(134年,136年]。

几项研究也报道,治疗氧化锌NPs影响不同基因的表达起到至关重要的作用在氧化应激和炎症116年]。猫的表情和活动和SOD和MDA的含量是评价斑马鱼胚胎暴露于不同浓度的氧化锌NPs (116年,136年]。胚胎处理氧化锌NPs的浓度范围30 - 120 mg / L显示脂质过氧化增加,SOD活性和扰动的基因在抗氧化防御机制。特别是,一个upregulation被发现的表达式ppaα和sod1,而猫表达下调。理解如果这样的SOD活性的增加是由于发布的锌^{2 +}离子、赵等人对斑马鱼胚胎与溶解离子。他们得出的结论是,溶解锌^{2 +}离子浓度低于60 mg / L不会导致增加SOD活性。这意味着upregulation SOD不能只有锌的释放引起的^{2 +}离子的纳米粒子,但其他因素(116年]。此外,ROS的产生,氧化压力的基础上,证实了凋亡基因表达的改变(bcl - 2,b细胞淋巴瘤2)和proapoptotic (伯灵顿,彪马,apaf-1)基因。此外,转录的p53基因调节导致p53蛋白质含量和细胞色素C的增加。确定氧化锌NPs在细胞凋亡的影响,也是细胞凋亡相关基因的表达水平(凋亡和proapoptotic基因)进行评估。增加纳米粒子的浓度,观察凋亡比率更高剂量依赖性的方式(10 - 120 mg / L),对应于一个显著增加caspase-3和caspase-9的活动。ROS的表达参与了细胞凋亡的线粒体途径负责感应,这是合理的,其积累导致随之而来的MDA水平。在这个框架中,杜等人对斑马鱼胚胎不同剂量的氧化锌NPs和测量在96高通滤波器(抗氧化酶的活性136年]。与前面的结果一致,SOD活性显著增加甚至在胚胎处理纳米粒子的浓度最低,以及谷胱甘肽过氧化物酶的活性。相比之下,那只猫活动减少剂量依赖性的方式。然而,尽管减少的表达猫没有不同的控制。细胞内活性氧的水平由DCFH-DA cell-permeable染料进行了分析。ROS水平高度增加的剂量依赖性的方式组斑马鱼暴露于氧化锌NPs (136年]。此外,细胞内容评估。至于ROS、MDA水平显著增加治疗后25 - 50 mg / L的氧化锌。虽然BCL2-associated X细胞凋亡的表达调节器(伯灵顿显著的调节,bcl - 2结果治疗后表达下调50 mg / L为条件。这些发现与研究协议由赵et al。116年]。唯一的区别是与半胱天冬酶活性有关。事实上,杜等人并没有发现任何改变caspase-3的活动和caspase-9曝光后氧化锌NPs 96 h (136年]。然而,caspase-3的表达调节与治疗组中氧化锌NPs 25 - 50 mg / L,组中与caspase-9从而调节治疗50 mg / L。这两项研究,以及其他人,得出结论:凋亡细胞死亡是由氧化应激(116年,136年]。

4.2。氧化锌NPs对成年人的影响

第一个工作上执行氧化锌NPs和成年斑马鱼深入调查不良和氧化的影响相比,这类纳米颗粒钛纳米颗粒和大部分同行9]。为此,成年斑马鱼暴露在不同浓度的NPs 96 h和散装材料。结果表明,氧化锌的毒性NPs散装氧化锌与巧克力摄入量有关。治疗30毫克/毫升的氧化锌NPs和大部分氧化锌导致了死亡率的100%。LC50 96高马力的值是4.92 mg / L和3.31 mg / L,分别为氧化锌NPs和散装氧化锌。斑马鱼在光明或黑暗条件下治疗剂量最高的氧化锌NPs和散装氧化锌提出临时增加肝脏SOD活性在肠道,比控制。有趣的是,斑马鱼的团体治疗大部分氧化锌,SOD活性低于控制在两个组织(9]。肝脏中猫活动而不是减少,而在肠道和吉尔(但仅略),它被证明是增加。谷胱甘肽是减少肝组织96 h的接触后,可能由于ROS中和。然而,在肠道组织,增加谷胱甘肽含量检测氧化锌NPs接触后,而不是批量氧化锌。此外,MDA水平高出两到三倍的肝脏,当他们类似于控制在肠道和鳃。之前报道,氧化锌NPs会损害鱼鳃的成熟,导致发育缺陷(16,130年]。此外,执行组织学分析利用透射电子显微镜(TEM)显示伤害最低的鳃组织治疗后剂量氧化锌NPs和散装氧化锌进行测试。显示细胞收缩,细胞质,细胞核形状异常。值得一提的是,至于TiO₂NPs,氧化锌NPs在暂停后可以生成哦离子与荧光灯照明。有趣的是,大部分氧化锌或氧化锌没有生成任何哦,在一个黑暗的环境。此外,在5 mg / L的浓度,生产的数量哦^{- - - - - -}很低。由于这种低浓度的·OH^{- - - - - -}水平,而缺乏显著提高氧化指标在鳃,吉尔的损伤引起的细胞不能诱导活性氧和氧化应激。因此,熊等人指出,一个不同的机制必须在鳃组织损伤的基础。因为斑马鱼摄取NPs主要与饮食、肝脏组织主要是暴露在纳米粒子,因此主要影响(9]。

