Cytotoxic, Genotoxic, and Apoptotic Effects of Nickel Oxide Nanoparticles in Intestinal Epithelial Cells

Nikel Oksit Nanopartiküllerinin Bağırsak Epitel Hücreleri Üzerine Sitotoksik, Genotoksik ve Apoptotik Etkileri

Abstract

Objectives: The superior properties of nickel oxide-nanoparticles (NiO-NPs) have led to their wide use in various fields. However, there is littlecomprehensive knowledge about their toxicity, especially after oral exposure. The toxic effect of NiO-NPs of mean size 15.0 nm was investigated inCaco-2 (human intestinal epithelial) cells as no study has been performed on their intestinal toxicity.Materials and Methods: Following identification of their particle size distribution and cellular uptake potential, the risk of exposure to NiO-NPs wasevaluated by cellular morphologic changes, cyto- and genotoxic potentials, oxidative damage, and apoptotic induction.Results: NiO-NPs induced a 50% reduction in cell viability at 351.6 µg/mL and caused DNA damage and oxidative damage at 30-150 µg/mL. Itappears that apoptosis might be a main cell death mechanism in NiO-NP-exposed intestinal cells.Conclusion: NiO-NPs might be hazardous to the gastrointestinal system. The results should raise concerns about using NiO-NPs in food-contactappliances and about NiO-NP-containing wastes. Further in vivo and in vitro research should be conducted to explain the specific toxicity mechanismof these particles and reduce their risk to humans.

Özet

Amaç: Nikel oksit-nanopartikülleri (NiO-NP), üstün özellikleri nedeniyle farklı alanlarda geniş kullanıma sahiptir. Ancak, özellikle oral maruziyete NiO-NP’nin toksisiteleri hakkındaki yeterli bilgi bulunmamaktadır. NiO-NP’nin intestinal sistem üzerine toksik etkisi ile ilgili herhangi bir çalışma bulunmadığından, bu çalışmada NiO-NP’nin (ortalama boyut 15,0 nm) Caco-2 (insan intestinal epiteli) hücreleri üzerine toksisitesi araştırılmıştır. Gereç ve Yöntemler: Partikül boyutu dağılımı ve hücresel alım potansiyelleri belirlendikten sonar, NiO-NP’ne maruziyerin riski hücresel morfolojik değişiklikler, sito- ve genotoksik etkiler, oksidatif hasar ve apoptoz indüksiyonu ile değerlendirilmiştir. Bulgular: NiO-NP 351,6 µg/mL konsantrasyonda hücre canlılığında %50 azalmaya ve 30-150 µg/mL’de DNA hasarı ve oksidatif hasarın indüksiyonuna neden olmuştur. NiO-NP’ye maruz bırakılan intestinal hücrelerde ana hücre ölüm mekanizması apoptoz olabilir. Sonuç: NiO-NP gastrointestinal sisteme tehlikeli olabilir. Elde edilen sonuçlar, gıdayla temas eden cihazların yapımında NiO-NP’nin kullanımı ve NiO-NP içeren atıklar nedeniyle endişeler olabileceğini göstermektedir. NiO-NP’in spesifik toksisite mekanizmalarını aydınlatmak ve insan sağlığı üzerine risklerini azaltmak için daha ileri in vivo ve in vitro araştırmaların yapılması gerekmektedir.