Optimierung und Bewertung der Vorbehandlungsmethode für sp-ICP-MS zur Aufdeckung der Verteilung von Silbernanopartikeln im Körper

Einführung

Die jüngsten Fortschritte in der Nanotechnologie haben die Entwicklung von technisch hergestellten Nanopartikeln (ENPs) beschleunigt, die kleiner als 100 nm sind. Aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften wie der verbesserten Gewebepermeabilität und Oberflächenreaktion im Vergleich zu anderen Mikromaterialien oder größeren Materialien werden ENPs häufig in verschiedenen Produkten wie Kosmetika, Lebensmitteln und Medikamenten verwendet [1, 2]. Beispielsweise werden Silber-Nanopartikel (nAg), eines der am häufigsten vorkommenden ENPs, in Antibiotika wegen ihrer stetigen Freisetzung von Ag ⁺ . verwendet . Darüber hinaus werden sie als leitfähige Materialien in der gedruckten Elektronik eingesetzt [3]. Im Gegensatz dazu können die einzigartigen physikalisch-chemischen Eigenschaften, die mit der kleinen Partikelgröße von nAg verbunden sind, gefährlich sein. Es ist bekannt, dass diese Partikel die Blut-Hirn-Schranke stören und Entzündungen auslösen können [4]. Die zunehmende Verwendung von ENPs in Produkten des täglichen Bedarfs hat den Menschen verschiedenen Arten von ENPs ausgesetzt. Ihre fortgesetzte Verwendung sollte evaluiert werden, um ihre Sicherheit zu bestimmen [2, 3].

Um die Sicherheit zu gewährleisten, ist es unabdingbar, das „Risiko“ von ENPs zu verstehen, das das integrative Konzept von „Gefährdung“ (potenzielle Toxizität) und „Expositionsbedingung“ darstellt. Während die Gefahren von ENPs weltweit analysiert wurden, haben nur wenige Studien die Expositionssituationen gegenüber ENPs untersucht [5]. Darüber hinaus wurde kürzlich berichtet, dass sich die intrazelluläre Verteilung von nAg, das in kultivierte Zellen eingebaut wird, von der von Ag ⁺ . unterscheidet [6] und dass Ag ⁺ Partikel im Mausgewebe [7]. Daher ist es notwendig, ihre physikalischen Eigenschaften, wie die Partikelgröße, zu bewerten und zwischen Partikeln und Ionen im Körper zu unterscheiden [3, 6, 7, 8].

Mit der derzeit verfügbaren Analysetechnologie ist es eine Herausforderung, die physikalischen Eigenschaften von ENPs im Körper quantitativ zu analysieren. Die induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) eignet sich für quantitative Analysen, jedoch nicht für physikalische Eigenschaftsanalysen, da bei der Quantifizierung nicht alle Targets wie Ionen und Partikel unterschieden werden können. Im Gegensatz dazu eignet sich die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zur Analyse der physikalischen Eigenschaften, nicht aber zur Quantifizierung von ENPs, da nur ein Teil des Gewebes beobachtet wird. Daher wird eine neue Methode für gleichzeitige Analysen der physikalischen Eigenschaften und quantitative Analysen von ENPs benötigt, um ihre Biotransformation zu untersuchen.

Single Particle-ICP-MS (sp-ICP-MS), das auf ICP-MS basiert, führt pro Verweilzeit ein oder keine Partikel in den Analysator ein und ist eine attraktive Methode zur Bestimmung von Partikelgrößen durch Analyse von Peakintensität und Partikelkonzentration durch Analyse Spitzenpreise. Partikel und Ionen können durch die Analyse von Peaksignalen und Hintergrundsignalen unterschieden werden [9]. Einige frühere Studien berichteten über die Verwendung von sp-ICP-MS zur Quantifizierung und Analyse der physikalischen Eigenschaften von ENPs [10, 11].

