سلول و بافت
فصلنامه

اثر دوزهای مختلف نانواکسید روی بر میزان استرس اکسیداتیو و تغییرات هیستولوژی کلیه در رت

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

فاطمه میرزایی 1
امیر میرزایی 2
سارا سلیمانی اصل 3

1 استادیارگروه علوم تشریح، مرکز تحقیقات پزشکی مولکولی، دانشگاه علوم پزشکی همدان، همدان، ایران

2 پژوهشگر، آزمایشگاه تشخیص طبی حاذق، تهران، ایران.

3 استاد گروه علوم تشریح، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی همدان، همدان، ایران.

https://doi.org/10.61186/JCT.15.3.231
چکیده
هدف: نانواکسید دارای کاربردهای گسترده ای در صنایع، پزشکی و تغذیه است. این نانوذرات به‌راحتی جذب می‌شوند و می‌توانند بر بافت‌های مختلف تاثیر بگذارند. کلیه‌ها به‫دلیل جریان خون بالا ممکن است در برابر سموم آسیب‌پذیر باشند. هدف این مطالعه بررسی تاثیرات نانواکسید روی بر فعالیت آنتی‌اکسیدانتی و تغییرات بافت‌شناسی کلیه در رت‌ها است. مواد و روش‌ها: ۴۲ رت نر نژاد ویستار به‌طور تصادفی به شش گروه (هر گروه ۷) تقسیم شدند: گروه ۱ (نرمال)، گروه ۲ (۵ mg/kg نانواکسید روی)، گروه ۳ (۱۰ mg/kg نانواکسید روی)، گروه ۴ (۲۵ mg/kg نانواکسید روی)، گروه ۵ (۵۰ mg/kg نانواکسید روی) و گروه ۶ (۱۰۰ mg/kg نانواکسید روی). ظرفیت آنتی‌اکسیدانتی تام (TAC)، ظرفیت اکسیدانتی تام (TOS)، گلوتاتیون، مالون دی‌آلدئید (MDA)، آنزیم‌های کبدی و هیستوپاتولوژی کلیه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج: دوزهای بالاتر از ۱۰ mg/kg نانواکسید روی به‌طور معنی‌داری TAC و گلوتاتیون را کاهش داد و آسیب بافتی و غلظت MDA و TOS را به‌طور قابل توجهی افزایش داد. دوز ۵ mg/kg نانواکسید روی تاثیر منفی بر تغییرات بافتی و ظرفیت آنتی‌اکسیدانی نداشت. نتیجه‌گیری: مصرف نانواکسید روی، به‌ویژه در دوزهای بالا، موجب افزایش استرس اکسیداتیو و تغییرات بافتی می‌شود، در حالی‫که در غلظت‌های کم ممکن است اثرات مفیدی داشته باشد.

تازه های تحقیق

-

کلیدواژه‌ها

نانواکسید روی
استرس اکسیداتیو تغییرات هیستوپاتولوژی
dor -

عنوان مقاله English

The effects of different doses of nano zinc oxide on the level of oxidative stress and histopathological changes in the kidneys of rats

نویسندگان English

F Mirzaei 1
A Mirzaei 2
S Soleimani asl 3
1 Research Center for Molecular Medicine, Hamadan University of Medical Sciences, Hamadan, Iran.
2 Researcher, Hazegh medical laboratory, Tehran, Iran
3 Department of Anatomy, School of Medicine, Hamadan University of Medical Sciences, Hamadan, Iran.
چکیده English

Aim: Zinc nanoparticles have gained significant attention due to their wide-ranging applications in various fields, including industries, medicine, and nutrition. These nanoparticles are characterized by their small size, which allows for easy absorption into biological systems, enabling them to interact with different tissues effectively. One of the critical areas of concern regarding the use of zinc nanoparticles is their potential impact on kidney health. The kidneys are vital organs responsible for filtering blood, excreting waste, and regulating essential bodily functions. Due to their high blood flow and the capacity to excrete various compounds, kidneys may be particularly vulnerable to the effects of toxins, including nanoparticles. Therefore, this study aims to investigate the effects of nano zinc oxide on antioxidant activity and histological changes in the kidneys of rats. Understanding these effects is crucial for assessing the safety and potential therapeutic applications of zinc nanoparticles in medical and nutritional contexts.
Material and Methods: In this research, male Wistar rats were utilized as the experimental model. The rats were randomly divided into six groups, with seven rats in each group to ensure statistical validity. Group 1 served as the normal control group, while the remaining groups received varying doses of nano zinc oxide. Specifically, group 2 received 5 mg/kg of nano zinc, group 3 received 10 mg/kg, group 4 received 25 mg/kg, group 5 received 50 mg/kg, and group 6 received 100 mg/kg of nano zinc. The administration of these doses continued for one month to observe both short-term and potential cumulative effects. After this period, the rats were sacrificed, and their kidneys were isolated for further analysis. Various biochemical assays were conducted to assess total antioxidant capacity (TAC), total oxidant capacity (TOS), glutathione levels, and malondialdehyde (MDA) concentration. Additionally, liver enzymes were measured, and kidney histopathology was examined to evaluate any structural changes resulting from nano zinc exposure.
Results: The findings revealed significant alterations in antioxidant activity among the groups that received nano zinc. Specifically, total antioxidant capacity (TAC) and glutathione levels decreased markedly in the rats that received higher doses of nano zinc, particularly at 10, 25, 50, and 100 mg/kg. In contrast, there was a sharp increase in malondialdehyde (MDA) concentrations and total oxidant capacity (TOS) in these groups, indicating heightened oxidative stress. Interestingly, the group that received the lowest dose of 5 mg/kg of nano zinc exhibited no harmful effects on tissue changes or antioxidant capacity, suggesting a threshold below which nano zinc may not pose significant risks. Conversely, in the groups receiving higher doses, observable tissue damage was noted, and these changes appeared to be dose-dependent, emphasizing the importance of dosage in determining the safety and efficacy of nano zinc.
Conclusion:The results of this study underscore the potential harmful effects of nano zinc, particularly at elevated doses, on kidney function and histopathology. The observed increase in oxidative stress markers and accompanying tissue changes highlight the need for caution in the use of zinc nanoparticles, especially in medical and nutritional applications. While nano zinc in low concentrations may offer beneficial effects, such as potential therapeutic properties, the risks associated with higher doses cannot be overlooked. Further research is warranted to explore the mechanisms underlying these effects and to establish safe dosage guidelines for the use of zinc nanoparticles in various applications. Overall, this study contributes valuable insights into the safety profile of nano zinc, particularly concerning kidney health, and emphasizes the need for careful consideration of dosage in therapeutic contexts.

