Toxicological ReviewToxicological ReviewТоксикологический вестник0869-7922Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman65979410.47470/0869-7922-2025-33-1-17-26kwqnkjPreventive toxicologyПрофилактическая токсикологияResearch ArticleComparative assessment of toxic damage to the rats’ liver after subchronic exposure to nanoparticles of different chemical natureСравнительная оценка токсического повреждения печени крыс после субхронического воздействия наночастиц разной химической природыhttps://orcid.org/0000-0002-0097-7845MinigalievaIlzira A.МинигалиеваИльзира Амировна

Doctor of Biological Sciences, Head of the Department of Toxicology and Bioprophylaxis, Federal Budgetary Institution of Science “Yekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers” of Rospotrebnadzor, 620014, Yekaterinburg

e-mail: ilzira-minigalieva@yandex.ru

Доктор биол. наук, заведующая отделом токсикологии и биопрофилактики ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, г. Екатеринбург

e-mail: ilzira-minigalieva@yandex.ru

ilzira-minigalieva@yandex.ruSutunkovaMarina P.СутунковаМарина Петровна

Doctor of Medical Sciences, Director of the Federal Budgetary Institution of Science “Yekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers” of Rospotrebnadzor, 620014, Yekaterinburg

e-mail: marinasutunkova@yandex.ru

Доктор мед. наук., директор ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, г. Екатеринбург

e-mail: marinasutunkova@yandex.ru

marinasutunkova@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0927-4062KlinovaSvetlana V.КлиноваСветлана Владиславовна

Candidate of Biological Sciences, Head of the Laboratory of Industrial Toxicology, Department of Toxicology and Bioprophylaxis, Federal Budgetary Institution of Science “Yekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers” of Rospotrebnadzor, 620014, Yekaterinburg

e-mail: klinovasv@ymrc.ru

Кандидат биол. наук, заведующий лабораторией промышленной токсикологии ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, г. Екатеринбург

e-mail: klinovasv@ymrc.ru

klinovasv@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3262-8527KungurtsevaAlexandra K.КунгурцеваАлександра Кирилловна

Junior Researcher, Department of Toxicology and Bioprophylaxis, Federal Budgetary Institution of Science “Yekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers” of Rospotrebnadzor, 620014, Yekaterinburg

e-mail: tsaplinaak@ymrc.ru

Младший научный сотрудник ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, г. Екатеринбург

e-mail: tsaplinaak@ymrc.ru

tsaplinaak@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7387-5287ValaminaIrina Е.ВаламинаИрина Евгеньевна

Candidate of Medical Sciences, Senior Researcher, Head of the Laboratory, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Ural State Medical University” of the Ministry of Health of the Russian Federation, 620028, Yekaterinburg, Russian Federation, Yekaterinburg

e-mail: ivalamina@mail.ru

Кандидат мед. наук, старший научный сотрудник, заведующая лабораторией ЦНИЛ ГБОУ ВПО УГМУ, 620109, г. Екатеринбург

e-mail: ivalamina@mail.ru

ivalamina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2726-9259SahautdinovaRenata R.СахаутдиноваРената Рашидовна

Candidate of Medical Sciences, Head of the Diagnostic Laboratory Department of the Research and Production Association of Laboratory Diagnostic Technologies of the Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers, 620014, Yekaterinburg, Russian Federation

e-mail: sahautdinova@ymrc.ru

Кандидат мед. наук, заведующая ДЛО НПО ДЛТ ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, г. Екатеринбург

e-mail: sahautdinova@ymrc.ru

sahautdinova@ymrc.ruFederal Budgetary Institution of Science “Yekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers” of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human WellbeingФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаFederal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Ural State Medical University” of the Ministry of Health of the Russian FederationФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации25022025331NO1 (2025)№1 (2025)172620022025Copyright ©; 2025, Minigalieva I.A., Sutunkova M.P., Klinova S.V., Kungurtseva A.K., Valamina I.Е., Sahautdinova R.R.Copyright ©; 2025, Минигалиева И.А., Сутункова М.П., Клинова С.В., Кунгурцева А.К., Валамина И.Е., Сахаутдинова Р.Р.2025Minigalieva I.A., Sutunkova M.P., Klinova S.V., Kungurtseva A.K., Valamina I.Е., Sahautdinova R.R.Минигалиева И.А., Сутункова М.П., Клинова С.В., Кунгурцева А.К., Валамина И.Е., Сахаутдинова Р.Р.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/0869-7922/article/view/659794

Introduction. Nanoscale particles, which are formed as a by-product of technological processes in the mining and metallurgical industries, pose high risks to workers’ health. The liver, as the center of detoxification processes in the body, is a target organ when almost any harmful chemical factors of the production environment enter the body, and their impact can cause the development of pathological processes in the liver.