Die meisten dieser Studien verwendeten jedoch sp-ICP-MS zur Analyse von Umweltwasser oder kommerziellen Produkten, die ENPs enthielten [10, 11] und einige Studien verwendeten sp-ICP-MS für biologisches Gewebe. Darüber hinaus wurden die Gewebe in diesen Studien durch Proteinase-K-Verdau oder mit Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) vorbehandelt, um die Protein- und Lipidmatrizen zu solubilisieren. Da unterschiedliche Reagenzien unterschiedliche Löslichkeitseigenschaften aufweisen, können Variationen der Vorbehandlungsmethoden die Wiederfindungsrate der im Gewebe verteilten ENPs beeinflussen. Darüber hinaus ist es wichtig, dass die Vorbehandlungsmethode die Größe oder die ionischen Eigenschaften der ENPs nicht beeinflusst und die im Gewebe verteilten ENPs effizient zurückgewinnt.

In dieser Studie haben wir verschiedene Vorbehandlungsmethoden für sp-ICP-MS in biologischen Proben evaluiert und optimiert, um die Menge und die physikalischen Eigenschaften von ENPs im Körper unter Verwendung von nAg als Modell-ENPs zu bestimmen.

Materialien und Methoden

ENPs

Die 30, 70 und 100 nm „Biopure“ nAg (nAg30, nAg70 und nAg100) wurden von nanoComposix (San Diego, CA, USA) bezogen. RM8013 wurde als Standard zur Berechnung der Transporteffizienz verwendet und wurde vom National Institute of Standards and Technology (Gaithersburg, MD, USA) bezogen. Jeder ENP-Typ wurde vor der Verwendung 10  Minuten lang beschallt.

Reagenzien

Lösungen von 0,1 µmol/l Natriumhydroxid (NaOH), 25 % TMAH, 30 % Salzsäure (HCl) und Proteinase K wurden von Wako (Osaka, Japan) bezogen. Eine Lösung von 70 % Salpetersäure (HNO₃ ) wurde von Kanto Kagaku (Tokio, Japan) bezogen.

Tiere

BALB/c-Mäuse (weiblich, 6 Wochen) wurden von Japan SLC (Shizuoka, Japan) gekauft. Mäuse wurden in einem Raum mit einem 12-Stunden-Hell-Dunkel-Zyklus (Licht an um 8:00 Uhr und Licht aus um 20:00 Uhr) gehalten. Futter und Wasser wurden ad libitum zur Verfügung gestellt. Die Versuchsprotokolle entsprachen den ethischen Richtlinien der Universität Osaka, Japan.

Messen von Partikelgrößenverteilungen durch dynamische Lichtstreuung

nAg wurde in MilliQ-Wasser auf eine Silber-Endkonzentration (Ag) von 10 µg/ml verdünnt. Als nächstes wurde die Größe und Zeta-Kapillarzelle (Malvern Instruments, Malvern, UK) mit 1 µl der Lösung gefüllt, um die Partikelverteilung und den mittleren Durchmesser mit einem Zetasizer Nano-ZS (Malvern Instruments) zu messen.

Messen der Bruttomasse von Ag

Zur Messung der Gesamt-Ag-Konzentration in den Proben wurde ein Agilent 7700x (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA) verwendet. Die Analysebedingungen waren HF-Leistung 1550 W, Trägergas 1,05 L/min Ar und Verweilzeit 100 ms. Die Messungen wurden dreimal im MS-Modus wiederholt. Es wurde eine interne Standardmethode verwendet, und Rhodium wurde als interner Standard für Ag verwendet. Zielelemente der ICP-MS-Analysen waren ¹⁰³ Rh und ¹⁰⁷ Ag. Ag- und Rhodium-Standardlösungen wurden von Wako (Osaka, Japan) bezogen.

Analyse von sp-ICP-MS und deren Berechnung

Für die sp-ICP-MS-Analyse verwendeten wir einen Agilent 7700x (Agilent Technologies; Santa Clara, CA, USA) ähnlich der Analyse von Gesamt-Ag. Die Analysebedingungen waren wie folgt:HF-Leistung 1550 W, Trägergas 1,05 L/min Ar, Verweilzeit 10 ms und Analysezeit 30 s. Um die Partikelgröße zu berechnen, wurden die von RIKILT veröffentlichten Einzelpartikelberechnungstools verwendet [12].

Kritische Partikelkonzentration für sp-ICP-MS

Die Konzentration der nAg-Stammlösung betrug 1,0 µg/ml, die zur Herstellung von 2000-, 800-, 700- und 600 µg/ml-Lösungen verwendet wurde. Jede dieser Lösungen wurde dann 10-fach seriell verdünnt, um 40 verschiedene nAg-Lösungen zu erhalten. Wir haben die Partikelkonzentrationen dieser 40 Proben mittels sp-ICP-MS bestimmt.

