Renal histological alterations induced by acute exposure of titanium dioxide nanoparticles / Alteraciones histológicas renales inducidas por la exposición aguda de nanopartículas de dióxido de titanio

SUMMARY: Titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) are widely used in many commercial products, nanomedicine, agriculture, personal care products, different industries and pharmaceutical preparations with potential risk in human health and the environment. The current work was conducted to investigate the renal damage that might be induced by the acute toxicity TiO2 NPs. A total of 40 healthy male adult Wistar albino rats (Rattus norvegicus) were exposed to TiO2 NPs (126, 252, 378 mg/kg bw) for 24 and 48 h. Fresh portions of the kidneys from each rat were processed for histological and histochemical alterations. In comparison with respective control rats, exposure to TiO2 NPs has marked the following glomerular, tubular and interstitial alterations including the followings: glomerular congestion, Bowman's capsule swelling and dilatation, inflamed glomeruli, renal tubules cloudy swelling, karyorrhexis, karyolysis, infiltration of inflammatory cells, congestion, necrosis, hydropic degeneration, dilatation and congestion of blood vessels, hyaline droplets and hyaline casts precipitation, interstitial edema and fibrosis. From the findings of the current work one may conclude that TiO2 NPs are capable of inducing kidney damage with more insulation in the cortex and the proximal convoluted tubules than the medulla and the distal ones respectively. In addition, it might be concluded that renal damage induced by these nanomaterials is dose and duration of exposure dependent. Further hematological, biochemical, immunohistochemical, and ultra-structural studies are recommended.

RESUMEN: Las nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2 NP) se usan ampliamente en muchos productos comerciales, nanomedicina, agricultura, productos para el cuidado personal, diferentes industrias y preparaciones farmacéuticas con riesgo potencial para la salud humana y el medio ambiente. El trabajo actual se realizó para investigar el daño renal que podría ser inducido por la toxicidad aguda NP de TiO2. Un total de 40 ratas Wistar albinas adultas sanas (Rattus norvegicus) fueron expuestas a TiO2 NP (126, 252, 378 mg / kg de peso corporal) durante 24 y 48 h. Las muestras de los riñones de las ratas se procesaron para estudios histológicos e histoquímicos. En comparación con las ratas control, la exposición de las ratas a TiO2 NP presentaron las siguientes alteraciones glomerulares, tubulares e intersticiales: congestión glomerular, dilatación de la cápsula de Bowman, inflamación glomerular, túbulos renales aumentados, cariorrexis, cariólisis, infiltración de células inflamatorias, congestión, necrosis, degeneración hidrópica, dilatación y congestión de vasos sanguíneos, gotas y precipitaciones hialina, edema intersticial y fibrosis. A partir de los hallazgos del trabajo actual, se puede concluir que las NP de TiO 2 son capaces de inducir daño renal con más aislamiento en la corteza y en los túbulos contorneados proximales que en la médula y los túbulos contorneados distales, respectivamente. Además, se podría concluir que el daño renal inducido por estos nanomateriales depende de la dosis y la duración de la exposición. Se recomiendan estudios adicionales hematológicos, bioquímicos, inmunohistoquímicos y ultraestructurales.

Titanium Dioxide Nanoparticles and Sodium Nitroprusside Alleviate the Adverse Effects of Cadmium Stress on Germination and Seedling Growth of Wheat (Triticum aestivum L) / Nanopartículas de dióxido de titanio y nitroprusiato de sodio alivian los efectos adversos del estrés por cadmio en la germinación y el crecimiento de as plántulas de trigo (Triticum aestivum L) / Nanopartículas de dióxido de titânio e nitroprussiato de sódio aliviam os efeitos adversos do estresse por cádmio na germinação e no crescimento do trigo (Triticum aestivum L)

Abstract Effect of titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) (0, 500, 1 000 and 2 000 mg/L) and sodium nitroprusside (SNP) (0 and 100 μM) as nitric oxide (NO) donor, on wheat seed germination and seedling growth were investigated under cadmium (Cd) stress (0, 50 and 100 mM CdCl2). Concentration-dependent declining trends were observed in wheat germination indices upon seed exposure to CdCl2 suspensions which were more obvious under higher Cd stress. Exogenous sodium nitroprusside (SNP) and TiO2 nanoparticles (NPs) positively affected most germination indices under normal and stress conditions. In most cases, combined application of TiO2 NPs and SNP suspensions boosted stimulatory function of both compounds and moderated adverse effects of Cd treatments on wheat seed germination and seedling growth. 2 000 mg/L TiO2 + SNP (100 μM) treatment recorded the best results regarding most germination indices under lower and higher (50 and 100 mM CdCl2) Cd stress. Overall, it could be concluded that application of TiO2 NPs in combination with SNP might be a promising approach in counteracting the adverse effects of Cd stress on wheat seed germination and early growth.

Resumen Se investigó el efecto de nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2 NPs) (0, 500, 1 000 and 2 000 mg/L) y nitroprusiato de sodio (SNP) (0 and 100 μM) como donador de óxido nítrico (NO), en la germinación de las semillas y el crecimiento de las plántulas de trigo bajo estrés por Cadmio (Cd) (0, 50 and 100 mM CdCl2). Se observaron tendencias decrecientes en los índices de germinación de las semillas de trigo expuestas a suspensiones de CdCl2. Estas tendencias fueron dependientes de la concentración, y más obvias ante alto estrés por Cd. El Nitroprusiato de Sodio exógeno (SNP) y las nanopartículas de TiO2 (NPs) afectaron positivamente la mayoría de los índices de germinación bajo condiciones normales y de estrés. En la mayoría de los casos, la aplicación combinada de suspensiones de TiO2 NPs y SNP incrementó la función estimulante de ambos componentes y moderó los efectos adversos de los tratamientos de Cd en la geminación de las semillas de trigo y el crecimiento de las plántulas. Con el tratamiento de 2000 mg/L TiO2 + SNP (100 μM) se registraron los mejores resultados en cuanto a los índices de germinación sometidos a bajo y alto estrés por Cd (50 and 100 mM CdCl2). En general, podría concluirse que la aplicación de TiO2 NPs en combinación con SNP podría ser una aproximación promisoria para contrarrestar los efectos adversos del estrés por Cd en la germinación de las semillas de trigo y en su crecimiento temprano.

