In vitro exposure of a 3D-tetraculture representative for the alveolar barrier at the air-liquid interface to silver particles and nanowires

doi:10.1186/s12989-019-0297-1

.2019年4月2日；16(1):14.

doi:10.1186/s12989-019-0297-1。

在银粒子和纳米线的气-液界面处肺泡屏障的代表性3D-培养物的体外暴露

附属公司

¹罗马尼亚克鲁伊·纳波卡Iuliu Hațieganu医药大学药学院毒理学系。
²卢森堡科学技术学院环境研究与创新部（ERIN），卢森堡贝尔沃。
³比利时摩尔弗拉芒技术研究所（VITO NV）卫生部。
⁴卢森堡科学技术学院材料研究与技术部，卢森堡贝尔沃。
⁵波兰Rzeszow Sucharskiego 2号Rzeskow信息技术与管理大学医学院。
⁶波兰华沙Dorodna 16核化学与技术研究所放射生物学和生物剂量学中心。
⁷卢森堡科学技术学院环境研究与创新部（ERIN），卢森堡贝尔沃。arno.guteb@list.lu。

PMID： 30940208
预防性维修识别码：项目经理C6444883
内政部： 10.1186/s12989-019-0297-1

在银粒子和纳米线的气-液界面处肺泡屏障的代表性3D-培养物的体外暴露

Ionel Fizeșan公司等。部分纤维毒物. 2019.

.2019年4月2日；16(1):14.

doi:10.1186/s12989-019-0297-1。

附属公司

¹罗马尼亚克鲁伊·纳波卡Iuliu Hațieganu医药大学药学院毒理学系。
²卢森堡科学技术学院环境研究与创新部（ERIN），卢森堡贝尔沃。
³比利时摩尔弗拉芒技术研究所（VITO NV）卫生部。
⁴卢森堡科学技术学院材料研究与技术部，卢森堡贝尔沃。
⁵波兰Rzeszow Sucharskiego 2号Rzeskow信息技术与管理大学医学院。
⁶波兰华沙Dorodna 16核化学与技术研究所放射生物学和生物剂量学中心。
⁷卢森堡科学技术学院环境研究与创新部（ERIN），卢森堡贝尔沃。arno.guteb@list.lu。

PMID： 30940208
预防性维修识别码：项目经理C6444883
内政部： 10.1186/s12989-019-0297-1

摘要

背景：本研究旨在评估20和200 nm的两种球形银颗粒（Ag20和Ag200）以及直径为50 nm、长度高达50μm的PVP包覆银纳米线（AgNWs）的生物效应的潜在差异，使用一个复杂的3D模型代表在气液界面（ALI）培养的肺泡屏障。肺泡模型暴露于0.05、0.5和5μg/cm²使用最先进的暴露系统（Vitrocell™Cloud system）在ALI测试化合物。选择与氧化应激诱导、抗氧化防御机制、促炎反应和细胞死亡相关的终点来评估银粒子和纳米线（AgNMs）的生物相容性并进一步将特定的生物效应归因于所评估的三种AgNM之间的不同形态特性。

结果：在最高测试剂量下，所有三种AgNMs均观察到显著的细胞毒性作用。促凋亡基因CASP7 mRNA水平的增加表明，AgNWs暴露后可能发生凋亡。所有三种类型的AgNMs都增加了抗氧化酶HMOX-1和金属结合的抗氧化金属硫蛋白（MT）的mRNA水平，其中AgNWs是最有效的诱导剂。尽管所有类型的AgNMs都诱导NF-kB的核移位，但只有AgNWs增加了促炎介质的mRNA水平。经评估的10种白细胞介素分泌增加进一步证实了AgNWs引发的促炎反应。

结论：在当前的研究中，我们证明了在ALI中直接将复杂的四培养肺泡模型暴露于不同类型的AgNMs可诱导形状和大小特异的生物反应。从测试的三种AgNM中，AgNW在诱导生物改变方面最有效。从50纳克/厘米开始²AgNWs是高接触职业环境中急性接触的代表性剂量，其引起的显著变化表明存在促炎反应。尽管还评估了全寿命暴露对代表剂量的急性反应，但毫无疑问，仍需要低剂量的慢性暴露情景来揭示现实条件下AgNMs对人类健康的影响。

关键词：气液界面；炎症；；银纳米粒子；银纳米线；四种文化。

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数字

图1
Ag20的高分辨率暗场显微镜图像（CytolViva®）(一,d日)，200银(b条,**e（电子）**)和AgNW(**c（c）**,**（f）**)使用Vitrocell™云系统在盖玻片上进行超声和雾化后。采样（Sampl）*e（电子）*使用Mowiol安装介质在两个盖玻片之间进一步固定

图2
二次电子图像(一-**c（c）**)和质量过滤二次离子图像(d日-**（f）**)Ag20、Ag200和AgNW（标尺1 μm）。样品沉积在硅片上

图3
Ag20、Ag200、AgNW和Ag的影响⁺(16 微克/厘米²)6时LDH释放小时(一)分别在24 h暴露后(b条). 暴露于载体的细胞作为阴性对照（Ctrl）。数据表示为平均值 ± 至少三个生物重复的SD。数据表示为LDH释放占总LDH释放的百分比（100%）