Optimierung der Vorbehandlungsmethoden für Mausleber

Die den Mäusen entnommenen Lebern wurden mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) (w /v 1:10) und anschließend homogenisiert. Das Homogenisat wurde mit 100 ng/ml nAg-Lösung gemischt. Die Mischung wurde dann mit einem der folgenden Reagenzien bei einer v . behandelt /v Verhältnis von 1:1 – 0,1 µmol/l NaOH-Lösung, 25 % TMAH, 30 % HCl oder Proteinase K-Lösung (10 µU/ml Proteinase K, 0,01 µM Tris-HCl, 0,01 µM EDTA und 0,5 % SDS). Die Proben wurden 3 h bei 37 °C inkubiert und die Rückstände wurden gesammelt und gewogen. Die Überstände wurden 500-fach verdünnt und durch sp-ICP-MS analysiert.

Evaluation der Vielseitigkeit der NaOH-Vorbehandlung in verschiedenen Organen

Die von den Mäusen gesammelten Herzen, Lungen, Milzen und Nieren wurden mit PBS (w /v 1:10), homogenisiert und mit 100 nm/mL nAg vermischt. Als nächstes 1 mol/L NaOH-Lösung bei einer v /v Verhältnis von 1:1 wurde zugegeben und 3 h bei 37 °C inkubiert. Nach der Inkubation wurden die Rückstände gesammelt und gewogen. Die Überstände wurden 500-fach verdünnt und durch sp-ICP-MS analysiert.

Beurteilung der Menge und physikalischen Eigenschaften von nAg100 und Ag ⁺ bei Mäusen nach einmaliger intravenöser Verabreichung

Zur intravenösen Verabreichung nAg100 und AgNO₃ wurden auf 0,25 mg/ml verdünnt (als Ag ⁺ ) mit 5% Glucoselösung. BALB/c-Mäusen wurde nAg100 (1,5 oder 0,75 mg/kg), AgNO₃ . intravenös verabreicht (1,5 oder 0,75 mg/kg als Ag ⁺ ) oder 5% Glucoselösung (Kontrolle). Nach 24 Stunden wurden Blut und Leber der getöteten Mäuse gesammelt. Die Lebern wurden mit PBS (w /v Verhältnis 1:10) und homogenisiert. Die Blut- und Leberhomogenate wurden mit TMAH-Lösung (v /v Verhältnis 1:1) und mit NaOH-Lösung (v /v Verhältnis von 1:1). Diese Proben wurden mit ICP-MS analysiert, um die Ag-Konzentrationen zu messen, und mit sp-ICP-MS, um die physikalischen Eigenschaften wie Partikelgröße und Unterscheidung zwischen Partikeln und Ionen zu bewerten.

Ergebnisse und Diskussionen

Optimierung der Partikelerkennung durch sp-ICP-MS

Bei der sp-ICP-MS-Analyse ist es wichtig, pro Verweilzeit ein oder kein Partikel in den Detektor einzubringen. Werden über die Verweilzeit mehrere Teilchen in den Detektor eingebracht, wird die Bruttomasse mehrerer Teilchen als die Masse eines einzelnen Teilchens betrachtet [13]. Daher müssen die Proben für die sp-ICP-MS-Analyse ausreichend verdünnt werden. Im Gegensatz dazu führt die sp-ICP-MS-Analyse einer Probe mit einer sehr geringen Konzentration an ENPs zu ungenauen Partikelverteilungs- und Größendaten.

