Un examen comparatif in vivo des nanoparticules d'oxyde de cuivre et de zinc biosynthétisées par des voies d'administration intrapéritonéale et intraveineuse chez le rat

Contexte

Certains métaux sont nécessaires aux fonctions physiologiques normales des organismes vivants. Depuis la dernière décennie, il y a eu une augmentation de l'utilisation des NP à base de métal dans les applications biomédicales, l'utilisation exponentielle des NP alerte les problèmes de sécurité pour réduire et/ou prévenir les effets indésirables induits par les NP sur le système vivant [1]. Parmi les NP, Cu et ZnO sont généralement présents dans les compléments alimentaires et le corps humain [2, 3]. Les propriétés physicochimiques uniques du Cu et des ZnONP atteignent des applications fonctionnelles dans les processus métaboliques physiologiques, augmentant ainsi leur valeur commerciale dans les industries [4,5,6]. Cependant, des effets indésirables, notamment une hémolyse, des troubles gastro-intestinaux et des lésions hépatiques et rénales, ont été observés lors d'une consommation excessive de Cu et de ZnONP [7].

En particulier, l'absorption des CuNPs se produit facilement après l'ingestion, l'inhalation et l'exposition cutanée [8, 9], de manière significative par le tractus gastro-intestinal [8, 10]. Les CuNP ciblent les cellules de la muqueuse et les retiennent à l'intérieur en se liant à la métallothionéine ou au glutathion [11]. Il est stocké principalement dans le foie, le cerveau, le cœur, les reins et les muscles. Il a été rapporté que 98% de Cu se lie à la céruloplasmine, une protéine sérique qui conduit à une toxicité cellulaire. [12, 13]. Le Cu est un inducteur catalytique de radicaux superoxyde, de radicaux hydroxyle et de peroxyde d'hydrogène via la réaction de Haber-Weiss [14], des concentrations plus élevées de Cu peuvent provoquer un stress oxydatif.

Sur la base de l'étendue de la solubilité, les ZnONP étaient considérées comme un groupe distinct de NP au sein des NP d'oxyde métallique [15]. L'élément zinc se trouve dans le corps humain et les ZnONP sont connus pour être moins toxiques [3]. Cependant, un excès de zinc induirait des effets toxiques [16]. Libération de cations métalliques Zn ² des ZnONPs se sont également avérés toxiques pour les micro-organismes et les rongeurs [17]. Les NP de ZnO pourraient entrer par différentes voies pour atteindre le flux sanguin et induire des effets néfastes sur les organes [18]. Les résultats préliminaires ont indiqué que les systèmes organiques affectés par les ZnONP peuvent présenter une inflammation, une altération de la fréquence et des fonctions cardiaques et un stress oxydatif [19, 20]. Selon [21], l'inhalation de 20 nm de ZnONP (2,5 mg/kg de poids corporel) par des rats deux fois par jour a entraîné une augmentation de la teneur en Zn dans le foie après 12 h et dans les reins après 36 h.

Sensibilisation accrue à la nanotoxicité, des études ont été rapportées sur la toxicité in vivo des CuNPs et ZnONPs pour l'instillation intranasale [22, 23], l'instillation intratrachéale [24, 25] et l'administration orale [26,27,28], l'exposition cutanée [29, 30]. Afin d'évaluer la toxicité, une administration intraveineuse (i/v) et intrapéritonéale (i/p) doit être réalisée. À notre connaissance, des rapports minimaux sont disponibles sur la toxicité des CuNPs et des ZnONPs pour l'administration intraveineuse et intrapéritonéale. De plus, le mécanisme toxicologique et la distribution tissulaire des deux NP n'ont pas encore été systématiquement étudiés après injection i/v et i/p.

Par la présente, nous avons démontré la toxicité de CuNPs et de ZnONPs biosynthétisés allant de 16 à 96 nm chez des rats wistar mâles par le biais d'injections intrapéritonéales (i/p) et intraveineuses (i/v) au moment souhaité les 14e et 28e jours d'observation.