The purpose of the study was to investigate the features of the hepatotoxic effect of various elementoxide nanoparticles (EO NPs) on an experimental in vivo model under subchronic exposure.

Material and methods. We examined hepatotoxicity of EO NPs in rats in three experiments with repeated intraperitoneal injections of NPs (1) PbO and CdO, (2) NiO, (3) CuO and SeO in total doses from 4.5 to 72 mg/kg body weight. Each experiment had its own control group. NPs were synthesized by laser ablation from pure metal plates. The assessment of hepatotoxicity in rats was carried out after the end of the experimental period according to the following indicators: liver mass, biochemical parameters of blood, cytological composition of liver cells and morphometric parameters in it.

Results. Of the NPs studied, NiO NPs and CdO NPs had the most pronounced hepatotoxic effect. At the same time, essential elements (such as selenium and copper) in the form of oxide nanoparticles at the studied doses had a hepatotoxic effect.

Discussion. Negative changes were observed following repeated intraperitoneal injections of different element oxide nanoparticles in all experimental animals, the most pronounced being related to exposures to CdO and NiO NPs. Alterations of biochemical parameters did not always correlate with structural damages revealed by histology and imprint cytology.

Limitations. The study is limited to examining toxic liver injury in only one animal species and sex.

Conclusion. The severity of the hepatotoxic effect of the studied nanoparticles (PbO, CdO, NiO, CuO, SeO) in a subchronic toxicological experiment on animals depends on their chemical nature.

Compliance with ethical standards. The experimental studies were approved by the local institutional ethics committee (protocols No. 2 of 01.02.2018, No. 4 of 01.02.2018, No. 2 of 20.04.2021).

Authors’ contribution: Minigalieva I.A., Sutunkova M.P. – study concept and design, scientific editing of the text; Klinova S.V., Kungurtseva A.K. – data collection and processing, preparation of figures, writing the text; Valamina I.E. – histomorphological assessment; Sahautdinova R.R. – data collection and processing, preparation of figures. All co-authors – approval of the final version of the article, responsibility for the integrity of all parts of the article.

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Funding. The study had no sponsorship.

Received: June 19, 2024 / Revised: September 27, 2024 / Accepted: December 18, 2024 / Published: February 25, 2025

Введение. Повышенный риск здоровью рабочих создают частицы наноразмерного диапазона, которые образуются как побочный продукт многих технологических процессов в горнодобывающей и металлургической промышленностях. Печень как центр детоксикационных процессов в организме является органом-мишенью при попадании в организм практически любых вредных химических факторов производственной среды, а их воздействие может обусловливать развитие патологических процессов в печени.

Цель исследования – изучение особенностей гепатотоксического действия различных элементоксидных наночастиц (ЭО НЧ) на экспериментальной модели in vivo при субхроническом воздействии.

Материал и методы. Изучена гепатотоксичность ЭО НЧ на крысах. Были проведены 3 эксперимента при повторных внутрибрюшинных введениях наночастиц (НЧ): 1-й эксперимент – PbO, CdO, 2-й – NiO, 3-й – CuO, SeO в суммарных дозах от 4,5 до 72 мг/кг массы тела животного. В каждом из экспериментов была своя контрольная группа. НЧ были получены методом лазерной абляции из чистых металлических пластинок. Оценку гепатотоксичности у крыс проводили после окончания экспериментального периода по следующим показателям: масса печени, биохимические показатели крови, цитологический состав клеток печени и морфометрические параметры в ней.

Результаты. Наиболее выраженным гепатотоксическим действием из изученных наночастиц обладали НЧ NiO и НЧ CdO. Вместе с тем и эссенциальные элементы (такие как селен и медь) в форме наночастиц оксидов в изученных дозах оказывали гепатотоксическое действие.

При исследовании печени крыс после повторных внутрибрюшинных введений ЭО НЧ различной химической природы, были обнаружены негативные изменения у всех подопытных животных, наиболее выраженные при экспозиции к НЧ CdO и НЧ NiO. Выраженность биохимических изменений параметров печени не всегда соотносится со структурными нарушениями, выявляемыми гистологическими методами и методами оттискной цитологии.