Um die Beziehungen zwischen der Konzentration von nAg100 und der Anzahl der nachgewiesenen Partikel zu bestimmen, wurden die nAg100-Stammlösungen zur Auswertung durch sp-ICP-MS seriell verdünnt. Das Ergebnis zeigte, dass die Anzahl der detektierten Partikel im Bereich der relativ niedrigeren Ag-Konzentration theoretisch und linear zunahm. Im Gegensatz dazu war bei relativ höheren Ag-Konzentrationen die Anzahl der nachgewiesenen Partikel niedriger als der theoretische Wert (Abb. 1a). Diese Daten zeigten, dass bei höheren Ag-Konzentrationen dazu neigen, während jeder Verweilzeit mehrere Partikel in den Detektor eingebracht zu werden, was zu einer Überschätzung der Partikelgröße führt. Daher ist es notwendig, die größte Anzahl von detektierten Partikeln zu bestimmen, die nicht vom theoretischen Wert abweichen, um die Partikelgrößen genau beurteilen zu können. Als nächstes haben wir die Anzahl der detektierten Partikel vom theoretischen Wert abgezogen und die Differenz als vertikale Achse aufgetragen. Die Ergebnisse zeigten, dass Abweichungen bei der Größenschätzung auftraten, wenn die Anzahl der nachgewiesenen Partikel> 500 war, was darauf hindeutet, dass es notwendig ist, während der Analysezeit ≤  500 Partikel zu erkennen (Abb. 1b). Obwohl diese Daten in einem einzigen Versuch erhalten wurden, zeigte eine Wiederholung des Experiments die gleichen Ergebnisse (Daten nicht gezeigt).

Bestimmung der optimalen Partikelanzahl pro Verweilzeit für eine genaue sp-ICP-MS-Analyse. Eine Reihe von nAg-Lösungen (600 µg/ml bis 2.500 µg/ml) wurden durch sp-ICP-MS analysiert. a Um den Zusammenhang zwischen der Konzentration von nAg100 und der Anzahl der nachgewiesenen Partikel zu bestimmen, wurde eine Kurve für die nachgewiesenen Partikel (durchgezogene Linie) der theoretischen Werte (gestrichelte Linie) aufgezeichnet. b Die vom theoretischen Wert abgezogene Anzahl der detektierten Partikel wurde auf der vertikalen Achse aufgetragen, um die optimale Partikelanzahl zu bestimmen. Jeder Punkt ist das Ergebnis eines einzigen Versuchs (n = 1)

Zur Validierung der Analysebedingungen haben wir nAg mit verschiedenen Durchmessern (nAg30, nAg70, nAg100) auf < 500 Partikel pro Analysezeit verdünnt und deren Durchmesser ausgewertet. Die sp-ICP-MS-Analyse zeigte, dass die Primärdurchmesser von nAg30, nAg70 und nAg100 30,0 ± ± 1,2, 65,1 ± ± 0,6 bzw. 97,4 ± ± 0,6 betrugen. Darüber hinaus betrugen die hydrodynamischen Durchmesser, die durch dynamische Lichtstreuung (DLS) bestimmt wurden, 36,4 ± 1,6, 70,6 ± 1,7 bzw. 101   ± 1,0. Diese Werte ähneln denen, die durch sp-ICP-MS geschätzt wurden. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die sp-ICP-MS-Bedingungen für die Messung der Durchmesser von Nanopartikeln unterschiedlicher Größe geeignet waren.

Optimierung der Vorbehandlungsmethoden zum Nachweis von nAg in Mauslebergewebe

Um die physikalischen Eigenschaften von ENPs im Körper zu quantifizieren und zu bestimmen, ist es notwendig, das Gewebe vollständig zu lysieren. Darüber hinaus ist es wichtig, die im Körper verteilten Partikel und Ionen effizient zurückzugewinnen, ohne physikalische oder chemische Veränderungen in den Partikeln hervorzurufen. Wir haben fünf löslichmachende Reagenzien getestet, NaOH, TMAH, HNO₃ , HCl oder Proteinase K und analysierten die Menge und die physikalischen Eigenschaften durch sp-ICP-MS, um die Vorbehandlungsstrategien unter Verwendung der Leber als Modell zu optimieren [14,15,16,17,18].

