EHN 2009年2月11日論文解説　鉄含有ナノ物質は皮膚を損傷することができる

EHN 2009年2月11日論文解説
鉄含有ナノ物質は皮膚を損傷することができる
オリジナル論文：
単層カーボン・ナノチューブの皮膚毒性における酸化ストレスと炎症反応

情報源：Environmental Health News, February 11, 2009
Iron-containing nanomaterials can damage skin
Synopsis by Abby D. Benninghoff, Ph.D.
http://www.environmentalhealthnews.org/ehs/newscience/iron-nanotubes-damage-skin/

Original: Murray, AR, E Kisin, SS Leonard, SH Young, C Kommineni, VE Kagan, V Castranova and AA Shvedova. 2009. Oxidative stress and inflammatory response in dermal toxicity of single-walled carbon nanotubes. Toxicology doi:10.1016/j.tox.2008.12.023.
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6TCN-4V88FT5
-5&_user=10&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000050221&
_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=c27a6cde5b5c1a1afd7164545d766be1

訳：安間　武（化学物質問題市民研究会）
掲載日：2009年2月15日
このページへのリンク：
http://www.ne.jp/asahi/kagaku/pico/nano/ehn/ehn_090107_iron-containing_nanomaterialss.html

　鉄含有ナノ物質は、皮膚に触れると炎症およびその他の細胞損傷を引き起こすことができると、人工皮膚、ヒトの皮膚細胞、マウスの皮膚でこのナノ粒子をテストした研究者らは結論付けている。

　微細な単層カーボン・ナノチューブ（SWCNT）を製造または使用する労働者や、それらを含む最終製品を使用する消費者に対してこの粒子は健康リスクを及ぼすかもしれない。これらのナノ材料をを使用した新たな電子ディバイス、回路、コンピュータの開発が行われている。

　ナノ物質は非常に小さいので、産業、工学、医学の分野で広範な応用の可能性を持っている。しかしその小さなサイズ－通常200ナノメートル以下－はまた、独自の毒性能力を示す。

　カーボンベースのナノ物質製造者らは、触媒としての金属の使用に依存している。これらの金属はしばしば完成品中に多量に残留している。ナノ物質の毒性は、独自のカーボン構造か、又はは残留金属に起因する。

　他のカーボン物質は、ヒトに皮膚障害を引き起こすことができる。ある金属はフリーラディカルを形成し、細胞を損傷することができる酸化ストレスを引き起こす。鉄は通常は有害ではないが、あるカーボンベースのナノ物質と結合すると鉄もまたこの種類の細胞損傷を引き起こすかもしれない。

　この研究では、研究者らは単層カーボンナノチューブ（SWNTs）の二つの調合の影響を比較した。ひとつのバッチは鉄の含有量を非常に低くするよう部分的に精製したものであり、他のバッチは精製せず30％の鉄を含むものである。

　研究者らは、実験室で培養されたヒトの皮膚細胞を用いて、細胞中の炎症と酸化ストレスを示す分子マーカーへの暴露影響を比較した。彼らは、両方の鉄含有SWCNTが皮膚細胞中にフリーラディカルの形成と酸化ストレスを引き起こしたことを見出したが、鉄含有量の多いナノチューブの方が毒性が高かった。

　研究者らはまた、精製していないSWCNTを研究室で培養した人工のヒト皮膚とマウスの皮膚でテストした。これらのナノ物質を直接、局所的に暴露させると皮膚の厚みが増し、皮膚中に炎症を引き起こした。

　単層カーボンナノチューブ（SWNTs）は、他のナノ粒子ではありえるように、毛穴をたどる又は皮膚の深い層に浸透することができるかどうかは不明である。それにもかかわらず、この研究は、”非精製単層カーボンナノチューブ（SWNTs）”は、フリーラディカル形成、酸化ストレス、及び炎症に関連した皮膚毒性を引き起こすことができるという確固とした証拠をし示した。

訳注：オリジナル論文

Oxidative stress and inflammatory response in dermal toxicity of single-walled carbon nanotubes
A.R. Murray^{a, b}, E. Kisin^a, S.S. Leonard^a, S.H. Young^a, C. Kommineni^a, V.E. Kagan^c, V. Castranova^{a, b} and A.A. Shvedova^{a, b}
^aPPRB/NIOSH, Morgantown, WV, United States
^bDepartment of Physiology and Pharmacology, WVU, United States
^cCenter for Free Radical and Antioxidant Health, Department of Environmental and Occupational Health, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA, United States

Abstract

Single-walled carbon nanotubes (SWCNT) represent a novel material with unique electronic and mechanical properties. The extremely small size (1 nm diameter) renders their chemical and physical properties unique. A variety of different techniques are available for the production of SWCNT; however, the most common is via the disproportionation of gaseous carbon molecules supported on catalytic iron particles (high-pressure CO conversion, HiPCO).

The physical nature of SWCNT may lead to dermal penetration following deposition on exposed skin. This dermal deposition provides a route of exposure which is important to consider when evaluating SWCNT toxicity. The dermal effects of SWCNT are largely unknown. We hypothesize that SWCNT may be toxic to the skin. We further hypothesize that SWCNT toxicity may be dependent upon the metal (particularly iron) content of SWCNT via the metal's ability to interact with the skin, initiate oxidative stress, and induce redox-sensitive transcription factors thereby affecting/leading to inflammation.

To test this hypothesis, the effects of SWCNT were assessed both in vitro and in vivo using EpiDerm FT engineered skin, murine epidermal cells (JB6 P+), and immune-competent hairless SKH-1 mice. Engineered skin exposed to SWCNT showed increased epidermal thickness and accumulation and activation of dermal fibroblasts which resulted in increased collagen as well as release of pro-inflammatory cytokines. Exposure of JB6 P+ cells to unpurified SWCNT (30% iron) resulted in the production of ESR detectable hydroxyl radicals and caused a significant dose-dependent activation of AP-1.

No significant changes in AP-1 activation were detected when partially purified SWCNT (0.23% iron) were introduced to the cells. However, NFκB was activated in a dose-dependent fashion by exposure to both unpurified and partially purified SWCNT. Topical exposure of SKH-1 mice (5 days, with daily doses of 40 μg/mouse, 80 μg/mouse, or 160 μg/mouse) to unpurified SWCNT caused oxidative stress, depletion of glutathione, oxidation of protein thiols and carbonyls, elevated myeloperoxidase activity, an increase of dermal cell numbers, and skin thickening resulting from the accumulation of polymorphonuclear leukocytes (PMNs) and mast cells. Altogether, these data indicated that topical exposure to unpurified SWCNT, induced free radical generation, oxidative stress, and inflammation, thus causing dermal toxicity.

Keywords: Single-walled nanotubes; Oxidative stress; Glutathione; Skin; Electron spin resonance