Evaluation of neurotoxicity and the role of oxidative stress of cobalt nanoparticles, titanium dioxide nanoparticles, and multiwall carbon nanotubes in Caenorhabditis elegans

神经毒性 氧化应激 秀丽隐杆线虫 纳米颗粒 碳纳米管 二氧化钛 化学 材料科学 毒性 生物化学 纳米技术 无机化学 冶金 有机化学 基因
作者
Cheng Chen,Jingrong Chen,Xinpei Lin,Jun Yang,Hao Qu,Lisong Li,D G Zhang,Wei Wang,Xiangyu Chang,Zhenkun Guo,Ping Cai,Guangxia Yu,Wenya Shao,Hong Hu,Siying Wu,Huangyuan Li,Julia Bornhorst,Michael Aschner,Fuli Zheng
出处
期刊:Toxicological Sciences [Oxford University Press]
卷期号:196 (1): 85-98 被引量:2
标识
DOI:10.1093/toxsci/kfad084
摘要

Abstract The widespread use of nanomaterials in daily life has led to increased concern about their potential neurotoxicity. Therefore, it is particularly important to establish a simple and reproducible assessment system. Representative nanomaterials, including cobalt nanoparticles (CoNPs), titanium dioxide nanoparticles (TiO2-NPs), and multiwall carbon nanotubes (MWCNTs), were compared in terms of their neurotoxicity and underlying mechanisms. In 0, 25, 50, and 75 μg/ml of these nanomaterials, the survival, locomotion behaviors, acetylcholinesterase (AchE) activity, reactive oxygen species production, and glutathione-S transferase 4 (Gst-4) activation in wildtype and transgenic Caenorhabditis elegans (C. elegans) were evaluated. All nanomaterials induced an imbalance in oxidative stress, decreased the ratio of survival, impaired locomotion behaviors, as well as reduced the activity of AchE in C. elegans. Interestingly, CoNPs and MWCNTs activated Gst-4, but not TiO2-NPs. The reactive oxygen species scavenger, N-acetyl-l-cysteine, alleviated oxidative stress and Gst-4 upregulation upon exposure to CoNPs and MWCNTs, and rescued the locomotion behaviors. MWCNTs caused the most severe damage, followed by CoNPs and TiO2-NPs. Furthermore, oxidative stress and subsequent activation of Gst-4 were involved in nanomaterials-induced neurotoxicity. Our study provides a comprehensive comparison of the neurotoxicity and mechanisms of typical nanomaterials, which could serve as a model for hazard assessment of environmental pollutants using C. elegans as an experimental model system.

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