Ограничения исследования. Исследование ограничено изучением токсических повреждений печени только у одного вида и пола животных с помощью гистологических, цитологических и биохимических параметров.

Заключение. Выраженность гепатотоксического действия изученных наночастиц (PbO, CdO, NiO, CuO, SeO) в субхроническом токсикологическом эксперименте на животных зависит от их химической природы.

Соблюдение этических стандартов. Экспериментальные исследования были одобрены локальным этическим комитетом учреждения (протоколы № 2 от 01.02.2018 г., № 4 от 01.02.2018 г., № 2 от 20.04.2021 г.)

Участие авторов: Минигалиева И.А., Сутункова М.П. – концепция и дизайн исследования, научное редактирование текста; Клинова С.В., Кунгурцева А.К. – сбор и обработка данных, подготовка иллюстраций, написание текста;Валамина И.Е. – гистоморфологическая оценка; Сахаутдинова Р.Р. – сбор и обработка данных, подготовка иллюстраций. Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы сообщают об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила в редакцию: 19 июня 2024 / Поступила после доработки: 27 сентября 2024 / Принята в печать: 18 декабря 2024 / Опубликована: 25 февраля 2025

hepatotoxicitynanoparticlesexperimental studiesгепатотоксичностьнаночастицыэкспериментальные исследованияSarwar F., Malik N.R., Chow C.W., Alam K. Occupational exposure and consequent health impairments due to potential incidental nanoparticles in leather tanneries: An evidential appraisal of south Asian developing countries. Environment International. 2018; 117: 164–74.Colombo M. EASL clinical practice guidelines for the management of occupational liver diseases. Liver International. 2020; 40: 136–41.Pedata P., Petrarca C., Garzillo E.M., Gioacchino M. Immunotoxicological impact of occupational and environmental nanoparticles exposure: The influence of physical, chemical, and combined characteristics of the particles. Int J Immunopathol Pharmacol. 2016; 29: 343–53.Navolokin N.A., Kun S.M. Morphological changes of internal organs and brain at prolonged oral administration of iron nanoparticles. Saratovskiy nauchno-meditsinskiy zhurnal. 2011; 7(4): 760–2. (In Russian)Наволокин Н.А., Кун С.М. Морфологические изменения внутренних органов и головного мозга при пролонгированном пероральном введении наночастиц железа. Саратовский научно-медицинский журнал. 2011; 7(4): 760–2.Maslyakova G.N., Pakhomiy S.S., Bucharskaya A.B., Zlobina O.V., Navolokin N.A., Ponukalin A.N., et al. Morphological changes in the organs of laboratory animals during the prolonged oral administration of gold nanoparticles. Saratovskiy nauchno-meditsinskiy zhurnal. 2013; 9(2): 208–13. (In Russian)Маслякова Г.Н., Пахомий С.С., Бучарская А.Б., Злобина О.В., Наволокин Н.А., Понукалин А.Н., Хлебцов Н.Г., Хлебцов Б.Н., Богатырев В.А. Морфологические изменения в органах лабораторных животных при длительном пероральном введении золотых наночастиц. Саратовский научно-медицинский журнал. 2013; 9(2): 208–13.Pakhomiy S.S., Bucharskaya A.B., Navolokin N.A., Maslyakova G.N., Zlobina O.V., Khlebtsov N.G., et al. Morphological changes in liver of laboratory animals at prolonged intake of gold nanoparticles. Saratovskiy nauchno-meditsinskiy zhurnal. 2014; 10(2): 250–6. (In Russian)Пахомий С.С., Бучарская А.Б., Наволокин Н.А., Маслякова Г.Н., Злобина О.В., Хлебцов Н.Г., Хлебцов Б.Н., Богатырев В.А. Морфологические изменения в печени лабораторных животных при пролонгированном введении золотых наночастиц. Саратовский научно-медицинский журнал. 2014; 10(2): 250–6.Pocheptsov A.Y., Velikorodnaya Y.I., Filatov B.N. Effects of gold nanoparticles on the proliferative activity of germ cells in rats. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta. 2012; (2(42)): 47–50. (In Russian)Почепцов А.Я., Великородная Ю.И., Филатов Б.Н. Влияние наночастиц золота на пролиферативную активность половых клеток крыс. Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. 2012; 2(42): 47–50.Mikheyeva N.A. Permeability of biological barriers to gold nanoparticles and the morphophysiological changes they induce [Pronitsayemost’ biologicheskikh bar’yerov dlya zolotykh nanochastits i vyzyvayemyye imi morfofiziologicheskiye izmeneniya]. Candidate of Medical Sciences thesis. Saransk; 2018. (In Russian) Accessed February 14, 2024. https://www.dissercat.com/content/pronitsaemost-biologicheskikh-barerov-dlya-zolotykh-nanochastits-i-vyzyvaemye-imi-morfofizioМихеева Н.А. Проницаемость биологических барьеров для золотых наночастиц и вызываемые ими морфофизиологические изменения: Автореф. дисс. … доктора биол. наук. Саранск; 2018.Sizova E.A., Miroshnikov S.A., Lebedev S.V., Glushchenko N.N. The effect of repeated administration of copper nanoparticles on the elemental composition of rat liver. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta. 2012; 142: 188–90. (in Russian)Сизова Е.А., Мирошников С.А., Лебедев С.В., Глущенко Н.Н. Влияние многократного введения наночастиц меди на элементный состав печени крыс. Вестник Оренбургского государственного университета. 2012; 142: 188–90.Sheida E.V., Rusakova E.A., Sizova E.A., Sipailova O.Yu., Kosyan D.A. Changes in the morphofunctional status, growth and development of the rat liver under the influence of Mo and MoO3 nanoparticles. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019; 6: 140–3. (in Russian)Шейда Е.В., Русакова Е.А., Сизова Е.А., Сипайлова О.Ю., Косян Д.А. Изменения в морфофункциональном статусе, росте и развитии печени крыс при воздействии наночастиц Mo и MoO3. Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019; 6: 140–3.Smutná T., Dumková J., Kristeková D., Laštovičková M., Jedličková A., Vrlíková L., Dočekal B., Alexa L., Kotasová H., Pelková V., Večeřa Z., Křůma K., Petráš J., Coufalík P., Všianský D., Záchej S., Pinkas D., Vondráček J., Hampl A., Mikuška P., Buchtová M. Macrophage‑mediated tissue response evoked by subchronic inhalation of lead oxide nanoparticles is associated with the alteration of phospholipases C and cholesterol transporters. Particle and Fibre Toxicology. 2022; 19: 1–28.Papp A., Oszla´nczi G., Horva´th E., Paulik E., Kozma G., Sa´pi A., Ko´nya Z., Szabo A. Consequences of subacute intratracheal exposure of rats to cadmium oxide nanoparticles: Electrophysiological and toxicological effects. Toxicol Ind Healt. 2012; 28: 933–41.Prakhya M., Pasupuleti S., Alapati S., Ganapathy S., Anumolu G. Toxicity of zinc oxide nanoparticles through oral route. Toxicol Ind Health. 2012; 28: 675–8.Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Minigalieva I.A., Gurvich V.B., Shur V.Ya., Shishkina E.V., Makeyev O.H., Valamina I.E., Varaksin A.N., Panov V.G. Experimental research into metallic and metal oxide nanoparticle toxicity in vivo. In: B. Yan, H. Zhou, J. Gardea-Torresdey (Eds.) “Bioactivity of Engineered Nanoparticles”. Singapore: Springer. 2017; Chapter 11: 259–319.Ryabova Yu.V., Sutunkova M.P., Chemezov I.A., Shelomentsev I.G., Klinova S.V., Sakhautdinova R.R. Evaluation of the effect of selenium oxide nanoparticles on the morphofunctional state of the liver (experimental data). Analiz riska zdorovyu. 2023; 1: 147–56. (in Russian)Рябова Ю.В., Сутункова М.П., Чемезов И.А., Шеломенцев И.Г., Клинова С.В., Сахаутдинова Р.Р. Оценка влияния наночастиц оксида селена на морфофункциональное состояние печени (экспериментальные данные). Анализ риска здоровью. 2023; 1: 147–56.Chaudhary R.G., Bhusari G.S., Tiple A.D., Rai A.R., Somkuvar S. R., Potbhare A.K., Lambat T.L., Ingle P.P., Abdala A.A. Metal/Metal Oxide Nanoparticles: Toxicity, Applications, and Future Prospects. Current Pharmaceutical Design. 