کلیدواژه‌ها English

Zinc oxide Nanoparticle Oxidative Stress
Histopathological Changes
  • مقدمه

نانوذرات به ذراتی با ابعاد یک تا صد نانومتر اطلاق می‌شود. افزایش نسبت سطح به حجم، سبب افزایش سطح تماس و در نتیجه بهبود عملکرد آن‫ها می‫شود. از سوی دیگر، اندازه کوچک نانوذرات، افزایش نفوذپذیری و فعالیت شیمیایی آن‫ها را به‫همراه دارد (1).

در سال‌های اخیر پیشرفت‌های عظیمی در زمینه فناوری نانو صورت گرفته است، ساختارهای نانوی فراوانی به‫دست آمده‌اند که در غلظت‫های بسیار کم، باکتری‌ها را از بین می‌برند و دارای خواص پزشکی مفیدی می‌باشند. مکانیسم اصلی تاثیر نانوذرات بر روی باکتری‌ها از طریق آسیب بهDNA  و پروتئین و تخریب دیواره سلولی می‌باشد. کاربرد نانوذرات مانند شمشیر دو لبه است که از یک‫سو نقش مفید آن‫ها در پزشکی و از طرف دیگر سمیت ناشی از استفاده این ذرات مطرح است (2).

تحقیقات اخیر نشان داده‌اند که نانوذرات سولفیدی و اکسید فلزات، دارای خواص آنتی‌باکتریایی، آنتی‌اکسیدانتی و ضد‌التهابی بسیار قوی هستند. برخی از نانوذره‌های ساخته شده از اکسید‌های فلزی، در شرایط فرآوری بسیار پایدار بوده و به‫جز خاصیت مفید، اثر سمی بسیار کمی بر روی سلول‌های انسان و حیوان دارند. نانواکسید زینک، یک نانوذره غیرسمی و زیست‌سازگار است. این ماده در حامل‌های مواد دارویی، آرایشی و مواد پرکننده در دندانپزشکی استفاده می‫شود (2, 3). 

نانوذرات قادرند از طرق مختلفی همچون تنفس، پوست و مصرف خوراکی وارد بدن شوند و از طریق جریان خون به اعضای حیاتی بدن از جمله کبد، کلیه، مغز و سایر نقاط دسترسی پیدا کنند (4, 5). لذا با توجه به گستردگی مصرف آن‫ها، ممکن است سبب آسیب این بافت‫ها شوند.

استرس اکسیداتیو که به عدم تعادل میان تولید رادیکال‌های آزاد و دفاع آنتی‌اکسیدانتی اطلاق می‌شود. در طی فرآیندهای طبیعی و نرمال سلول رادیکال‫های آزاد تولید می‌شوند. در سلول، مهم‌ترین رادیکال آزاد، گونه‌های فعال اکسیژن هستند که می‌توانند موجب تخریب DNA و سایر مولکول‌ها شده و باعث آسیب سلول در مواجهه با ترکیبات دیگر شود (6). بعضی از نانوذرات باعث پراکسیداسیون لیپیدها و آسیب پروتئین‌های موجود در دیواره سلول‌های بدن می‌شوند و در نهایت منجر به التهاب، استرس اکسیداتیو و آسیب بافتی می‌شوند. برخی از محصولات استرس اکسیداتیو مانند مالون‌دی‌آلدهید می‌توانند با بیومولکول‌ها واکنش نشان داده و سبب تغییر در بیان ژن و فعالیت آنزیمی و نیز آسیب یا مرگ سلولی شوند  (7). بدن جهت حفظ و کنترل غلظت نرمال رادیکال‌های آزاد، از سیستم دفاعی آنتی‌اکسیدان استفاده می‌کند. کاهش قدرت دفاعی این سیستم نیز منجر به ایجاد استرس اکسیداتیو می‌شود (6).

عنصر روی سلول‌ها را در برابر عوامل اکسیدان محافظت می‌کند و با طیف گسترده‌ای از عملکردهای بیولوژیکی بدن در ارتباط است. این عنصر کاتیونی دو ظرفیتی است و برای فعالیت بسیاری از آنزیم‌ها ضروری است و در فرآیندهای رونویسی، همانندسازی، سنتز نوکلئیک اسید و پروتئین نقش ایفا می‌کند. این عنصر در ساختمان برخی از آنزیم‌ها حضور داشته و در فرآیندهای متابولیکی متنوع نقش دارند. روی  برای تولید ترانسفرازها، کینازها، فسفاتازها، ردوکتازها و سایر آنزیم‌ها ضروری است  (8, 9).

تحقیقات گذشته نشان داده‌اند که برخی مواد شیمیایی و نانوذرات باعث کاهش گلوتاتیون و در نتیجه سمیت سلولی می‌شوند. اگرچه مکانیسم دقیق آسیب ایجاد شده توسط نانوذرات هنوز به‫درستی مشخص نشده است، اما به نظر می‌رسد التهاب و استرس اکسیداتیو نقش مهمی در این رابطه ایفا می‌کنند (10).

مطالعات مختلفی گزارش کرده‌اند که نانواکسید روی عوارض جانبی متنوعی بر سلامتی انسان و سایر حیوانات بر جای می‌گذارد و در واقع ایمنی زیستی نانواکسید روی هنوز مورد بحث است. برخی اثرات نامطلوب نانواکسید روی  بر بدن را گزارش کرده‌اند. این اثرات شامل افزایش فاکتورهای التهابی، سمیت سلولی و القای استرس اکسیداتیو است. با این حال، سمیت نانوذرات به عوامل فیزیکوشیمیایی مانند شکل ذرات، اندازه، پایداری، ترکیب، شیمی و بار سطحی  و نیز دوز مصرفی نانوذره بستگی دارد (11, 12).

