Object

Abstract:

The development of nanotechnology and the widespread use of silver nanoparticles in various industries is associated with a continuous quest for information on the potentially harmful effects of AgNPs on living organisms. Silver nanoparticles, due to their small size and unique physical and chemical properties, may exhibit genotoxic and cytotoxic effects against eukaryotic cells. When released into the environment, AgNPs remain in the environment, interacting with surrounding ecosystem components, posing a threat to human and animal health. To date, it has been shown that AgNPs can enter the body and subsequently deposit in tissues and organs. Within cells, silver nanoparticles can cause toxic effects by generating ROS, disturbed cell division or DNA damage. Due to different properties of AgNPs, which depend on the production method (chemical, physical, biological) it is extremely important to determine the effect of silver nanoparticles on the animal and human genome. Changes in nuclear chromatin induced by AgNPs can be observed at different stages of its formation, resulting in disruption of genome stability. Cytogenetic instability assays such as, comet assay, micronucleus assay or fragile site assay are used to determine the genotoxic and cytotoxic nature of AgNPs. The aim of this dissertation was to evaluate chromatin structure and nuclear DNA integrity in somatic cells of two selected representatives of the Canidae family: domestic dog (Canis familiaris) and blue fox (Alopex lagopus), treated with silver nanoparticles produced by the physical method of high voltage arc discharge, HVAD, in vitro using cytogenetic diagnostic tests: Fragile site, micronucleus variant CBMN and comet assay. An additional aim was to try to determine the genotoxic character of silver nanoparticles depending on the applied dose and time of cell exposure.
The material for the study consisted of whole peripheral blood collected from two canine species: domestic dog and blue fox. For each species the experimental group consisted of 10 individuals. Peripheral blood cells were exposed to three colloidal silver solutions. Silver nanoparticles produced by HVAD method and obtained in two solutions: in distilled water - AgNP and in sodium tricitrate solution - AgNP+C were used in the study. The reference solution and indicator for the toxicity of silver nanoparticles was silver nitrate. The toxicity evaluation of the three silver solutions was conducted at three concentrations of 5, 10 and 20 μg/ml and two cell exposure periods of 3h and 24h. The reference sample for the tested silver solutions were the control samples. The effects of the three silver solutions, doses and exposure time on canine peripheral blood cells were analyzed by assessing cell viability, the frequency of breakage sites in the Fragile site assay, the occurrence of micronuclei, nucleoplasmic bridges and nuclear buds in the cytokinesis block micronucleus assay and disruption of DNA integrity in the comet assay. Based on the results, it was concluded that silver nanoparticles produced by HVAD physical method cause genotoxic effects on mammalian somatic cells. Low concentrations of silver nanoparticles in the range of 5 to 20 μg/ml were confirmed to cause changes in nuclear chromatin integrity in canine peripheral blood cells. After analysis by comet assay and Fragile site assay, it was found that the genotoxicity of AgNP produced by HVAD method was significantly dose and exposure time dependent. Furthermore, it was shown that peripheral blood cells of the domestic dog had lower genome stability, resulting from a higher susceptibility to damage formation after short-term exposure to the tested colloidal solutions of silver. In contrast, in the peripheral blood cells of the blue fox, the level of damage increased after 24 h of exposure, indicating greater genome stability in this species. In conclusion, the studies conducted in this dissertation confirmed the genotoxic nature of three silver colloidal solutions, AgNP, AgNP+C and AgNO3, against mammalian somatic cells.