如前所述的斑马鱼胚胎/幼虫,不同的研究一直集中注意力的影响表面修饰氧化锌NPs的毒性。Kizhakkumpat等人研究了这些因素不仅在成年斑马鱼的胚胎和幼虫也。成年鱼处理ZnO-PEG、ZnO-PVA ZnO-PVP NPs。在胚胎中,大部分的LC50氧化锌,ZnO-PEG, ZnO-PVA, ZnO-PVP,和氧化锌NPs是520.9,17.21,131年,0.6823,和0.7579 mg / L。然而,LC50值在3239年成人,6.44,9.40,3.77,和20.72 mg / L。此外,限制氧化锌纳米颗粒是由胚胎比裸露的氧化锌NPs以更高的利率,导致增加毒性的晚年阶段。此外,正如ZnO-PVP NPs显示最高的吸收水平,成年斑马鱼较低存活率当暴露于这种形式的纳米颗粒(130年]。此外,成年斑马鱼对待这些不同种类的纳米粒子显示不同的形态学改变。特别是,吉尔的组织病理学研究显示严重损害组织。更具体地说,二级层状结构改变,坏死,脱皮,急性细胞肿胀、动脉瘤、层状无序观察(130年]。这个特定的效果已经注意到在先前的研究阐明氧化锌NPs在斑马鱼胚胎的毒性。幼虫处理氧化锌NPs和锌^{2 +}提出了专门组织溃疡和吉尔原基。这些发现符合Kizhakkumpat等人的工作,清楚地表明,氧化锌NPs导致不同毒性相关的斑马鱼生活的阶段,与后来的生命阶段比胚胎干细胞(更敏感16]。

5。结论

目前的研究表明,暴露在金属纳米粒子,尤其是当管理在较高浓度下,导致斑马鱼的不利影响。尽管TiO₂NPs、IO NPs和氧化锌NPs广泛认可,被认为是无毒的,他们确实可以带来一些有害的属性。所有的三种纳米颗粒的共同点的贡献大小(核心和hydrodinamic),涂料,以及实验条件本身,需要考虑建立自己的毒性。重要的是,一些研究表明,高度集中的积累金属氧化物纳米颗粒,同时与适当的离子的释放,在观察nanotoxicity的基础。特别是在结合长时间曝光,这似乎扮演着重要的角色在ROS的诱导和激活相关的炎症和/或免疫遗传的机制调查NPs的所有类。特别是暴露在高度TiO调查₂NPs被发现影响这些途径。它已经表明,蚀变sod1活动的顺向扰动tp53影响脂质稳态而促进基因毒性和细胞凋亡。考虑到他们的特殊的光学特性,这些影响甚至可以恶化照明下,要求准确评估其潜在毒性动力学之前实施。同样,氧化锌NPs会导致活性氧的增加对荧光灯的回应。此外,氧化锌NP-induced急剧增加的ROS刺激线粒体凋亡通路还存在规定和(Gstp2 Nqo1、bcl - 2,半胱天冬酶- - - - - -3,半胱天冬酶9)引起广泛的细胞功能障碍甚至在低浓度。有关IO NPs,与氧化应激和redox-sensitive感应的信号转导途径(美联社),纳米颗粒大小和涂层似乎主要因素导致观察到的细胞功能障碍。铁离子在许多生化反应的重要组成部分,它的浓度时,必须严格控制虽然IO NPs管理。尽管莫NPs实现的增加,新变体的不断发展,关于nanotoxicity往往相互矛盾的结果。作为一个整体,必须因此建议谨慎使用的纳米粒子。这是更重要的莫NPs广泛应用于几个日常生活应用中,不可避免的导致环境和人类接触。很明显,需要进一步的研究来完全解决机制nanotoxicity密苏里州生物在NP接触尽可能地减轻可能发生的不良反应。此外,正确评价其ecotoxicological概要需求强烈的标准化实验条件。

数据可用性

所有的数据都包括在手稿。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

M.d.A。,T.J.N.S., S.K., V.R., F.D.A., and F.T. conceptualized the study; M.d.A., T.J.N.S., and S.K. wrote the original draft preparation; V.R., F.D.A., and F.T. wrote, reviewed, and edited the manuscript; V.R., F.D.A, and F.T carried out funding acquisition. All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.

确认

欧盟的地平线2020研究和创新项目赠款协议862714 - i -基因(由Nanotransducers体内基因编辑)大大承认来融资。