Méthode

Biosynthèse des bio-CuNPs et bio-ZnONPs

Synthèse biologique de CuNPs et ZnONPs à partir d'Enterococcus faecalis non pathogènes a été adapté par une méthode enzymatique extracellulaire [31, 32]. De plus, la forme et la taille des nanoparticules synthétisées ont été confirmées par microscopie électronique à balayage à émission de champ (FeSEM) et microscopie électronique à transmission (MET).

Études in vivo

Animaux d'expérimentation et élevage

Des rats Wistar mâles indemnes de maladie spécifiques, âgés de 12 à 13 semaines, ont été achetés auprès de Mahaveera Enterprises, Hyderabad, Inde. Les animaux ont été sélectionnés dans une fourchette de poids de 160 à 200 g pour chaque groupe et acclimatés pendant 1 semaine avant le début du traitement, et l'état de santé des rats a été surveillé quotidiennement. Les animaux ont été hébergés dans des conditions standard de température (24 ± 1 °C) et d'humidité relative (55 ± 10%) respectivement, dans des cycles lumière/obscurité de 12 h. Pendant le traitement, les animaux ont été logés dans des cages avec des couvercles en maille d'acier inoxydable. Les animaux ont été nourris avec un régime de granulés standard disponible dans le commerce (VRK Nutrition Solutions, Sangli, Maharashtra, India Ltd.). De l'eau potable était fournie aux animaux, ad libitum.

Des études de toxicité ont été réalisées au Luqman College of Pharmacy, Kalaburagi, Inde. La manipulation des animaux a été effectuée conformément aux bonnes pratiques de laboratoire. Le protocole d'étude a été approuvé par le comité d'éthique des animaux de l'Institut (numéro d'approbation :346/CPCSEA).

Préparation et administration de Bio-Cu et ZnONP

Les suspensions mères de Bio-CuNPs et Bio-ZnONPs (50 mg/ml) ont été préparées en les dissolvant séparément dans de l'eau bidistillée pendant une nuit et ont été filtrées à l'aide de filtres seringues de 0,22 μ. Les filtrats sont utilisés pour préparer l'étalon de travail allant de 1,25-175 μg/ml de concentration.

Les animaux ont été divisés en trois groupes de trois concentrations différentes pour chaque type de nanoparticules. Considérant six rats/groupe pour la voie intraveineuse (codé comme ensemble d'expérience A) et six rats/groupe pour la voie intrapéritonéale (codé comme ensemble d'expérience B), conformément aux tableaux 1 et 2. Dans les deux ensembles d'expériences, groupe A a servi de témoin (eau distillée du véhicule).

Articles d'observation et d'examen

Signes cliniques

Pendant le test, une observation post-traitement a été effectuée une fois par jour pour surveiller les signes de toxicité clinique et/ou de décès.

Consommation d'aliments et d'eau

La consommation d'aliments et d'eau a été enregistrée quotidiennement après la date de début du traitement, a été calculée à partir des différences entre les quantités fournies et les quantités restantes.

Comportement animal et poids corporel

Tous les deux jours après l'injection, les rats ont été pesés et évalués pour les changements de comportement.

Indices hématologiques

En utilisant une technique standard de prélèvement sanguin de la veine saphène, le sang a été prélevé pour une analyse hématologique (en utilisant des tubes de prélèvement d'acide potassium-méthylènediaminetétraacétique). Selon l'analyse hématologique standard, 300 μl de sang ont été prélevés chez le rat et à 14 et 28 jours, les paramètres hématologiques standard, à savoir la numération plaquettaire, l'hématocrite, l'hémoglobine, la numération des globules rouges et le nombre de globules blancs ont été analysés [33].