کلیه، یکی از اندام‌های حیاتی بدن است که جریان خون بالایی دارند و مسئول فیلتراسیون و دفع مواد زائد و سموم از خون هستند. در طی فرایند فیلتراسیون، غلظت برخی مواد در بافت کلیه بسیار بالا می رود و این غلظت بالا می‫تواند به آسیب سلول‫های کلیوی منجر شود. نانوذرات می‌توانند به میتوکندری سلول‫های کلیوی آسیب رسانده و تولید انرژی را مختل کنند که در نهایت این امر به آپوپتوزیس و نکروزیس سلولی منجر می‫شود. نانوذرات ممکن است توسط کلیه دفع شوند، اما در برخی موارد دفع ناکارآمد آن‫ها باعث تجمع در کلیه و آسیب بافتی می‫شود (13). با وجود افزایش استفاده از اکسید روی در صنعت، داده‌های مربوط به سمیت آن متناقض است. اگرچه در برخی تحقیقات، اثر غیر سمی بودن ذرات اکسید روی تایید شده است، اما در مطالعات دیگر، نتیجه عکس آن مشاهده شده و نشان داده‌اند که این ماده دارای عوارض جانبی زیادی در مدل‌های حیوانی است (14, 15). بنابراین به‫دلیل گزارشات متناقض و استفاده روزافزون از این ماده، مشخص کردن اثرات آن بر بافت‌های بدن خصوصا بافت کلیه ضروری است.

2-  مواد و روش ها

 این پژوهش از نوع تجربی است که بر روی رت‌های نر با میانگین وزنی 200 گرم انجام شد.تمامی مراحل با تائید کمیته اخلاق دانشگاه انجام شد ابتدا رت‌ها در لانه حیوانات به مدت دو هفته جهت سازگاری با محیط جدید در دمای 1 ± 22 درجه سانتی ‌گراد با غذا و شرایط یکسان، 12 ساعت نور و 12 ساعت تاریکی و تهویه مناسب نگه داری شدند و از یک رنج غلظتی جهت بررسی اثرات نانواکسید روی استفاده شد‌. سپس به‫طور تصادفی به‫شرح زیر تقسیم شدند (هر گروه 7 رت): گروه 1 (نرمال)، گروه 2 (دریافت  کننده 5 mg/kg نانواکسید روی)، گروه 3 (دریافت  کننده 10 mg/kg نانواکسید روی)، گروه 4 (دریافت  کننده 25 mg/kg نانواکسید روی)، گروه 5 (دریافت  کننده 50 mg/kg نانواکسید روی) و گروه 6 (دریافت  کننده 100 mg/kg نانواکسید روی). از یک رنج غلظتی جهت بررسی اثرات نانواکسید روی استفاده شد‌ (16-18).نانوذرات از شرکت نانوسان مشهد خریداری شد. بعد از اتمام دوره درمان با نانواکسید روی  به‫صورت گاواژ برای مدت یک ماه، رت‌ها یک شب گرسنه نگه داشته شده و بعد از بی‫هوشی موش‫ها توسط ایزوفلوران5/2-2 درصد، کلیه رت‌ها ‏‎جدا شده و توسط بافر فسفات سالین شسته شد. تعدادی از نمونه‫ها در فرمالین 10 درصد جهت بررسی هیستوپاتولوژی و تعدادی دیگر در نیتروژن مایع فریز شده و در70- درجه سانتی‫گراد نگه‫داری و در نهایت جهت بررسی دیگر تست‌ها استفاده شد. سرم خون جهت بررسی سطح اوره، اوریک و کراتینین جدا شد و تست‫ها در آزمایشگاه تشخیص طبی انجام شد. نمونه‌ها در بافر فسفات حاوی مهارکننده پروتئاز هموژنیزه شدند و سپس با سرعت 9000 دور در دقیقه به‫مدت 20 دقیقه سانتریفوژ شدند. سوپرناتانت جدا شده و برای ارزیابی وضعیت آنتی‌اکسیدانتی استفاده شد (19). با استفاده از ترازوی آنالیتیکال، حدود 60 میلی‌گرم از بافت کلیه وزن شد و با استفاده از ازت مایع و هاون به‫صورت پودر درآورده شد. سپس آن‫ها را با بافر لیزکننده PBS هموژن شدند. نمونه‌های حاصل با سرعت 12000 دور در دقیقه به‫مدت 15 دقیقه در دمای 4 درجه سانتی‌گراد سانتریفوژ شدند و سوپرناتانت جهت بررسی مارکر‫های استرس اکسیداتیو تا زمان انجام آزمایش‌ها در دمای 80- درجه سانتی‌گراد فریز شد.

اندازگیری توتال پروتئین تام:  اندازه‌گیری پروتئین به‫روش برادفورد یک روش رنگ‌سنجی ساده، سریع، حساس و دقیق است که برای اندازه‌گیری غلظت پروتئین بافتی استفاده شد.

وضعیت تام اکسیدان (TOS): در این آزمایش، ترکیبات آهن دوظرفیتی (Feᶧ²) در حضور اکسیدانت‌ها به آهن سه‌ظرفیتی (Feᶧᶟ) اکسید می‌شوند. آهن سه‌ظرفیتی در حضور یک کروموژن مناسب، رنگ تولید می‌کند. کروموژن گزیلل اورنج در محدوده طول‌موج 550 تا 580 نانومتر جذب دارد و میزان جذب نوری متناسب با غلظت اکسیدان است.  این روش به صورت دستی انجام شد و با استفاده از هیدروژن پراکسید (H₂O₂) و منحنی استاندارد رسم شد (20).

