Safety assessments of subcutaneous doses of aragonite calcium carbonate nanocrystals in rats

• DOI: 10.1007/s11051-017-3849-z
• Publication Date: 2017-05-11T16:49:35Z
• Authors: Alhaji Zubair Jaji; Zuki Abu Bakar Za...; Rozi Mahmud; Mohamad Yusof Loqman; Mohamad Noor Moha...; Yusuf Abba; Tijani Isa; Saffanah Khuder M...
• Keywords: Composite material; Nanotoxicology and Antimicrobial Nanoparticles; Materials Science; Bioinspired Structural Materials and Biomineralization; 630; Calcium Carbonate; Biomaterials; 03 medical and health sciences; Materials Chemistry; Internal medicine; Pharmacology; 0303 health sciences; Acute toxicity; Toxicity; Microplastic Pollution in Marine and Terrestrial Environments; Pollution; Materials science; Subcutaneous injection; 3. Good health; Nuclear chemistry; Chemistry; Aragonite; Physical Sciences; Environmental Science; Medicine; Calcium; Calcium carbonate; Research Paper

Les nanoparticules de carbonate de calcium ont montré des potentiels prometteurs dans l'administration de médicaments et de métabolites. Il existe cependant un manque d'informations sur la sécurité de leur surexposition intentionnelle ou accidentelle aux systèmes biologiques et sur la sécurité sanitaire générale. À cette fin, cette étude vise à documenter les informations sur l'innocuité des doses sous-cutanées de nanocristaux biogéniques de polymorphe aragonite de carbonate de calcium dérivé de coquilles de coques (ANC) chez les rats Sprague-Dawley (SD). L'ANC a été synthétisée en utilisant la méthode descendante, caractérisée en utilisant la microscopie électronique à transmission et le microscope électronique à balayage à émission de champ et ses toxicités aiguës et répétées d'essai de 28 jours ont été évaluées chez des rats SD. Les résultats ont montré que les nanocristaux d'aragonite pure sphériques homogènes de 30 ± 5 nm n'étaient pas associés à la mortalité chez les rats. Des signes cliniques sévères et des lésions macroscopiques et histopathologiques, indiquant des toxicités organiques, ont été enregistrés dans le groupe de toxicité aiguë (29 500 mg/m2) et le groupe à forte dose (5 900 mg/m2) de l'essai à doses répétées de 28 jours. Cependant, les groupes à dose moyenne (590 mg/m2 de poids corporel) et faible (59 mg/m2) ont présenté des lésions modérées à légères. Les lésions relativement légères observées dans le groupe à faible toxicité ont marqué la marge de sécurité de la Nan chez les rats SD. Il a été conclu de cette étude que la toxicité du CaCO3 dépendait de la taille des particules (30 ± 5 nm) et de la concentration et de la voie d'administration utilisée.<br/>أظهرت جسيمات كربونات الكالسيوم النانوية إمكانات واعدة في توصيل الأدوية والمستقلبات. ومع ذلك، هناك ندرة في المعلومات حول سلامة تعرضهم المتعمد أو العرضي للأنظمة البيولوجية والسلامة الصحية العامة. ولتحقيق هذه الغاية، تهدف هذه الدراسة إلى توثيق المعلومات حول سلامة الجرعات تحت الجلد من البلورات النانوية الحيوية من الأراجونيت متعدد الأشكال من كربونات الكالسيوم المستمدة من أصداف القواقع (ANC) في فئران Sprague - Dawley (SD). تم تصنيع ANC باستخدام طريقة من أعلى إلى أسفل، والتي تتميز باستخدام المجهر الإلكتروني للإرسال والمجهر الإلكتروني لمسح الانبعاثات الميدانية وتم تقييم جرعته الحادة والمتكررة لمدة 28 يومًا من السمية التجريبية في فئران SD. وأظهرت النتائج أن بلورات الأراجونيت النانوية النقية الكروية المتجانسة بحجم 30 ± 5 نانومتر لم تكن مرتبطة بالوفيات في الفئران. تم تسجيل علامات سريرية شديدة وآفات جسيمة ونسيجية، تشير إلى سمية الأعضاء، في مجموعة السمية الحادة (29500 مجم/م 2) ومجموعة الجرعة العالية (5900 مجم/م 2) من الجرعة المتكررة لمدة 28 يومًا. ومع ذلك، أظهرت مجموعات الجرعات المتوسطة (590 مجم/م 2) والمنخفضة (59 مجم/م 2) آفات متوسطة إلى خفيفة. تميزت الآفات الخفيفة نسبيًا التي لوحظت في مجموعة الجرعات منخفضة السمية بهامش الأمان لـ ANC في فئران SD. تم استنتاج من هذه الدراسة أن سمية CaCO3 كانت تعتمد على حجم الجسيمات (30 ± 5 نانومتر) والتركيز ومسار الإعطاء المستخدم.