Analyse par panel de biochimie du sérum

Pour déterminer les taux sériques biochimiques, y compris l'alanine aminotransférase (ALT/GPT), la créatinine (CRE), l'aspartate aminotransférase (AST) et la phosphatase alcaline (ALP), les rats témoins et traités ont été sacrifiés et des échantillons de sang total ont été prélevés pour centrifugation (3000 rpm ) pendant 15 minutes. L'évaluation a été réalisée par un analyseur biochimique automatique pour les échantillons du 14e et du 28e jour [34].

Détection du poids des organites

Après 14 et 28 jours, les rats ont été anesthésiés à l'éther avec une solution saline tamponnée au phosphate et ont été disséqués. Les organes des groupes témoins et traités ont été prélevés immédiatement. Le cœur, les poumons, le thymus, le cerveau, les reins, le foie et la rate ont été séparés soigneusement et lavés avec une solution de chlorure de sodium et rincés avec de l'eau déminéralisée glacée et séchés avec du papier filtre. La morphologie et la couleur des organes disséqués ont été étudiées et le poids de chaque organe a été mesuré. Pour examiner le degré de changements explicitement causés par Bio-Cu et ZnONPs, l'indice Organ (O _X ) a été calculé séparément en utilisant la formule [35] :

Où orgue Index (O_X ) peut changer comme suit :

Indice cardiaque (H_X ), indice hépatique (Li_X ), indice de rate (S_X ), indice pulmonaire (Lu_X ), indice rénal (K_X ), indice thymique (T_X ), indice cérébral (B_X ).

Histologie

Un rat de chaque groupe, y compris le contrôle, a été fixé avec du formol tamponné à 10 % après des exsanguinations salines tamponnées au phosphate. Un petit morceau de foie, de rein, de rate et de cerveau a été fixé par du formol à 10 % et inclus dans de la paraffine. Les blocs de paraffine ont été sectionnés et traités pour la coloration à l'hématoxyline et à l'éosine. Des coupes colorées ont été observées par microscopie à fond clair [36].

Analyse statistique

Toutes les données sont exprimées en moyenne  ± SD de la moyenne des trois expériences indépendantes ; chacun a été réalisé en triple, N = 6 rats par groupe.

Résultats et discussion

La synthèse des Bio-CuNPs et Bio-ZnONPs a été réalisée par méthode enzymatique extracellulaire lors de l'exposition des réactifs à Enterococcus faecalis surnageant. L'analyse FeSEM des Bio-CuNPs et Bio-ZnONPs peut être vue avec une taille allant de 1 à 100 nm en distribution (Fichier supplémentaire 1). L'analyse MET rapporte la présence de CuNPs et de ZnONPs biosynthétisés avec une morphologie de noyau de coquille de taille 12-90 nm et de forme sphérique pour les CuNPs [31] et les ZnONPs allant de 16 à 96 nm [32] (Fichier supplémentaire 2).

L'évaluation de Bio-Cu et ZnONPs sur des rats wistar mâles a été étudiée sans signe de mortalité lors du traitement NP. De plus, après le traitement et jusqu'à la fin de la durée de l'expérience, un examen fréquent des matières fécales blanches a été surveillé après l'administration i/v de Bio-CuNPs à une dose de 9,5 à 11,5 μg/kg. Entre la troisième et la quatrième semaine, les rats traités par Bio-CuNPs ont montré une augmentation significative de la consommation d'aliments et d'eau pour i/v était de 9,5 μg/kg (IC₅₀ ) et 11,5 μg/kg (TLC) alors que pour la voie i/p (intervalle de dose :24,8 à 30,3 μg/kg) et les rats du groupe témoin de la 3e à la 4e semaine. Variation du poids corporel des rats après i/v et i/ p l'administration de Bio-CuNPs et Bio-ZnONPs a été montrée dans les tableaux 3 et 4. La réduction et l'augmentation du poids corporel sont des indicateurs précieux pour évaluer la toxicité d'un échantillon d'essai [37]. Des rapports antérieurs mis en évidence dans des études de toxicité sur 13,5 nm d'or [33] et 100 nm d'argent [38] L'effet des NP sur le poids corporel par injection i/v était inférieur à l'administration i/p et orale. D'après Rhiouani et al., la faible perte de poids après 4 jours de traitement dans tous les groupes traités peut suggérer des effets indésirables des substances toxiques sur les animaux [39].