سنجش ظرفیت آنتی‌اکسیدانی تام (TAC): در این آزمایش، ترکیبات مس دوظرفیتی (Cu+²) در حضور آنتی‌اکسیدانت‌ها به مس تک‌ظرفیتی (+Cu)  احیا می‌شوند. در حضور یک کروموژن مناسب، این ترکیبات مس تک‌ظرفیتی رنگ تولید می‌کنند. این رنگ در طول‌موج 450 نانومتر جذب داشته و قابل اندازه‌گیری است. مزیت این روش آن است که آنتی‌اکسیدانت‌هایی همچون ترکیبات تیولی را نیز می‌تواند اندازه‌گیری کند، در حالی‫که روش‌هایی مانند FRAP که بر پایه آهن هستند، قادر به شناسایی این ترکیبات نیستند. میزان جذب در طول‌موج 450 نانومتر متناسب با غلظت آنتی‌اکسیدانت‫ها است (20).

سنجش پراکسیداسیون لیپید (مالون دی آلدئید): در این آزمایش، مالون دی‌آلدئید(MDA) به‫عنوان یکی از فرآورده‌های اصلی پراکسیداسیون لیپیدها و آسیب مستقیم اکسیدان‌ها به اسیدهای چرب غیراشباع (PUFA) سلولی، مورد بررسی قرار گرفت. مالون دی‌آلدئید در حضور تیوباربیتوریک اسید کمپلکسی را تشکیل می‌دهد که در طول‌موج 540 نانومتر جذب نوری نمونه ها به صورت دستی بررسی شد (20).

رنگ آمیزی هیستوپاتولوژی: جهت انجام مطالعات بافت شناسی پس از بیهوشی حیوانات و بازکردن ناحیه شکم،  نمونه برداری از کلیه به سرعت  انجام شد. پس از شست‌وشوی نمونه‌ها در نرمال سالین، نمونه‌های بافتی در فرمالین 10% قرار داده شدند. سپس، نمونه‌ها فرآیند شفاف‌سازی در زایلول و آبگیری در الکل‌های صعودی را طی کردند. پس از آن، نمونه‌ها در پارافین قالب‌گیری شدند. از هر بلوک پارافینی، برش‌های 10 میکرومتری تهیه و رنگ‌آمیزی هماتوکسیلین-ائوزین بر روی اسلایدها انجام شد. از لام های تهیه شده با استفاده ازمیکروسکوپ نوری ناحیه کورتکس و مدولا بررسی شد. از ناحیه مدولا و نیز ناحیه کورتکس هر کلیه چند میدان دید تصادفی غیرهمپوشان انتخاب شد و در بزرگنمایی 40 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در نهایت، بررسی تغییرات هیستوپاتولوژی با استفاده از میکروسکوپ نوری (echo LAB CMOS 16004DSDW21) و دوربین دیجیتال 3+Motic Moticam  و نرم افزار Image-J انجام شد (21).

3- آنالیز آماری

 آنالیز آماری با استفاده از نرم‌افزار SPSS نسخه 16 انجام شد و نتایج به‫صورت میانگین ± انحراف معیار   (Mean ± SD) گزارش گردید. برای مقایسه اختلاف میانگین بین گروه‌ها، از آزمون تعقیبی توکی (Tukey) استفاده شد.

4- نتایج

سنجش اوریک، اوره و کراتینین

بررسی داده‫ها نشان دهنده افزایش معنی‫دار میزان اوریک در گروه‫های دریافت کننده دوزهای 50 و 100 نانواکسید روی (p<0.05) بود ( شکل1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل1: تغییرات میزان اوریک در گروه‫های مختلف درمانی. داده‫ها به‫صورت  Mean ±SD نشان داده شده‫اند. معنی‫داری به‫صورت 05/0>p* و 01/0>p**  و 001/0>p ***  در مقایسه با گروه کنترل درمان نشده نمایش داده شده است. (ND: Normal Diet)

 

در حالی‫که  افزایش معنی‫دار میزان اوره علاوه بر دوزهای 50 و 100 نانواکسید روی (p<0.001) ، در دوز 25 نیز مشهود بود (p<0.05) ( شکل2). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل2: تغییرات میزان اوره در گروه‫های مختلف درمانی. داده‫ها به‫صورت  Mean ±SD نشان داده شده اند.  معنی‫داری به‫صورت 05/0>p* و 01/0>p**  و 001/0>p ***  در مقایسه با گروه کنترل درمان نشده نمایش داده شده است. (ND: Normal Diet)

 

تغییرات معنی‫دار کراتی‫نین نیز در دوزهای  25(p<0.05) و 50 و 100 نانواکسید روی  (p<0.01) مشاهده شد ( شکل3).

 

 

 

 

 

 

 

شکل 3: تغییرات میزان کراتینین در گروه های مختلف درمانی. داده‫ها به‫صورت  Mean ±SD نشان داده شده اند. معنی‫داری به‫صورت 05/0>p* و 01/0>p**  و 001/0>p ***  در مقایسه با گروه کنترل درمان نشده نمایش داده شده است. (ND: Normal Diet)

 

سنجش ظرفیت آنتی‌اکسیدانتی تام (TAC)

 در گروه دریافت کننده نانواکسید روی با غلظت 25، 50 و 100 میلی‫گرم بر کیلوگرم در مقایسه با گروه کنترل میزان  TAC  به‫صورت وابسته به دوز کاهش یافت به‫طوری‫که سطح معنی‫داری دوز 25 میلی‫گرم بر کیلوگرم )p<0.05( و دوزهای 50 و 100 میلی‫گرم بر کیلوگرم (p<0.001) بود.  اختلاف ایجاد شده در مقدار این فاکتور توسط دوز 5 و 10 میلی‫گرم بر کیلوگرم نسبت به گروه کنترل معنی دار نبود ‫(شکل4).