Das Leberhomogenisat wurde mit nAg100 gemischt, um eine Ag-Endkonzentration von 100 ng/ml zu erhalten, gefolgt von einer Behandlung mit jedem löslichmachenden Reagens bei 37 °C. Zuerst bewerteten wir die Menge an Geweberückständen als Indikator für die Gewebelöslichkeit. Mehr als 90 % des Gewebes wurden durch die Behandlung mit NaOH, TMAH und Proteinase K aufgelöst, während nur 75 % des Gewebes durch HNO₃ . aufgelöst wurden und HCl-Behandlungen (Abb. 2a). Wenn man bedenkt, dass fast 80 % des Gewebes aus Wasser bestehen [19], HNO₃ , HCl und PBS-Behandlungen waren zum Auflösen der unlöslichen Gewebematrix ineffizient. Im Gegensatz dazu löste die Behandlung mit NaOH, TMAH und Proteinase K effizient die unlösliche Matrix von Geweben, was ihre Eignung zur genauen Quantifizierung von nAg im Gewebe anzeigt. Als nächstes analysierten wir die Wiederfindungsrate jedes Partikels und Ions, um die Änderung der physikalischen Eigenschaften bei jeder Behandlung zu bewerten. Die Sp-ICP-MS-Analyse zeigte, dass nAg100 durch Behandlung mit sauren Reagenzien (HNO₃ und HCl) und teilweise ionisiert, wenn sie mit Proteinase K behandelt wurden. Dies deutete darauf hin, dass saure Reagenzien und Proteinase K die Partikel auflösten und in Ionen umwandelten. Im Gegensatz dazu wurden bei der Behandlung des Gewebes mit alkalischen Reagenzien (NaOH und TMAH) 100 ng/mL Ag, entsprechend der anfänglich zugegebenen Menge, als Partikel nachgewiesen. Nach alkalischen Behandlungen wurden fast keine Ionen nachgewiesen (Abb. 2b), was darauf hindeutet, dass NaOH und TMAH die physikalischen Eigenschaften von nAg beibehielten. Schließlich werteten wir die Partikeldurchmesserverteilung in Geweben aus, die mit den verschiedenen Reagenzien behandelt wurden, um die physikalischen Eigenschaften im Detail zu analysieren. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser änderte sich nach der TMAH-Behandlung von 100 nm auf 120 (Abb. 2c). Darüber hinaus waren die Partikel nach der TMAH-Behandlung breiter (Abb. 2d), was auf eine Partikelaggregation hindeutet. Im Gegensatz dazu lag der durchschnittliche Partikeldurchmesser bei Behandlung der Gewebe mit NaOH nahe 100 nm, entsprechend der anfänglichen Partikelgröße. Dies legt nahe, dass eine Vorbehandlung mit NaOH die optimale Bedingung für den Nachweis von nAg100 in Lebergeweben von Mäusen ist.

Die NaOH-Vorbehandlung ist die optimale Methode zum Nachweis von nAg100 in Mäuseleber. Fünf löslichmachende Reagenzien wurden als Vorbehandlungslösungsmittel gescreent, um das Gewebe zu lysieren (NaOH, TMAH, HNO₃ , HCl und Proteinase K). Das Leberhomogenisat wurde mit nAg100-Lösung gemischt, um eine Ag-Endkonzentration von 100 ng/ml zu erhalten, und mit jedem löslichmachenden Reagens bei 37 °C behandelt. Nach 3 h, a Rückstandsraten in jeder Gruppe als Indikator für die Gewebelöslichkeit, b Wiederfindungsraten (schwarze und weiße Balken stellen die Menge an Silber dar, die als Partikel bzw. als Ionen erkannt wurde), c durchschnittliche Partikeldurchmesser in einem Balkendiagramm und d Die in einem Bienenschwarm-Diagramm gezeigte Partikelgrößenverteilung wurde durch sp-ICP-MS-Analyse analysiert. Die Ergebnisse werden als Mittelwert ± SD (n = 3)

Die TMAH-Vorbehandlung wurde in verschiedenen Studien häufig für die sp-ICP-MS-Analyse verwendet. TMAH kann aufgrund verschiedener physikalischer Eigenschaften wie Viskosität und pH-Wert eine Aggregation von nAg100 induzieren. Außerdem kann die Dielektrizitätskonstante mit der Aggregation zusammenhängen. Eine TMAH-Behandlung für 3 h kann die Dielektrizitätskonstante erhöhen, die durch die Zersetzung von TMAH in Trimethylamin (TMA) und Methanol verursacht wird [20]. Eine Erhöhung der Dielektrizitätskonstante bringt das Zeta-Potential von nAg100, das umgekehrt proportional zur Dielektrizitätskonstante ist, auf nahezu Null, was zum Verlust der elektrostatischen Abstoßung zwischen nAg und Induktion der Aggregation führt. Die Behandlung von nAg100 mit TMAH für kurze Zeit (1 min) führte zu einer durchschnittlichen Partikelgröße von ungefähr 100 nm (Daten nicht gezeigt).