On constate que l'administration i/v et i/p de Bio-ZnONP aux trois doses différentes (NOAEC, IC₅₀ et TLC) le poids corporel a été légèrement réduit jusqu'à la deuxième semaine d'administration par rapport au groupe témoin. Cependant, après le 14e jour, le poids corporel a été regagné. En cas d'administration i/p, la réduction du poids corporel a été induite par les Bio-ZnONP (30,3 μg/kg) à une concentration létale totale et était inférieure à celle du groupe témoin, indiquant ainsi une toxicité insignifiante via la voie i/p par rapport à la voie i/v (Tableau 4, Fig. 1a). De même, chez les rats traités avec des Bio-CuNPs, à des concentrations de 9,5 μg/kg et 11,7 μg/kg par voie i/v, une légère réduction du poids corporel a été observée. Jusqu'à 14 jours de traitement avec les Bio-CuNPs, aucun signe d'effets indésirables sur la croissance et la prise de poids corporel n'a été observé. La variation du poids corporel dans les 28 jours à une dose de 11,7 μg/kg (voie i/v) est indiquée dans le tableau 3. Après le 14e jour de traitement, il a été constaté une diminution considérable du poids corporel par voie i/v par rapport au témoin grouper. Ainsi, indique la toxicité des Bio-CuNPs via cette voie (Fig. 1b). Les rats traités aux bio-CuNPs par voie i/p ont induit une diminution mineure du poids corporel et aucun signe de mortalité n'a été observé dans les deux voies i/p et i/v. Par conséquent, les injections i/p induisaient une toxicité plus faible (indiquée dans le tableau 4 et la figure 1a).

Modification du poids corporel des rats non traités (témoins) et traités avec des Bio-CuNPs et Bio-ZnONPs. Bio-CuNPs et Bio-ZnONPs traités par (A) voie d'administration intrapéritonéale (i/p) et (B) intraveineuse (i/v) jusqu'au 28e jour d'observation. Tous les traitements de Bio-CuNPs (Cu) et Bio-ZnONPs (ZnO) à leur concentration létale totale ont été administrés et maintenus en observation pendant 28 jours ; N = 6 rats par groupe

Indices d'hématologie

L'estimation des paramètres hématologiques tels que la numération des globules rouges, la numération des globules blancs, la numération plaquettaire, le taux d'hémoglobine et le temps de coagulation du sang sont les entités importantes pour mesurer la toxicité des NP traitées. Pour les jours 14 et 28, les résultats d'hématologie concentration-dépendante sont présentés dans les tableaux 5 et 6 pour les voies d'administration i/p et i/v. Dosage des Bio-CuNPs à 9,5 μg/kg (IC₅₀ ) et 11,7 μg/kg (TLC) par voie i/v a montré une diminution du nombre de globules rouges par rapport aux Bio-ZnONP. Cependant, une tendance dépendante de la concentration n'a pas été remarquée. Pour les rats traités avec des Bio-ZnONP par voie d'administration i/v, le taux d'hémoglobine, la numération plaquettaire et les globules blancs ont changé, mais aucune différence significative n'est observée entre les trois concentrations (NOAEC, IC₅₀ et CCM). Mais en cas de voie d'administration i/p, une diminution et des modifications significatives du nombre de globules rouges, de globules blancs, du taux d'hémoglobine et de la numération plaquettaire ont été observées au 14e jour d'observation (tableau 5) par rapport au contrôle et au bio- CuNPs traités. Étonnamment, les effets hématologiques sont normaux au 28e jour (tableau 6).