2019; 25: 4013–29.Karpova E.A., Shchukina O.G., Benemansky V.V., Ilyina O.P. Pathomorphological assessment of the biological effect of the drug nano-selenium in toxic liver damage. Acta Biomedica Scientifica. 2013; 6: 140–4. (in Russian)Карпова Е.А., Щукина О.Г., Бенеманский В.В., Ильина О.П. Патоморфологическая оценка биологического действия препарата нано-селена при токсическом поражении печени. Acta Biomedica Scientifica. 2013; 6: 140–4.Kahalerras L., Otmani I., Abdennour C. The Allium triquetrum L. Leaves mitigated hepatotoxicity and nephrotoxicity induced by lead acetate in wistar rats. Biological Trace Element Research. 2022; 200: 4733–43.Satarug S., Gobe G.C., Vesey D.A., Phelps K.R. Cadmium and lead exposure, nephrotoxicity, and mortality. Toxics. 2020; 8(4): 86.Cirovic A., Denic A., Clarke B.L., Vassallo R., Cirovic A., Landry G.M. A hypoxia-driven occurrence of chronic kidney disease and osteoporosis in COPD individuals: New insights into environmental cadmium exposure. Toxicology. 2022; 482: 153355.Dong W., Zhang K., Gong Z., Luo T., Li J., Wang X., Zou H., Song R., Zhu J., Ma Y. N-acetylcysteine delayed cadmium-induced chronic kidney injury by activating the sirtuin 1–P53 signaling pathway. Chemico-Biological Interactions. 2023; 369: 110299.Dumková J., Smutná T., Vrlíková L., Le Coustumer P., Večeřa Z., Dočekal B., Mikuška P., Čapka L., Fictum P., Hampl A., Buchtová M. Sub-chronic inhalation of lead oxide nanoparticles revealed their broad distribution and tissue-specific subcellular localization in target organs. Part Fibre Toxicol. 2017; 14(1): 55.Markovac J., Goldstein G.W. Picomolar concentrations of lead stimulate brain protein kinase C. Nature. 1988; 334(6177): 71–3.Goldstein G.W. Lead poisoning and brain cell function. Environ Health Perspect. 1990; 89: 91–4.Meng Y., Zhou M., Wang T., Zhang G., Tu Y., Gong S., Zhang Y., Christiani D.C., Au W., Liu Y., Xia Z.L. Occupational lead exposure on genome-wide DNA methylation and DNA damage. Environ Pollut. 2022; 304: 119252.Wang K. Molecular mechanisms of hepatic apoptosis regulated by nuclear factors. Cell Signal. 2015; 27(4): 729–38.Klinova S.V., Gribova Yu.V., Sakhautdinova R.R. Cytomorphological parameters of smears of laboratory animal organs as an additional method for assessing the toxic effect of heavy metal salts in an experiment. Medicina truda i promy`shlennaya e`kologiya. 2020; 60: 860–2. (in Russian)Клинова С.В., Грибова Ю.В., Сахаутдинова Р.Р. Цитоморфологические показатели мазков-отпечатков органов лабораторных животных как дополнительный метод оценки токсического влияния солей тяжелых металлов в эксперименте. Медицина труда и промышленная экология. 2020; 60: 860–2.Park E., Kim J., Kim B., Park E.Y. Association between environmental exposure to cadmium and risk of suspected non-alcoholic fatty liver disease. Chemosphere. 2021; 266: 128947.Ryabova Yu.V., Sutunkova M.P., Chemezov A.I., Minigalieva I.A., Bushueva T.V., Shelomentsev I.G., Klinova S.V. Assessment of the effect of selenium nanoparticles on bioenergetic processes of cells as a chemical risk factor for industrial and environmental health. Zdorov'e naseleniya i sreda obitaniya. 2022; 9: 29–34. (in Russian)Рябова Ю.В., Сутункова М.П., Чемезов А.И., Минигалиева И.А., Бушуева Т.В., Шеломенцев И.Г., Клинова С.В. Оценка влияния на биоэнергетические процессы клеток наночастиц селена как фактора химического риска производственной и окружающей среды для здоровья. Здоровье населения и среда обитания. 2022; 9: 29–34.Kapitanova V.K., Petrova N.E., Zhdanova M.Yu., Nevskaya L.V. Allergy to metals. BIOpreparaty. Profilaktika, diagnostika, lechenie. 2019; 17: 88–92. https://doi.org/10.30895/2221-996X-2019-19-2-88-93 (in Russian)Капитанова В.К., Петрова Н.Э., Жданова М.Ю., Невская Л.В. Аллергия на металлы. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2019; 19(2): 88–93. https://doi.org/10.30895/2221-996X-2019-19-2-88-93