<br/>Calcium carbonate nanoparticles have shown promising potentials in the delivery of drugs and metabolites. There is however, a paucity of information on the safety of their intentional or accidental over exposures to biological systems and general health safety. To this end, this study aims at documenting information on the safety of subcutaneous doses of biogenic nanocrystals of aragonite polymorph of calcium carbonate derived from cockle shells (ANC) in Sprague-Dawley (SD) rats. ANC was synthesized using the top-down method, characterized using the transmission electron microscopy and field emission scanning electron microscope and its acute and repeated dose 28-day trial toxicities were evaluated in SD rats. The results showed that the homogenous 30 ± 5 nm-sized spherical pure aragonite nanocrystals were not associated with mortality in the rats. Severe clinical signs and gross and histopathological lesions, indicating organ toxicities, were recorded in the acute toxicity (29,500 mg/m2) group and the high dose (5900 mg/m2) group of the repeated dose 28-day trial. However, the medium- (590 mg/m2 body weight) and low (59 mg/m2)-dose groups showed moderate to mild lesions. The relatively mild lesions observed in the low toxicity dosage group marked the safety margin of ANC in SD rats. It was concluded from this study that the toxicity of CaCO3 was dependent on the particulate size (30 ± 5 nm) and concentration and the route of administration used.<br/>Las nanopartículas de carbonato de calcio han mostrado potenciales prometedores en la administración de fármacos y metabolitos. Sin embargo, existe una escasez de información sobre la seguridad de sus exposiciones intencionales o accidentales a los sistemas biológicos y la seguridad sanitaria general. Con este fin, este estudio tiene como objetivo documentar información sobre la seguridad de las dosis subcutáneas de nanocristales biogénicos de polimorfo de aragonito de carbonato de calcio derivado de cáscaras de berberecho (ANC) en ratas Sprague-Dawley (SD). El ANC se sintetizó utilizando el método de arriba hacia abajo, caracterizado utilizando la microscopía electrónica de transmisión y el microscopio electrónico de barrido de emisión de campo y se evaluaron sus toxicidades de prueba de dosis aguda y repetida de 28 días en ratas SD. Los resultados mostraron que los nanocristales de aragonita pura esféricos homogéneos de 30 ± 5 nm de tamaño no se asociaron con la mortalidad en las ratas. Se registraron signos clínicos graves y lesiones macroscópicas e histopatológicas, que indican toxicidades orgánicas, en el grupo de toxicidad aguda (29,500 mg/m2) y el grupo de dosis alta (5900 mg/m2) del ensayo de dosis repetida de 28 días. Sin embargo, los grupos de dosis media (590 mg/m2 de peso corporal) y baja (59 mg/m2) mostraron lesiones moderadas a leves. Las lesiones relativamente leves observadas en el grupo de dosis de baja toxicidad marcaron el margen de seguridad del RAN en ratas SD. De este estudio se concluyó que la toxicidad de CaCO3 dependía del tamaño de las partículas (30 ± 5 nm) y la concentración y la vía de administración utilizada.<br/>