Les effets hématologiques des différentes méthodes d'injection (i/v, i/p) pour les deux Bio-NPs différentes aux 14e et 28e jours d'observations sont divers. On peut observer que l'hémoglobine, les globules rouges, les globules blancs et les plaquettes diminuent par voie i/v dans le traitement par Bio-CuNPs et par voie i/p chez les rats traités par Bio-ZnONPs. Mais la diminution significative du nombre de globules rouges a été observée. Cela indique que les différentes voies d'injection n'ont pas induit de différences significatives dans la numération plaquettaire, l'hémoglobine ou les globules blancs, sauf chez les rats injectés avec des Bio-CuNP (voie i/v). Les globules rouges présentent une différence significative après injection i/p et i/v (comme indiqué dans les tableaux 5 et 6).

Dosage biochimique du sérum

La créatinine sérique est un déchet; une production plus élevée de créatinine indique des dommages aux reins. Les bio-ZnONP (voie i/v :dosage de 11-16 μg/kg, voie i/p :dosage de 24-30 μg/kg) n'ont pas affecté de manière significative le taux de créatinine sérique par rapport au contrôle aux 14e et 28e jours. (Tableaux 7 et 8, Fig. 2a, b). Les rats traités avec des Bio-CuNPs (voie i/v :dosage de 06-12 μg/kg) ont montré une augmentation du taux de créatinine sérique à 2,3 mg/dl par rapport au témoin. Cependant, la voie d'injection i/p n'a pas montré de changements significatifs (tableaux 7 et 8). Le sérum sanguin contient un grand nombre d'enzymes mais pour évaluer les symptômes normaux et pathologiques du foie, l'alanine transamine (glutamate pyruvate transaminase) et l'aspartate transaminases (glutamate oxalate acétate transaminase) sont utiles. L'aspartate transaminase est d'origine mitochondriale présente en grande quantité dans le foie, le cœur, les reins et les muscles squelettiques. La phosphatase alcaline sérique est une enzyme globuline de faible poids moléculaire, présente en concentration plus élevée dans les os, les voies hépatobiliaires et les reins. L'activité de cette enzyme peut être déterminée par l'estimation du phosphate organique libéré du phosphate de glycérol. Le niveau sérique des enzymes a augmenté à la fois dans l'ictère hépatocellulaire et obstructif. Dans la voie d'administration i/v, les Bio-ZnONP (40,7 mg/dl, 37,9 UI/L, 82,4 UI/L) n'ont eu aucun effet significatif sur les taux sériques d'ALAT, d'ASAT et d'ALP par rapport au témoin. Bien que l'administration i/p ait montré une augmentation significative des taux d'ALT, d'AST et d'ALP par rapport au contrôle aux 14e et 28e jours (Fig. 2a et b). Les résultats de l'étude de toxicité sur le sérum ont montré que les Bio-ZnONP n'ont pas modifié les niveaux de créatinine, d'ALT, d'AST et d'ALP pour la voie i/v jusqu'à 28 jours.

Résultats biochimiques de rats traités avec des Bio-CuNPs et des Bio-ZnONPs. Les taux de créatinine, d'ALT, d'AST et d'ALP de S. ont été mesurés chez des rats traités avec des Bio-CuNPs et des Bio-ZnONPs par voie d'administration intrapéritonéale (i/p) et intraveineuse (i/v) le (A) 14e jour et (B) 28e jour. Toutes les données sont exprimées en moyenne  ± SD de la moyenne des trois expériences indépendantes ; chacun a été réalisé en triple, N = 6 rats par groupe. Remarque :Cu :Bio-CuNPs, ZnO :Bio-ZnONPs, i/p :intrapéritonéal, i/v :intraveineux

En revanche, les rats traités avec des Bio-CuNPs par voie i/v ont montré une augmentation significative de l'ALT sérique (67,7 mg/dl), du taux d'AST (70 UI/L) et de l'ALP (128 UI/L). L'effet des Bio-CuNPs par voie i/p était considérablement faible par rapport au témoin. La différence des résultats pourrait être attribuée à la différence dans les voies de dosage, la toxicité des nanoparticules ainsi que la durée d'administration. Nous avons découvert que les Bio-ZnONP n'ont aucun effet sur les biomarqueurs de la fonction rénale et hépatique (à la fois i/v et i/p) par rapport aux Bio-CuNP.

