Toxicity factors of magnetite nanoparticles and methods of their research

Abstract

Among nanoparticles (NPs) of metal oxides, magnetite NPs are the most well-known. The need for regulations related to the safety of magnetite NPs requires a deep understanding of their toxicological paradigm. The purpose of the presented review is to analyze the methods of studying the magnetite NPs toxicity and to summarize their toxicity factors based on the literature data. Literature sources were searched in the PubMed database, and 99 works were selected, supplemented with articles from other databases in some cases. It is shown that the study of the magnetite NPs toxicity became widespread during the last decade, reflecting the expansion of the list of synthesized magnetic NPs and the awareness that the prospects for their use depend on the safety of the created nanomaterial. The safety assessment of magnetite NPs on cell lines is the most popular. Primitive and more highly organized animals can be used to evaluate various aspects of the magnetite NPs toxicity. The toxicity factors of magnetite NPs depend on their characteristics (core composition, coating, size, and shape) and the mode of application (concentration, dose, exposure, type of cells, or animal model). One of the main mechanisms of nanomagnetite toxicity is the interference with iron metabolism and increased generation of reactive oxygen species leading to the disruption of cell proliferation, viability, and metabolism. Thus, the toxicity of magnetite NPs is studied by various methods and at different levels of living systems. Understanding the mechanisms of nanotoxicity should contribute to the targeted design of safe magnetic NPs.

Серед наночастинок (НЧ) оксидів металів найбільш відомими є НЧ магнетиту. Потреба в нормативних актах, пов’язаних із безпечністю НЧ магнетиту, вимагає глибокого розуміння їхньої токсикологічної парадигми. Мета представленого огляду – проаналізувати методи дослідження токсичності НЧ магнетиту та узагальнити фактори їх токсичності на основі даних літератури. Пошук літературних джерел здійснювали в базі даних PubMed. Були відібрані 99 праць, які в деяких випадках доповнені статтями з інших баз даних. Показано, що дослідження токсичності НЧ магнетиту набуло значного поширення протягом останнього десятиліття, що відображає розширення переліку синтезованих магнітних НЧ та усвідомлення того, що перспективи їх використання залежать від безпечності створеного наноматеріалу. Оцінка безпечності НЧ магнетиту на клітинних лініях є найбільш популярною. Для вивчення різних аспектів токсичності НЧ магнетиту можуть бути використані примітивні та більш високоорганізовані тварини. Фактори токсичності НЧ магнетиту залежать від їхніх характеристик (складу ядра, покриття, розміру і форми) та способу застосування (концентрації, дози, експозиції, типу клітин або тваринної моделі). Одним із основних механізм ів токсичності наномагнетиту є втручання в метаболізм заліза та посилене утворення активних форм кисню, що призводить до порушення клітинної проліферації, життєздатності та метаболізму. Отже, токсичність НЧ магнетиту вивчається різними методами і на різних рівнях живих систем. Розуміння механізмів нанотоксичності має сприяти цілеспрямованому дизайну безпечних магнітних НЧ.