 

شکل 4: تغییرات میزان ظرفیت آنتی اکسیدانتی تام در گروه‫های مختلف درمانی. داده‫ها به‫صورت  Mean ±SD نشان داده شده اند.  معنی‫داری به‫صورت 05/0>p* و 01/0>p**  و 001/0>p ***  در مقایسه با گروه کنترل درمان نشده نمایش داده شده است. (ND: Normal Diet)

 

                                                                                                               

سنجش وضعیت تام اکسیدانت (TOS)

  بررسی نتایج نشان می‫دهد دوزهای دوزهای 50 و 100 میلی‫گرم بر کیلوگرم نانواکسید روی به‫طور معنی‫دار افزایش  TOS شدند )p< 0.001( و این افزایش در وضعیت تام اکسیدانتی در دوز 25 میلی‫گرم بر کیلوگرم  نیز با سطح معنی‫داری )p<0.05( قابل مشاهده بود. دوز کمتر از 25 میلی‫گرم بر کیلوگرم  بر میزان افزایش TOS تاثیر معنی‫دار نداشتند  (شکل5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 5: تغییرات وضعیت اکسیدانتی تام در گروه‫های مختلف درمانی. داده‫ها به‫صورت  Mean ±SD نشان داده شده اند.  معنی‫داری به‫صورت 05/0>p* و 01/0>p**  و 001/0>p ***  در مقایسه با گروه کنترل درمان نشده نمایش داده شده است. (ND: Normal Diet)

 

سنجش مالون دی‌آلدئید(MDA)

 دوزهای 10 و  25   و 50 و 100 میلی‫گرم بر کیلوگرم نانواکسید روی  به‫طور معنی‫دار  )p< 0.001(  و به‫صورت وابسته به دوز سبب افزایش  MDA  شدند. میزان MDA تحت تاثیر معنی‫دار دوز میلی‫گرم بر کیلوگرم قرار گرفت هرچند دوز 5 میلی‫گرم بر کیلوگرم سبب تغییرات معنی‫دار آماری در این شاخصه نشد ( شکل6).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل6:  تغییرات میزان مالون دآلدئید در گروه های مختلف درمانی. داده‫ها به‫صورت  Mean ±SD نشان داده شده اند. معنی‫داری به‫صورت 05/0>p* و 01/0>p**  و 001/0>p ***  در مقایسه با گروه کنترل درمان نشده نمایش داده شده است. (ND: Normal Diet)

سنجش گلوتاتیون

 بررسی داده‫های آماری نشان می‫دهد سطح گلوتاتیون به دوز نانواکسید روی تجویزی وابسته بوده به‫طوری‫که دوزهای 25 میلی‫گرم بر کیلوگرم )p< 0.01( و 50 و 100 میلی‫گرم بر کیلوگرم (p< 0.001) به‫طور وابسته به دوز سبب کاهش سطح گلوتاتیون شده، دوز 10 میلی‫گرم بر کیلوگرم نتوانست میزان گلوتاتیون را نسبت به گروه کنترل، به‫طور معنی‫دار تغییر دهد، در صورتی که دوز 5 میلی‫گرم بر کیلوگرم به‫صورت آنتی اکسیدانت عمل کرده و میزان افزایش سطح گلوتاتیون در گروه دریافت کننده دوز 5 میلی‫گرم بر کیلوگرم با گروه کنترل معنی دار بود ( شکل7).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 7: تغییرات میزان گلوتاتیون در گروه‫های مختلف درمانی. داده‫ها به‫صورت  Mean ±SD نشان داده شده اند. معنی‫داری به‫صورت 05/0>p* و 01/0>p**  و 001/0>p ***  در مقایسه با گروه کنترل درمان نشده نمایش داده شده است. (ND: Normal Diet)

 

بررسی تغییرات هیستوپاتولوژی

 یافته‫های بافت شناسی نشان دهنده ‏ آتروفی گلومرول‫ها و نیز تغییرات دژنراتیو و کاهش تعداد سلول‫ها در لایه جداری کپسول بومن در گروه‫های دریافت کننده دوز  25 میلی‫گرم بر کیلوگرم و بالاتر نانواکسید روی بود.  به‫طور کلی سایز گلومرول‫ها در این گروه‫ها کاهش داشته و فضای کلیوی نیز کوچک‫تر شده بود. همچنین دژنزه شدن و مرگ سلولی در اپی‫تلیوم لوله‫ها مشاهده شد و در نتیجه لومن لوله‫ها در برخی قسمت‫ها حالت دیلاته و وسیع تر دیده شد. از دیگر تغییرات این ناحیه از دست دادن و تغییرات آتروفیک در حاشیه مسواکی لوله خمیده نزدیک بود. نکروز سلولی در لوله‫ها وجود داشت و هسته‫ها به‫حالت پیکنوتیک دیده شدند. خونریزی در فضای بین لوله‫های کورتکس و مدولا به‫طور متوسط قابل مشاهده بود. در فاصله بین لوله‫های ناحیه  مدولا  ارتشاح سلول‫های لنفاوی وجود داشت. دوز  10 میلی‫گرم بر کیلوگرم نیز سبب تغییرات بافتی کمی در کلیه شد ( شکل 8).

 

 

شکل 8: تغییرات بافت شناسی کلیه در گروه های مختلف درمانی با استفاده از رنگ آمیزی هماتوکسیلین ائوزین. (A) کنترل بدون مداخله. (B)دریافت کننده دوز mg/kg5 . (C)دریافت کننده دوز mg/kg10. (D) دریافت کننده دوز mg/kg25. (E) دریافت کننده دوز mg/kg50.  (F) دریافت کننده دوز mg/kg100. عکس ها به عنوان  نمونه از هر میدان دید انتخاب شده اند. بزرگنمایی تصاویر: ×400 .  معنی‫داری به‫صورت 0.05   >P* و 0.01>P** و0.001>P  ***  در مقایسه با گروه کنترل درمان نشده نمایش داده شده است.

4- بحث

 نانواکسید روی  به‫دلیل ویژگی منحصر به فرد و شکل های متنوع  به‫طور گسترده ای در لـوازم آرایشی و بهداشتی، کاتالیزورهـا، سـرامیک هـا، رنگ ها و کشاورزی و پزشکی استفاده می‫شوند. مطالعات گذشته نشان می‫دهند که نانواکسید روی  دارای ایمنی زیستی بالا هستند و قادرند در مواد پزشکی مورد استفاده قرار گیرند. بـا وجود این مطالعات توکسیکوکنیتیک گزارش کرده اند کـه نانواکسید روی  دارای عوارض جانبی بر روی انسان و سایر حیوانات هستند. ایمنی زیستی نانواکسید روی  هنـوز مورد بحث می باشد زیرا بطور عمده ای وابسته به نحوه سنتز آن است (9, 22).