Détection du poids des organites et étude histologique

Les changements dans le poids des organes du rat à différentes doses de Bio-NPs, illustrent les effets néfastes des NPs sur les organes. On peut voir que les poids du cœur, du foie, de la rate, des poumons, des reins et du cerveau sont diminués chez les rats lorsqu'ils sont traités avec des Bio-ZnONP, comme illustré dans les tableaux 9 et 10. De plus, la prise en compte de la réaction organique et du degré des changements ont été examinés en calculant l'indice d'organe (O_X ) de chaque organe séparément. Les indices d'organes pour le cœur, le foie, la rate, les poumons, les reins, le cerveau et le thymus sont présentés dans les tableaux 9 et 10.

Des différences de poids de la rate et du thymus ont été observées après administration i/v et i/p chez les rats traités avec Bio-CuNPs et Bio-ZnONPs. Le 14e jour, Bio-ZnONPs a montré une diminution de l'indice splénique via l'injection i/p et augmenté par l'administration i/v (tableau 9). Dans le cas des rats traités par Bio-CuNPs via une administration i/v, une réduction significative de l'indice splénique a été observée le 14e (0,265) et le 28e jour (0,49). Cela indique que le système immunitaire a été affecté par l'administration i/v de Bio-CuNPs et l'administration i/p de Bio-ZnONPs. En cas d'administration i/p de Bio-ZnONPs, le système immunitaire du rat revient à l'état normal après le 14e jour et prouve que l'effet n'est pas prolongé. Conjugué à la variation précédente du poids corporel, il semble que la voie d'administration i/v des Bio-CuNPs puisse affecter le cœur, le foie, les poumons, les reins et le cerveau ; en outre, cela pourrait endommager le système immunitaire. D'après la figure 3a, cela implique que la rate et le thymus sont la cible principale des organes par les Bio-CuNP.

Modification de la morphologie des organites. Où a rate, b foie, c rein, d cerveau, e poumons et f coeur, de rats Wistar mâles traités avec des Bio-CuNPs par voie intraveineuse en comparaison avec le contrôle au 28e jour d'observation

Dans le cas des groupes traités par Bio-CuNPs i/v et i/p, des effets évidents sur l'indice d'organe ont été observés à la fois à IC₅₀ et des doses de CCM. De plus, parmi les deux voies d'administration différentes, l'injection intrapéritonéale montre la toxicité modeste dans les groupes traités avec Bio-ZnONPs et la toxicité la plus élevée dans les groupes traités avec Bio-CuNPs. L'absorption efficace du médicament par injection i/p était connue pour être rapide en raison de la densité des vaisseaux sanguins et de la lymphe dans le péritoine murin [40]. En conséquence, l'injection intraveineuse montre la moindre toxicité dans les groupes traités par Bio-ZnONPs et la toxicité la plus élevée dans les groupes traités par Bio-CuNPs.

Modifications toxicologiques chez les rats

Nous avons essayé de scruter les effets de la toxicité, à différentes doses et intervalles de temps des Bio-NPs. Les tissus traités avec les Bio-ZnONP (voie i/v :plage posologique de 11 à 16 μg/kg, voie i/p :plage posologique de 24 à 30 μg/kg) n'ont présenté aucun changement dans le foie, les reins, la rate et le cerveau par rapport à tissus témoins (Figs. 4, 5, 6 et 7). Les observations à l'autopsie (autopsie :examen dissecteur d'un rat mort) ont précisé que tous les organes des rats traités aux Bio-NPs présentaient les caractéristiques anatomiques (p. Par rapport aux Bio-ZnONPs, les rats traités avec les Bio-CuNPs ont montré des changements plus importants dans les caractéristiques anatomiques des tissus des reins, du foie, de la rate et du cerveau par rapport au contrôle (Figs. 4, 5, 6 et 7).