Resumo Foram investigados os efeitos de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2 NPs) (0, 500, 1000 e 2000 mg/L) e nitroprussiato de sódio (SNP) (0 e 100 pM) como donadoras de óxido nítrico (NO) na germinação de sementes e no crescimento de plántulas de trigo sob estresse por cádmio (Cd) (0, 50 e 100 mM CdCl2). Se observaram tendências decrescentes nos índices de germinação de sementes de trigo expostas a suspensões de CdCl2. Essas tendências foram dependentes da concentração, sendo mais evidentes frente ao alto estresse por Cd. O nitroprussiato de sódio (SNP) e as nanopartículas de TiO2 (NPs) afetaram positivamente a maioria dos índices de germinação sob condições normais e de estresse. Na maioria dos casos, a aplicação combinada de suspensões de TiO2 NPs e SNP aumentou a função estimulante de ambos componentes e moderou os efeitos adversos dos tratamentos de Cd na germinação de semestres de trigo e no crescimento das plántulas. Com o tratamento de 2 000 mg/L TiO2 + SNP (100 μM) se registraram os melhores resultados em quanto aos índices de germinação submetidos a baixo e alto estresse por Cd (50 e 100 mM CdCl2). De modo geral, se pode concluir que a aplicação de TiO2 NPs em combinação com SNP poderia ser uma aproximação promissora para combater os efeitos adversos do estresse por Cd na germinação de sementes de trigo e no seu crescimento inicial.

Effects of TiO2 NPs coating-titanium for fibroblast adhesion / Efectos del recubrimiento de NPs de TiO2 sobre placas de titanio para la adhesión de fibroblastos

The objective of this study was to determine the effects of coating nanoparticles of titanium dioxide (TiO2 NPs) and irradiation -UV on plates of titanium (Ti) for the adhesion and proliferation of human gingival fibroblasts (HGF). A total of 15 Ti plates were divided into three groups (n = 5); (i) control Ti, (ii) experimental: Ti+TiO2 NPs, (iii) experimental: Ti+TiO2 NPs+UV. The plates were analyzed with atomic force microscopy (AFM) and the roughness (Ra and Rmax) was determined. UV irradiation was performed for 20 min. HGF were subcultured in DMEM+10 % fetal bovine serum (FBS) at 37 °C with 5 % CO2. 2x106 cells/mL were inoculated on the plates and incubated for 1 h and washed with phosphate buffer saline (PBS). In the case of cell proliferation, cells were incubated for further 24 h more. Cell viability was determined with the MTT method, the formazan was dissolved with dimethylsulfoxide (DMSO) and analyzed at 540 nm. Experiments were performed of three independent experiments and data were analyzed by Kruskall-Wallis and multiple comparison of Mann-Whitney test. The surface topography of samples corresponded as follow: Ti (Ra= 0,492 µm y Rms= 0.640 µm), Ti+NPs TiO2, (Ra= 0.55 µm y Rms= 0.714 µm), respectively. The coating with TiO2 NPs significantly (p <0.05) increased the adhesion and proliferation of HGF compared with the group. The modification of Ti plates by coated with TiO2 NPs significantly increased adhesion and proliferation of HGF with the formation of a hydrophilic surface which favors the humectancy. This treatment may be reported here convenient to accelerate osseointegration of dental implants based titanium.

El objetivo fue determinar los efectos del recubrimiento con nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2 NPs) e irradiación UV sobre placas de titanio (Ti) para la adhesión y proliferación de fibroblastos gingivales humanos (FGH). Un total de 15 placas de Ti se dividieron en tres grupos (n= 5); (i) control Ti, (ii) experimental Ti+NPs TiO2, (iii) experimental: Ti+NPs TiO2+UV. Las placas fueron analizadas en microscopía de fuerza atómica (MFA) y se determinó la rugosidad (Ra y Rmax). La irradiación con UV se realizó durante 20 min. FGH fueron subcultivados en DMEM+10 % de suero fetal bovino a 37 °C con 5 % de CO2. 2x106 células/mL fueron inoculadas sobre las placas e incubadas durante 1 h, se lavaron con solución salina de buffer fosfato. En el caso de la proliferación celular, las células se incubaron por 24 h más. La viabilidad celular se determinó con el método de MTT, el formazan fue disuelto con dimetilsulfoxido y se analizó a 540 nm. Los experimentos se realizaron a partir de tres experimentos independientes y los datos se analizaron por Kruskall-Wallis y por comparación múltiple de Mann-Whitney. La topografía de la superficie de las muestras correspondio de la siguiente manera: Ti (Ra= 0,492 µm y Rms= 0,640 µm), Ti+NPs TiO2, (Ra= 0,55 µm y Rms= 0,714 µm), respectivamente. El recubrimiento con NPs TiO2 aumentó significativamente la adhesión y proliferación de HGF en comparación con el grupo de Ti control (p <0,05). La modificación de la superficie de las placas de Ti recubiertas con NPs TiO2 aumentó significativamente la adhesión y proliferación de HGF con la formación de una superficie hidrófila que favorece la humectancia. Este tratamiento aquí informado tal vez sea un método conveniente para acelerar el proceso de la osteointegración de los implantes dentales a base de titanio.