 مطالعه حاضر به بررسی اثر نانواکسید روی بر شاخص‌های استرس اکسیداتیو و آسیب بافتی در کلیه موش‌های آزمایشگاهی پرداخته است. نتایج این بررسی به‫وضوح نشان می‌دهد که با افزایش غلظت نانواکسید زینک، شاهد تغییرات قابل‌توجهی در میزان این شاخص‌ها هستیم.

 در گروه‌های دریافت‌کننده نانواکسید روی با غلظت‌های 10، 25، 50 و 100 میلی‫گرم بر کیلوگرم، میزان MDA و TOS به‫طور چشم‫گیری افزایش یافت، در حالی که میزان TAC کاهش پیدا کرد. این تغییرات در پارامترهای استرس اکسیداتیو همچنین منجر به ایجاد آسیب‌های بافتی در کلیه شده است.

هم‫راستا با مطالعه حاضر مطالعه حجازی و همکاران (23) به بررسی اثر نانوذرات روی  در سه دوز مختلف بر شاخص‌های استرس اکسیداتیو اشاره می‌کند. این مطالعه نشان داده است که دوز 100 میلی‫گرم بر کیلوگرم وزن بدن نانوذرات زینک، باعث افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت SOD و Gaps، افزایش میزان TBARS (که معادل MDA است) و کاهش ظرفیت آنتی‌اکسیدانتی کل پلاسما شده است. این یافته‌ها هم‫سو با نتایج مطالعه حاضر مبنی بر افزایش استرس اکسیداتیو در پی افزایش غلظت نانوذرات روی  است.

نتایج مطالعه حاضر نشان میدهد که نانوذرات روی  به صورت وابسته به دوز، موجب القای استرس اکسیداتیو می‌شوند. احتمالاً مکانیسم‌های مختلفی از جمله افزایش تولید ROS، اختلال در سیستم‌های آنتی‌اکسیدانی و تغییر در مسیرهای سیگنالینگ درون‌سلولی در این اثرات نقش دارند. بنابراین، در استفاده از نانواکسید روی  در کاربردهای زیست‌پزشکی، باید به غلظت و دوز مناسب آن توجه ویژه‌ای داشت تا از بروز اثرات سمی آن جلوگیری شود.  در واقع، هر دو مطالعه نشان می‌دهند که نانوذرات روی به‫صورت وابسته به دوز، موجب القای استرس اکسیداتیو می‌شوند. احتمالا مکانیسم‌های مختلفی از جمله افزایش تولید ROS، اختلال در سیستم‌های آنتی‌اکسیدانتی و تغییر در مسیرهای سیگنالینگ درون‌سلولی در این اثرات نقش دارند. بنابراین، در استفاده از نانواکسید روی  در کاربردهای زیست‌پزشکی، باید به غلظت و دوز مناسب آن توجه ویژه‌ای داشت تا از بروز اثرات سمی آن جلوگیری شود.

همچنین مطالعه رفیعی راد و همکاران در سال 2018 که بر روی  اثرات نانواکسید روی  در ترکیب با ویتامین C در موش‌های صحرایی انجام شده است نشان داده میدهد در گروه دریافت‌کننده دوز mg/kg 5 نانواکسید روی ، میزان MDA کاهش یافته است و در گروه‌هایی که دوزهای مختلف ویتامین C را دریافت کرده بودند، میزان این شاخص کاهش پیدا کرده است. این نتایج نشان می‌دهد که در دوز mg/kg 5 ، نانواکسید روی  دارای خواص آنتی‌اکسیدانی است و می‌تواند از طریق کاهش استرس اکسیداتیو و پراکسیداسیون لیپیدی، از آسیب سلولی جلوگیری کند. (24). در مطالعه حاضر نیز دوز mg/kg5 نانوذرات اکسید روی  دارای خواص آنتی اکسیدانی بوده و تاثیرات مثبتی بر شرایط استرس اکسیداتیو و نیز مطالعات هیستوپاتولوژی نمونه ها داشت. به نظر میرسد دوزهای بالای نانوذرات روی  می‌توانند باعث تحریک رادیکال‌های آزاد شوند و یا گلوتاتیون را که مسئول غیرفعال کردن رادیکال‌های آزاد است، از کار بیاندازند (25). تجمع این رادیکال‌های آزاد، به طور مستقیم یا غیرمستقیم، باعث اختلال در فعالیت آنزیم‌ها، آسیب به DNA و پراکسیداسیون لیپیدها می‌شود. این امر در نهایت منجر به آسیب به سلول‌های بدن می‌گردد (26). برخی آزمایش‌ها نشان می‌دهند که غلظت‌های پایین نانوذرات دارای برخی خصوصیات مفید هستند. از آنجایی‫که روی به‫عنوان ماده مغذی ضروری برای عملکرد بسیاری از آنزیم‌ها لازم است، نانواکسید روی نیز ممکن است باعث بهبود وضعیت عملکردی و ساختاری بافت‌ها شود (27, 28).   