图4
Ag20、Ag200、AgNW和Ag的影响⁺(16 微克/厘米²)使用Alamar Blue Assay在6 根尖暴露后h(一)和基底外侧(b条)，分别为24 根尖暴露后h(**c（c）**)和基底外侧(d日). 暴露于载体的细胞作为阴性对照（Ctrl）。数据表示为平均值 ± 至少三个生物复制品的SD。数据是相对于阴性对照（100%）表达的

图5
6时活性氧（ROS）的诱导 h暴露后。Ag20、Ag200和AgNWs对心尖的影响(一)和基底外侧(b条)暴露于0.05、0.5和5后 μg/cm²数据表示为平均值 ± 三个生物复制品的SD。数据是相对于阴性对照（100%）表达的

图6
6岁时肺泡模型心尖部相关应激标记物的mRNA水平 h和24 暴露于Ag20、Ag200和AgNWs后h

图7
6位应激反应介质编码基因数据集的主成分分析 h暴露于心尖室后。暴露于三种不同剂量（低剂量）的Ag20（绿色）、Ag200（橙色）和AgNWs（蓝色）的样品的相对基因水平（与阴性对照（灰色）相比增加/减少倍数） = 0.05 微克/厘米²，中等 = 0.5 微克/厘米²和高 = 5 微克/厘米²)在对应于PC1和PC2的散点图上表示

图8
6岁时肺泡模型基底外侧室相关应激标记物的mRNA水平 h和24 h暴露于Ag20、Ag200和AgNW后

图9
肺泡模型6岁时根尖室相关炎症标志物mRNA水平 h和24 h暴露于Ag20、Ag200和AgNW后

**图10**
6位前炎症介质编码基因数据集的PCA分析 h暴露于心尖室后。暴露于三种不同剂量（低剂量）的Ag20（绿色）、Ag200（橙色）和AgNWs（蓝色）的样品的相对基因水平（与阴性对照（灰色）相比增加/减少倍） = 0.05 微克/厘米²，中等 = 0.5 微克/厘米²和高 = 5 微克/厘米²)在对应于PC1和PC2的散点图上表示

**图11**
肺泡模型基底外侧隔相关炎症标志物mRNA水平 h和24 h暴露于Ag20、Ag200和AgNW后

**图12**
暴露于0.625和6.25µg/cm后，四种培养物下细胞培养物中的IL-8水平（pg/mL）²24小时LPS h.数据表示三次生物复制的平均值±SD

**图13**
AgNWs诱导内皮细胞NF-kB核转位的潜能 h暴露后。肺泡模型暴露于所研究的三种浓度的AgNWs。暴露于载体的细胞作为阴性对照。阳性对照组暴露于浓度为10的脂多糖（LPS） μg/mL。细胞固定并染色NF-kB（绿色）和细胞核（蓝色）

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1. 纳米数据库[互联网]。DTU环境、丹麦生态委员会和丹麦消费者委员会。2007年[引用日期：2018年5月4日]。可从以下位置获得：http://nanodb.dk/
1. Prabhu S，Poulose EK公司。银纳米粒子：抗菌作用机制、合成、医学应用和毒性效应。国际纳米Lett。2012;2(1):32.
1. Tran QH，Le A-T.银纳米粒子：合成、性质、毒理学、应用和前景。Adv Nat Sci纳米科技。2013;4(3):33001.
1. Van De Groep J，Spinelli P，Polman A.透明导电银纳米线网络。纳米Lett。2012;12(6):3138–3144.-公共医学

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[1] Marchesan S，Prato M.（纳米）医药纳米材料。ACS出版物；2012-项目管理咨询公司-公共医学

[2] Marchesan S，Prato M.（纳米）医药纳米材料。ACS出版物；2012-项目管理咨询公司-公共医学

[3] 纳米数据库[互联网]。DTU环境、丹麦生态委员会和丹麦消费者委员会。2007年[引用日期：2018年5月4日]。可从以下位置获得：http://nanodb.dk/

[4] 纳米数据库[互联网]。DTU环境、丹麦生态委员会和丹麦消费者委员会。2007年[引用日期：2018年5月4日]。可从以下位置获得：http://nanodb.dk/

[5] Prabhu S，Poulose EK公司。银纳米粒子：抗菌作用机制、合成、医学应用和毒性效应。国际纳米Lett。2012;2(1):32.

[6] Prabhu S，Poulose EK公司。银纳米粒子：抗菌作用机制、合成、医学应用和毒性效应。国际纳米Lett。2012;2(1):32.

[7] Tran QH，Le A-T.银纳米粒子：合成、性质、毒理学、应用和前景。Adv Nat Sci纳米科技。2013;4(3):33001.

[8] Tran QH，Le A-T.银纳米粒子：合成、性质、毒理学、应用和前景。Adv Nat Sci纳米科技。2013;4(3):33001.

[9] Van De Groep J，Spinelli P，Polman A.透明导电银纳米线网络。纳米Lett。2012;12(6):3138–3144.-公共医学

[10] Van De Groep J，Spinelli P，Polman A.透明导电银纳米线网络。纳米Lett。2012;12(6):3138–3144.-公共医学

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