Rozwój nanotechnologii i szerokie wykorzystywanie nanocząstek srebra w różnych gałęziach przemysłu wiąże z ciągłym poszukiwaniem informacji na temat potencjalnie szkodliwego wpływu AgNPs na organizmy żywe. Nanocząstki srebra ze względu na swoje niewielkie rozmiary i unikalne właściwości fizyko-chemiczne mogą wykazywać działanie genotoksyczne i cytotoksyczne w stosunku do komórek eukariotycznych. AgNPs uwolnione do środowiska, pozostają w nim, wchodząc w interakcję z otaczającymi ją elementami ekosystemu, stanowiąc zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt. Dotychczas wykazano, że AgNPs mogą wnikać do wnętrza organizmu, a następnie odkładać się w tkankach i narządach. W obrębie komórek nanocząstki srebra mogą wykazywać toksyczne działanie przez generowanie ROS, zaburzeń podziału komórkowego czy uszkodzeń DNA. W związku ze zróżnicowanymi właściwościami AgNPs, zależnymi od metody produkcji (chemiczna, fizyczna, biologiczna) niezwykle istotnym zagadnieniem jest określenie wpływu nanocząstek srebra na genom zwierząt i ludzi. Zmiany w obrębie chromatyny jądrowej indukowane na skutek działania AgNPs mogą być obserwowane na różnym stopniu jej upakowania, skutkując zaburzeniem stabilności genomu. Do określenia genotoksycznego i cytotoksycznego charakteru AgNPs wykorzystywane są cytogenetyczne testy niestabilności, takie jak, test kometowy, test mikrojądrowy czy analiza miejsc łamliwych. Celem podjętych w dysertacji badań była ocena struktury chromatyny oraz integralności DNA jądrowego w komórkach somatycznych dwóch wybranych przedstawicieli rodziny Canidae: psa domowego (Canis familiaris) i lisa polarnego (Alopex lagopus), poddanych działaniu nanocząstek srebra wyprodukowanych metodą fizyczną wysokonapięciowych wyładowań w łuku elektrycznym, HVAD, w warunkach in vitro z wykorzystaniem cytogenetycznych testów diagnostycznych: Fragile site, mikrojądrowego w wariancie CBMN i kometowego. Dodatkowym celem był próba określenia genotoksycznego charakteru nanocząstek srebra w zależności od zastosowanej dawki oraz czasu ekspozycji komórek.
Materiał do badań stanowiła pełna krew obwodowa pobrana od dwóch gatunków psowatych: psa domowego i lisa polarnego. Dla każdego gatunku grupa doświadczalna stanowiła 10 osobników. Komórki krwi obwodowej poddano ekspozycji na działanie trzech roztworów koloidalnych srebra. W badaniach wykorzystano nanocząstki srebra produkowane metodą HVAD, a otrzymane w dwóch roztworach: w wodzie destylowanej – AgNP oraz w roztworze trójcytrynianu sodu – AgNP+C. Roztworem odniesienia i wskaźnikiem dla toksyczności nanocząstek srebra był azotan (v) srebra. Ocenę toksyczności trzech roztworów srebra prowadzono w trzech stężeniach 5, 10 i 20 μg/ml i w dwóch okresach ekspozycji komórek 3h i 24h. Próbę odniesienia dla związków srebra stanowiły próby kontrolne. Analizę wpływu trzech roztworów srebra, dawek i czasu ekspozycji na komórki krwi obwodowej psowatych prowadzono w oparciu o ocenę żywotności komórek, występowania miejsc łamliwych w teście Fragile site, występowanie mikrojąder, mostków nukleoplazmatycznych i pąków jądrowych w teście mikrojądrowym z zahamowaniem cytokinezy oraz zaburzeń integralności DNA w teście kometowym. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że nanocząstki srebra produkowane metodą fizyczną HVAD działają genotoksyczne na komórki somatyczne ssaków. Potwierdzono, że niskie stężenia nanocząstek srebra w zakresie od 5 do 20 μg/ml powodują zmiany integralności chromatyny jądrowej w komórkach krwi obwodowej psowatych. Po analizie testem kometowym i Fragile site stwierdzono, że genotoksyczność AgNP produkowanych metodą HVAD była istotnie zależna od dawki i czasu ekspozycji. Ponadto, wykazano, że komórki krwi obwodowej psa domowego charakteryzowały się mniejszą stabilnością genomu, wynikającą z większej podatności na powstawanie uszkodzeń po krótkotrwałej ekspozycji na badane roztwory koloidalne srebra. Z kolei, w komórkach krwi obwodowej lisa polarnego poziom uszkodzeń wzrastał po 24h ekspozycji, co wskazuje na większą stabilność genomu tego gatunku. Podsumowując, przeprowadzone w niniejszej dysertacji badania potwierdziły genotoksyczny charakter trzech roztworów koloidalnych srebra: AgNP, AgNP+C i AgNO3 w stosunku do komórek somatycznych ssaków.

Additional notes:

Zawiera bibliografię ; Zawiera ilustracje ; Streszcz. ang.

Identifier:

oai:bibliotekacyfrowa.ujk.edu.pl:4770

Computer catalogue:

click here to follow the link

Language:

pol

Degree name:

doktor

Date obtained:

31.05.2022

Degree grantor:

Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach

Supervisor:

Szeleszczuk, Olga

Field:

Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych

Faculty:

Wydział Nauk Ścisłych i Przyrodniczych

Type:

rozprawa doktorska

Access rights:

tylko w Oddziale Informacji Naukowej

Publication status:

niepublikowana