المغربی و همکاران در سال 2015، با تجویز نانواکسید روی  با دوز mg/kg10 به رت‌های دیابتی، نشان دادند که این ترکیب باعث افزایش قابل‌توجهی در فعالیت و بیان ژن‌های SOD، CAT، gaps، GRD و GST می‌شود. این موضوع نشان‌دهنده ی کاهش سطح استرس اکسیداتیو در بیضه در گروه‌های دریافت‌کننده دوز پایین نانواکسید روی در حیوانات دیابتی است. آنها همچنین نشان دادند که نانواکسید روی  به تنهایی یا در ترکیب با انسولین، باعث افزایش تعداد و تحرک اسپرم و محافظت از بافت بیضه در برابر استرس اکسیداتیو ناشی از دیابت در رت می‌شود (29). در مطالعه‌ای دیگر، اثبات شده است که تجویز خوراکی نانواکسید روی به میزان mg/kg 40 و 100 ، سبب افزایش معنی‌دار سطح نیتریت در ریه رت‌های تحت درمان شده است. همچنین، سطح TNF-α در ریه پس از 24 ساعت در دوز mg/kg 100 و بعد از 1 هفته در دوز mg/kg 40 ، به میزان قابل‌توجهی بالاتر از گروه کنترل بود. علاوه بر این، سطح اینترلوکین -β1 افزایش و سطح پاراکسوناز-1 کاهش یافت. محققان نشان دادند که تجویز خوراکی نانواکسید روی ، احتمالاً از طریق استرس اکسیداتیو، پاسخ التهابی و آسیب DNA، باعث آسیب ریه می‌شود (30). نانواکسید روی احتمالاً با افزایش تولید رادیکال‌های آزاد، می‌تواند سبب آسیب اکسیداتیو DNA و آسیب کروموزومی، و در نهایت، آسیب بافتی گردد. این خاصیت را می‌توان از طریق فعال‌سازی رادیکال‌های آزاد و/یا غیرفعال‌سازی گلوتاتیون که نقش خنثی‌سازی این رادیکال‌ها را به عهده دارد، توسط نانوذره توجیه کرد. پس از این فرآیند، افزایش رادیکال‌های آزاد سبب آسیب DNA و اختلال در فعالیت آنزیم‌ها می‌شود. تولید ROS توسط نانواکسید روی   باعث تخریب پروتئین‌ها، آسیب DNA و پراکسیداسیون لیپیدها می‌گردد. این فرآیندها در نهایت سبب آسیب غشای سلولی و افزایش مواد مضر مانند MDA می‌شود. بررسی MDA به دلیل سادگی، تکنیک مفیدی برای بررسی افزایش پراکسیداسیون لیپید است. در این مطالعه، در گروه‌های دریافت‌کننده غلظت‌های بالاتر از mg/kg 25 نانواکسید روی، غلظت مالون دی آلدئید (MDA) در مقایسه با گروه کنترل افزایش چشمگیری داشت.

 افزایش معنی‌دار غلظت MDA در رت‌های دریافت‌کننده نانواکسید روی  ممکن است در پیشرفت عوارض آن نقش داشته باشد، زیرا افزایش سطح مالون دی‌آلدئید و کاهش سیستم دفاعی آنتی‌اکسیدانی در بدن می‌تواند سبب تخریب سلولی شود (31). نانواکسید روی در دوزهای بالاتر از mg/kg 10 باعث تغییرات بافت شناسی در رت ها شد که احتمالا در راستای تغییرات استرس اکسیداتیو می باشد.  افزایش استرس اکسیداتیو می تواند یکی از عوامل اصلی بینظمی سلولی، التهاب بافتی و در نهایت مرگ سلولی باشد. در حالی که دوز mg/kg 5 سبب ایجاد تغییرات پاتولوژیکی در بافت نشد. این اطلاعات می‌تواند در استفاده مناسب و ایمن از نانوذرات روی  در کاربردهای پزشکی و زیست‌پزشکی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، بررسی مکانیسم‌های دقیق این اثرات و پیدا کردن راهکارهایی برای کاهش آسیب‌های احتمالی، محور مطالعات آینده در این زمینه خواهد بود.

5- نتیجه‌گیری

 نتایج این طرح به وضوح نشان داد که دوزهای بالای نانواکسید روی، شامل mg/kg 10 ،  mg/kg 25، mg/kg 50 و mg/kg  100، تأثیرات منفی قابل توجهی بر روی بافت کلیه دارند. این دوزهای بالا باعث کاهش شدید فعالیت آنتی‌اکسیدانی بافتی شده‌اند، که نشان‌دهنده اختلال در سیستم دفاعی آنتی‌اکسیدانی کلیه است. کاهش فعالیت آنتی‌اکسیدانی می‌تواند به تجمع رادیکال‌های آزاد در بافت منجر شود و در نتیجه، خطر آسیب اکسیداتیو را افزایش دهد. علاوه بر این، این دوزهای بالا موجب ایجاد تغییرات تخریبی در ساختار بافت کلیه گردیده‌اند. این تغییرات می‌توانند شامل آسیب به سلول‌های کلیوی، اختلال در عملکرد نرمال بافت و حتی مرگ سلولی باشند. این وضعیت به ویژه در شرایطی که بافت کلیه تحت فشار است، می‌تواند عواقب جدی برای سلامت عمومی ایجاد کند.

6- تشکر و قدردانی

 این طرح توسط معاونت تحقیقات و فناوری دانشگاه علوم پزشکی همدان با کد اخلاق     IR.UMSHA.REC.1400.457تائید و شماره طرح 140007205816حمایت شد.