Bewertung der Vielseitigkeit der NaOH-Vorbehandlung in verschiedenen Organen

Um die Vielseitigkeit der NaOH-Vorbehandlung zum Nachweis von nAg zu bewerten, behandelten wir verschiedene Mausorgane (Herz, Lunge, Niere und Milz) mit NaOH und führten sp-ICP-MS zum Partikelnachweis durch. Zuerst bewerteten wir die Menge an Geweberückständen als Indikator für die Gewebelöslichkeit. Durch die NaOH-Behandlung wurde eine Gewebelöslichkeit von mehr als 95 % erreicht (Abb. 3a). Darüber hinaus wurde Ag entsprechend den Additivmengen als Partikel nachgewiesen (Abb. 3b). Obwohl einige Wiederfindungsraten 100 % überstiegen, besagen die Kriterien der US-amerikanischen Food and Drug Administration, dass eine Wiederfindungsrate von 80–120 % ausreichend zuverlässig ist [21]. Daher ist unsere Analyse zuverlässig. Darüber hinaus lag der durchschnittliche Partikeldurchmesser von nAg, der in jedem Organ nachgewiesen wurde, nahe 100  nm, was der Partikelgröße des hinzugefügten nAg entspricht (Abb. 3c, d). Diese Studien legen nahe, dass die NaOH-Vorbehandlung ideal ist, um nAg nicht nur in der Mausleber, sondern auch in Herz, Lunge, Niere und Milz der Maus nachzuweisen.

Die NaOH-Vorbehandlung ist die optimale Methode zum Nachweis von nAg100 in verschiedenen Organen. Wie in Abb. 2 wurden die Herz-, Nieren-, Lungen- und Milzhomogenate mit nAg100 gemischt und mit NaOH-Lösung inkubiert. Nach 3 h, a Rückstandsraten (schwarze und weiße Balken repräsentieren die Rückstandsraten bei der NaOH- bzw. PBS-Behandlung), b Wiederfindungsraten (schwarze und weiße Balken stellen die Rate von Ag dar, die als Partikel bzw. als Ionen nachgewiesen wurde), c durchschnittliche Partikeldurchmesser in einem Bienenschwarm-Diagramm und d Die in einem Bienenschwarm-Diagramm gezeigte Partikelgrößenverteilung wurde durch sp-ICP-MS-Analyse in jeder Gewebeprobe analysiert. Die Ergebnisse werden als Mittelwert ± SD (n = 3)

Zusammengefasst zeigen unsere Ergebnisse, dass die Vorbehandlung mit NaOH die optimale Vorbehandlungsstrategie für die Quantifizierung und Analyse der physikalischen Eigenschaften von nAg in tierischen Geweben durch sp-ICP-MS ist.

Bewertung von sp-ICP-MS für quantitative und physikalische Eigenschaftsanalysen von nAg und Ag ⁺ in biologischem Gewebe