Sections colorées par H&E de rein de rat. Rats traités par voie i/v et i/p avec Bio-Cu et ZnONPs ; les échantillons non traités ont été considérés comme témoins. Où les sections traitées avec Bio-CuNPs observées au jour 14 (A-C) et au jour 28 (D-F). Sections traitées par Bio-ZnONPs au jour 14 (G-I) et au jour 28 (J-L). Capsule BC Bowman, glomérulaire G, tubule proximal PT, nécrose glomérulaire GN, lésion du tubule proximal PTD

Sections colorées par H&E de rate de rat. Rats traités par voie i/v et i/p avec Bio-Cu et ZnONPs ; les échantillons non traités ont été considérés comme témoins. Sections traitées avec des Bio-CuNPs observées au jour 14 (A-C) et au jour 28 (D-F). Sections traitées par Bio-ZnONPs au jour 14 (G-I) et au jour 28 (J-L). WP pulpe blanche, RP pulpe rouge, DRP baisse de pulpe rouge

Coupes colorées H&E de foie de rat. Rats traités par voie i/v et i/p avec Bio-Cu et ZnONPs ; les échantillons non traités ont été considérés comme témoins. Sections traitées avec des Bio-CuNPs observées au jour 14 (A-C) et au jour 28 (D-F). Sections traitées par Bio-ZnONPs au jour 14 (G-I) et au jour 28 (J-L). Veine centrale CV, cellules KC de Kupffer, vacuolisation de la veine centrale CVV (vacuolisation cytoplasmique), hémorragie hépatique HH

Coupes colorées H&E de cerveau de rat. Rats traités par voie i/v et i/p avec Bio-Cu et ZnONPs ; les échantillons non traités ont été considérés comme témoins. Sections traitées avec des Bio-CuNPs observées au jour 14 (A-C) et au jour 28 (D-F). Sections traitées par Bio-ZnONPs au jour 14 (G-I) et au jour 28 (J-L). [Toutes les lames sont observées sous un grossissement × 40, NIKON eclipse E200 (microscope trinaculaire)]

Les bio-CuNPs ont induit des dommages par voie i/v et ont montré une tendance dose-dépendante dans les tissus. À une concentration TLC (11, 7 μg/kg), les Bio-CuNP ont montré de graves dommages aux tissus du foie et des reins des rats Wistar. De plus, les Bio-CuNPs traitées par voie i/v et i/p ont induit une nécrose des cellules glomérulaires (atrophie glomérulaire), de la capsule Bowman et du tube proximal chez les rats du groupe 14e et 28e jours (Fig. 4b, e, c et f ) par rapport au témoin non traité. La nécrose glomérulaire est due au remboursement immunologique, mais les dommages tubulaires sont principalement dus à l'effet toxique des NP. Les dommages tubulaires causés par les effets toxiques des Bio-CuNPs par voie i/v et i/p ont également augmenté la pression glomérulaire et provoque une atrophie glomérulaire.

Le groupe témoin normal a montré une structure histologique normale du lobule hépatique et de la veine centrale qui est entourée d'hépatocytes normaux (Fig. 6). Les bio-CuNP traités par voie i/p (19,82 μg/kg) ont montré de légers changements histologiques, y compris l'activation des cellules de Kupffer à la fois au 14e et au 28e jour d'observation (Fig. 6b, e). Les rats traités avec des Bio-CuNPs par voie i/v ont présenté des changements sévères, notamment une vacuolisation cytoplasmique des hépatocytes entourés de la veine centrale et une hémorragie hépatique pour l'observation du 14e jour (Fig. 6c). Étonnamment, le groupe du 28e jour a présenté des modifications modérées, notamment des modifications graisseuses des hépatocytes et une pycnose des noyaux hépatocytaires (Fig. 6f). Le tissu hépatique traité avec Bio-ZnONPs, pour le 14e jour du groupe administré par voie i/p, a montré des changements modérés démontrés par des changements graisseux des hépatocytes (Fig. 6i). Les groupes traités par Bio-ZnONPs ont montré une légère amélioration, et une activité hépatoprotectrice significative a été observée au 28e jour par rapport au 14e jour (Fig. 6l). À partir du 14e jour, la restauration de l'architecture hépatique normale a eu lieu chez les animaux traités par Bio-ZnONPs.