-

  1. Arukalam IO, Uzochukwu IN, Tüzün B, Dagdag O, Oguzie EE. Influence of ZnO Nanoparticle Size on Barrier Performance and Corrosion Protection of Poly (dimethylsiloxane)-Coated Q235 Steel in Chloride Environment: Bode and Computational Simulation Investigations. Chemistry Africa. 2024;7(2):853-63.
  2. Hamada AM, Radi AA, Al‑Kahtany FA, Farghaly FA. A review: Zinc oxide nanoparticles: advantages and disadvantages. Journal of Plant Nutrition. 2024;47(4):656-79.
  3. Nair GM, Sajini T, Mathew B. Advanced green approaches for metal and metal oxide nanoparticles synthesis and their environmental applications. Talanta Open. 2022;5:100080.
  4. Kumar M, Kulkarni P, Liu S, Chemuturi N, Shah DK. Nanoparticle biodistribution coefficients: A quantitative approach for understanding the tissue distribution of nanoparticles. Advanced Drug Delivery Reviews. 2023;194:114708.
  5. Zhang A, Meng K, Liu Y, Pan Y, Qu W, Chen D, et al. Absorption, distribution, metabolism, and excretion of nanocarriers in vivo and their influences. Advances in Colloid and Interface Science. 2020;284:102261.
  6. Demirci-Cekic S, Özkan G, Avan AN, Uzunboy S, Çapanoğlu E, Apak R. Biomarkers of oxidative stress and antioxidant defense. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis. 2022;209:114477.
  7. Horie M, Tabei Y. Role of oxidative stress in nanoparticles toxicity. Free radical research. 2021;55(4):331-42.
  8. Muhamed PK, Vadstrup S. Zinc is the most important trace element. Ugeskrift for laeger. 2014;176(5):V11120654-V.
  9. Maywald M, Rink L. Zinc in human health and infectious diseases. Biomolecules. 2022;12(12):1748.
  10. Valko M, Rhodes C, Moncol J, Izakovic M, Mazur M. Free radicals, metals and antioxidants in oxidative stress-induced cancer. Chemico-biological interactions. 2006;160(1):1-40.
  11. Sharma V, Anderson D, Dhawan A. Zinc oxide nanoparticles induce oxidative stress and genotoxicity in human liver cells (HepG2). Journal of Biomedical Nanotechnology. 2011;7(1):98-9.
  12. Ghosh M, Sinha S, Jothiramajayam M, Jana A, Nag A, Mukherjee A. Cyto-genotoxicity and oxidative stress induced by zinc oxide nanoparticle in human lymphocyte cells in vitro and Swiss albino male mice in vivo. Food and Chemical Toxicology. 2016;97:286-96.
  13. Zhao H, Li L, Zhan H, Chu Y, Sun B. Mechanistic Understanding of the Engineered Nanomaterial‐Induced Toxicity on Kidney. Journal of Nanomaterials. 2019;2019(1):2954853.
  14. González-Esquivel AE, Charles-Niño CL, Pacheco-Moisés FP, Ortiz GG, Jaramillo-Juárez F, Rincón-Sánchez AR. Beneficial effects of quercetin on oxidative stress in liver and kidney induced by titanium dioxide (TiO2) nanoparticles in rats. Toxicology mechanisms and methods. 2015;25(3):166-75.
  15. De Angelis I, Barone F, Zijno A, Bizzarri L, Russo MT, Pozzi R, et al. Comparative study of ZnO and TiO2 nanoparticles: physicochemical characterisation and toxicological effects on human colon carcinoma cells. Nanotoxicology. 2013;7(8):1361-72.
  16. Chimienti F, Aouffen M, Favier A, Seve M. Zinc homeostasis-regulating proteins: new drug targets for triggering cell fate. Current drug targets. 2003;4(4):323-38.
  17. Rafieirad M, Valipour-Chahardah-Charic S. Evaluation of the simultaneous effect of zinc oxide nanoparticles and vitamin C on oxidative stress in rat cerebellum. Feyz Medical Sciences Journal. 2018;22(3):274-82.
  18. Habib S, Rashid F, Tahir H, Liaqat I, Latif AA, Naseem S, et al. Antibacterial and cytotoxic effects of biosynthesized zinc oxide and titanium dioxide nanoparticles. Microorganisms. 2023;11(6):1363.
  19. Ghalehkandi JG. Garlic (Allium sativum) juice protects from semen oxidative stress in male rats exposed to chromium chloride. Animal Reproduction (AR). 2018;11(4):526-32.
  20. Salehi I, Zarrinkalam E, Mirzaei F, Oshaghi EA, Ranjbar K, Asl SS. Effects of resistance, endurance, and concurrent exercise on oxidative stress markers and the histological changes of intestine after morphine withdrawal in rats. Avicenna Journal of Medical Biochemistry. 2018;6(2):44-9.
  21. Azmoonfar R, Mirzaei F, Najafi M, Varkeshi M, Ghazikhanlousani K, Momeni S, et al. Radiation-induced Testicular Damage in Mice: Protective Effects of Apigenin Revealed by Histopathological Evaluation. Current Radiopharmaceuticals. 2024;17(3):238-46.
  22. Mandal AK, Katuwal S, Tettey F, Gupta A, Bhattarai S, Jaisi S, et al. Current research on zinc oxide nanoparticles: synthesis, characterization, and biomedical applications. Nanomaterials. 2022;12(17):3066.
  23. Hejazy M, Koohi MK. Effect of subacute exposure of nano Zinc particles on oxidative stress parameters in rats. 2017.
  24. Rafieirad M, Valipour-Chahardah-Charic S. Evaluation of the simultaneous effect of zinc oxide nanoparticles and vitamin C on oxidative stress in rat cerebellum. Feyz Journal of Kashan University of Medical Sciences. 2018;22(3):274-82.
  25. Rahman HS, Othman HH, Abdullah R, Edin HYAS, AL‐Haj NA. Beneficial and toxicological aspects of zinc oxide nanoparticles in animals. Veterinary Medicine and Science. 2022;8(4):1769-79.
  26. Abbasalipourkabir R, Moradi H, Zarei S, Asadi S, Salehzadeh A, Ghafourikhosroshahi A, et al. Toxicity of zinc oxide nanoparticles on adult male Wistar rats. Food and chemical toxicology : an international journal published for the British Industrial Biological Research Association. 2015;84:154-60.
  27. Chimienti F, Aouffen M, Favier A, Seve M. Zinc homeostasis-regulating proteins: new drug targets for triggering cell fate. Current drug targets. 2003;4(4):323-38.
  28. Clegg MS, Hanna LA, Niles BJ, Momma TY, Keen CL. Zinc deficiency-induced cell death. IUBMB life. 2005;57(10):661-9.
  29. Afifi M, Almaghrabi OA, Kadasa NM. Ameliorative Effect of Zinc Oxide Nanoparticles on Antioxidants and Sperm Characteristics in Streptozotocin-Induced Diabetic Rat Testes. BioMed research international. 2015;2015:153573.
  30. Attia H, Nounou H, Shalaby M. Zinc Oxide Nanoparticles Induced Oxidative DNA Damage, Inflammation and Apoptosis in Rat's Brain after Oral Exposure. Toxics. 2018;6(2).
  31. Ismail M, Al-Naqeep G, Chan KW. Nigella sativa thymoquinone-rich fraction greatly improves plasma antioxidant capacity and expression of antioxidant genes in hypercholesterolemic rats. Free Radical Biology and Medicine. 2010;48(5):664-72.
سلول و بافت
دوره 15، شماره 3
پاییز 1403
صفحه 231-245

  • تاریخ دریافت 16 آبان 1403

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

سرقت ادبی

تماس با ما