nAg ionisiert im Körper oder dieses Ag ⁺ Partikel im Mausgewebe, obwohl die Details dieses Prozesses unklar sind. Daher haben wir die praktische Anwendung des sp-ICP-MS bewertet, indem wir sowohl die Menge als auch die physikalischen Eigenschaften von Ag im Blut und in der Leber von Mäusen nach einmaliger intravenöser Verabreichung von nAg100 oder Ag ⁺ . analysiert haben . Die ICP-MS-Analyse zeigte, dass Ag im Blut sowohl von Ag ⁺ . nachgewiesen wurde – und mit nAg100 behandelte Mäuse (Abb. 4a). Außerdem wurde Ag in der Leber beider Gruppen nachgewiesen (Abb. 4b). Als nächstes analysierten wir die physikalischen Eigenschaften von Ag in jeder Probe. Da im Blut sowohl von Ag ⁺ . geringe Mengen an nAg nachgewiesen wurden - und mit nAg100 behandelten Mäusen lag das meiste nachgewiesene Ag in der Ionenform vor (Fig. 4c). In den Leberproben wurden ungefähr 80 % von Ag als Partikel in mit nAg100 behandelten Mäusen nachgewiesen, während eine kleine Menge von nAg in Ag ⁺ . nachgewiesen wurde -behandelte Mäuse (Abb. 4d). Schließlich haben wir die Partikelgröße in der Leber von mit nAg100 behandelten Mäusen durch sp-ICP-MS bewertet, was zeigte, dass die Partikelgrößen ungefähr 80 nm betrugen (Abb. 4e). Diese Daten deuten darauf hin, dass Ag ⁺ ins Blut verabreicht kaum in Partikel umgewandelt, und die physikalischen Eigenschaften von Ag ⁺ in Blut und Leber wurden nicht verändert. Im Gegensatz dazu war nAg100, das ins Blut verabreicht wurde, teilweise ionisiert; 20 % des Ag in der Leber und das meiste Ag im Blut lagen in Ionenform vor. Als Ergebnis der partiellen Ionisation war der durchschnittliche Durchmesser des nAg im Lebergewebe kleiner als der der anfänglich verabreichten Partikel (80 vs 100 nm). Folglich zeigte unsere auf biologische Proben anwendbare sp-ICP-MS-Strategie, dass nAg100, das in das Blut verabreicht wurde, als Partikel (ca. 80%) in der Leber und als Ionen (ca. 95%) im Blut verteilt wurde, während die ICP-MS-Methode Bewerten Sie nur die Ag-Mengen und keine physikalischen oder chemischen Veränderungen in den Partikeln.

Gleichzeitige Quantifizierung und Analyse der physikalischen Eigenschaften von intravenös verabreichtem nAg100 und Ag ⁺ . nAg100 und Ag ⁺ wurden Mäusen intravenös verabreicht (0,75 oder 1,5 µg/kg). Nach 24 Stunden wurden ihre Leber und ihr Blut gesammelt. Alle Proben wurden mit NaOH-Lösung vorbehandelt. Ag-Konzentration in a Blut und b Leber wurden durch ICP-MS gemessen. nAg in c Blut und d Leber wurden durch sp-ICP-MS gemessen. Der durchschnittliche Durchmesser der in der Leber nachgewiesenen Partikel wird in e . angezeigt . Die Ergebnisse werden als Mittelwert ± SE (n = 3)

Schlussfolgerungen

Wir haben die optimalen Vorbehandlungsbedingungen für die sp-ICP-MS-Analyse von nAg in biologischen Geweben identifiziert, die eine gleichzeitige Quantifizierung und Analyse der physikalischen Eigenschaften von ENPs in tierischen Geweben ermöglichen. Wir haben auch eine sp-ICP-MS-Methode entwickelt, die sich für die Bewertung biologischer Proben eignet, und ihre Anwendbarkeit durch die Bewertung der Änderung der physikalischen Eigenschaften von nAg100 in Leber und Blut nachgewiesen. Wir zeigten auch, dass der teilweise Wechsel von der Partikelform zur ionischen Form von nAg100, das den Mäusen verabreicht wurde, deren Kinetik und Verteilung beeinflusste. Diese Technik kann bei der Risikoanalyse von ENPs angewendet werden, indem die ENP-Expositionsbedingungen bewertet, die biologischen Reaktionen auf ENPs aufgeklärt und die den Reaktionen zugrunde liegenden Mechanismen identifiziert werden.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Die gemeinsame Nutzung von Daten gilt für diesen Artikel nicht, da während der aktuellen Studie keine Datensätze generiert oder analysiert wurden.

Abkürzungen

AG:

Silber

Ag ⁺ :

Silberionen

DLS:

Dynamische Lichtstreuung

ENPs:

Technisch hergestellte Nanopartikel

HCl:

Salzsäure

HNO₃ :

Salpetersäure

ICP-MS:

Induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie

nAg:

Silbernanopartikel

nAg100:

100 nm nAg

nAg30:

30 nm nAg

nAg70:

70 nm nAg

NaOH:

Natriumhydroxid

PBS:

Phosphatgepufferte Kochsalzlösung

sp-ICP-MS:

Einzelpartikel-ICP-MS

TEM:

Transmissionselektronenmikroskop

TMAH:

Tetramethylammoniumhydroxid