Introduction. The toxicity of carbon nanotubes (CNT), which are chemically inert particles, is thought to be connected with responses of aseptic inflammation and oxidative stress. This study was conducted to determine how far antioxidants may reduce CNT toxicity in laboratory animals.
Material and methods. Male Wistar rats were administered by oral gavage with 0.05 or 0.5 mg/kg/day of Tuball© single-walled CNT in vegetable oil for 2 weeks, without a modifier or in combination with Aevit© (mixture of retinol and α-tocopherol given in doses 25,000 IU/kg/day and 25 mg/kg/day correspondingly). Control animals received oil or Aevit without CNT. 10 markers of oxidative stress and 12 clinical chemistry markers were determined in the rat blood samples.
Results. Aevit didn’t influence the above biochemical markers, but combination “Aevit + CNT” increased the prooxidant action of CNT and arose biochemical signs of malabsorption, presumably as a result of retinol inhibitory action onto repair of intestinal epithelial cells, damaged by CNT.
Discussion. The lack of tocopherol protective action, which usually removes prooxidant effects of high retinol concentrations, can be explained by superposition of two mechanisms: 1) two components of Aevit, in the presence of CNT, may be separated in space, since only retinol has isoprenoid side chain needed for the formation of donor-acceptor complexes with CNT surface; 2) the effects of retinol on cell reproduction, differentiation and wound healing is not related to its anti - or pro-oxidant properties but takes place at the level of target genes transcription after binding of retinoic acid with nuclear receptors RARs and RXRs. The data obtained allowed supposing the mechanism of lung cancer increases in ATBC and CARET trials was not prooxidant action of retinol and its precursor β-carotene, but regulatory inhibition of lung epitheliocytes reparation during its continued damage by cigarette smoke and asbestos fibers by retinoic acid.
Conclusion. Aevit (and, probably, other retinoid-containing preparations) can’t be recommended to ensure the safety of humans and animals during oral CNT intake. The results obtained explanation needs both functional activities of retinol, which is simultaneously antioxidant and one of the nuclear regulators; this, in turn, leads to the new assumption about the mechanisms of unsuccessful outcomes in ATBC and CARET trials.
Введение. Токсичность химически инертных углеродных нанотрубок (УНТ) связывают с развитием асептического воспаления, в котором большую роль играет окислительный стресс. Данное исследование было проведено с целью установить, в какой степени введение антиоксидантов может снизить повреждающее действие УНТ в опыте на лабораторных животных.
Материал и методы. Самцам крыс Wistar вводили внутрижелудочным зондом взвесь однослойных УНТ марки Tuball в растительном масле в дозах 0,05 и 0,5 мг/кг/день в течение двух недель без модификатора или в комбинации с препаратом «Аевит» (смесь ретинола и α-токоферола в дозах 25 000 МЕ/кг/день и 25 мг/кг/день соответственно). Контрольным животным вводили растительное масло или «Аевит» без УНТ. В пробах крови животных определяли 10 показателей окислительного стресса и 12 клинико-лабораторных показателей состояния организма.
Результаты. «Аевит» не влиял на использованные показатели, но в комбинации с УНТ усиливал его прооксидантное действие и вызывал появление биохимических маркеров мальабсорбции предположительно за счёт замедления ретинолом репарации эпителиоцитов кишечника, повреждаемых нанотрубками.
Обсуждение. Отсутствие защитного действия со стороны токоферола, который обычно снимает прооксидантные эффекты повышенных концентраций ретинола, можно объяснить наложением двух механизмов: 1) два компонента препарата «Аевит» при введении его с УНТ, возможно, разделяются в пространстве, поскольку только ретинол имеет изопреноидную боковую цепь, необходимую для образования донорно-акцепторных комплексов с поверхностью УНТ; 2) влияние ретинола на процессы размножения, дифференцировки и заживления ран не связано с его анти- или прооксидантными свойствами и осуществляется на уровне транскрипции генов-мишеней путём связывания ретиноевой кислоты с ядерными рецепторами RARs и RXRs. Полученные данные позволяют предположить, что механизмом увеличения заболеваемости раком легкого в группах риска проектов ATBC и CARET является не прооксидантное действие ретинола и его предшественника β-каротина, а регуляторное торможение ретиноевой кислотой скорости репарации эпителиоцитов легочной ткани, повреждаемых компонентами сигаретного дыма и волокнами асбеста.
Заключение. «Аевит» (и, по-видимому, любые препараты, содержащие ретиноиды) не может быть рекомендован для обеспечения безопасности организма человека и животных при пероральном поступлении УНТ. Объяснить полученные данные можно только сочетанием двух функциональных активностей ретинола, являющегося антиоксидантом и одним из регуляторов дифференцировки, что, в свою очередь, приводит к новому предположению о механизмах неудачного завершения проектов ATBC и CARET.