Une diminution de la cellule splénique (pulpe rouge), alors qu'une augmentation des lymphocytes (pulpe blanche), dans le tissu splénique extrait de rat traité avec des Bio-CuNPs par voie i/v (Fig. 5c, f) a été observée. Dans l'observation primaire, l'accrétion de Bio-CuNPs dans la rate a été remarquée dans la pulpe rouge et était liée à une modeste perte de masse cellulaire ; reduced cell mass was obvious on the 28th day time point when compared with 14th day of i/v administration (Fig. 5f), whereas minor changes were observed in red pulp depletion when rats were treated with Bio-CuNPs via i/p route on both 14th and 28th day time point. Structural changes were not seen in the white pulp or in splenic blood vessels (arteries or venous sinuses) and intravascular erythrocytes (Fig. 5b, e). No morphological changes have been found in spleen tissues treated with Bio-ZnONPs (Fig. 5). The H&E-stained brain sections of rats, treated (i/v and i/p) with NPs, showed no changes in brain region, olfactory bulb (perivascular localization) and the choroid plexus and ependyma of the lateral ventricles (Fig. 7).

Conclusion

Animal toxicity studies using 16- to 96-nm-ranged biosynthesized copper (Bio-CuNPs) and zinc oxide (Bio-ZnONPs) was assessed in male Wistar rat at the dose range of 6.1 to 19.82 μg/kg and 11.14 to 30.3 μg/kg respectively for both i/p and i/v routes on 14th and 28th day of observation. We observed no mortality and normal behaviour in the animals treated with Bio-CuNPs and Bio-ZnONPs in their specific dose range. The results also verified the Bio-CuNPs and Bio-ZnONPs at low concentrations do not cause identifiable toxicity even after their breakdown in vivo over time. Increased concentrations of these Bio-NPs induce weight reduction, but no significant statistical difference was observed for Bio-ZnONPs’ treated animals. In the case of i/v and i/p Bio-CuNPs’ treated groups, obvious effects on organ index have been observed at both IC₅₀ and TLC doses. Moreover, of the two different administration routes, the intraperitoneal injection shows the modest toxicity in Bio-ZnONPs’ treated groups and highest toxicity in Bio-CuNPs’ treated groups. Correspondingly, the intravenous injection shows the least toxicity in Bio-ZnONPs’ treated groups and highest toxicity in Bio-CuNPs’ treated groups. Considering all the results of studies, targeting Bio-ZnONPs by intravenous injection is promising for possible biomedical application.

Abréviations

±:

Plus or minus

ALP:

Alkaline phosphatase

ALT:

Alanine aminotransferase

AST:

Aspartate aminotransferase

Bio-CuNPs:

Biogenic copper nanoparticles

Bio-ZnONPs:

Biogenic zinc oxide nanoparticles

B_X :

Brain index

CRE:

Creatinine

Cu:

Copper

FesEM:

Microscopie électronique à balayage à émission de champ

H&E:

Haematoxylin eosin

Hb:

Haemoglobin

H_X :

Heart index

i.e.:

That is

i/p route:

Intraperitoneal route

i/v route:

Intravenous route

IC:

Inhibitory concentration

K_X :

Kidney index

Li_X :

Liver index

Lu_X :

Lung index

NOAEC:

No observable adverse effect concentration

NP :

Nanoparticules

O_x :

Organ index

RBC:

Red blood cell

SD :

Écart type

S_X :

Spleen index

TEM :

Microscopie électronique à transmission

TLC:

Total lethal concentration

T_X :

Thymus index

WBC:

White blood cell

ZnO :

Oxyde de zinc