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Particulate metal bioaccessibility in physiological fluids and cell culture media: Toxicological perspectives

机译：生理流体和细胞培养基中金属离子的生物可及性：毒理学观点

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摘要

Abstract According to the literature, tiny amounts of transition metals in airborne fine particles (PM2.5) may induce proinflammatory cell response through reactive oxygen species production. The solubility of particle-bound metals in physiological fluids, i.e. the metal bioaccessibility is driven by factors such as the solution chemical composition, the contact time with the particles, and the solid-to-liquid phase ratio (S/L). In this work, PM2.5-bound metal bioaccessibility was assessed in various physiological-like solutions including cell culture media in order to evidence the potential impact on normal human bronchial epithelial cells (NHBE) when studying the cytotoxicity and inflammatory responses of PM2.5 towards the target bronchial compartment. Different fluids (H2O, PBS, LHC-9 culture medium, Gamble and human respiratory mucus collected from COPD patients), various S/L conditions (from 1/6000 to 1/100,000) and exposure times (6, 24 and 72h) were tested on urban PM2.5 samples. In addition, metals’ total, soluble and insoluble fractions from PM2.5 in LHC-9 were deposited on NHBE cells (BEAS-2B) to measure their cytotoxicity and inflammatory potential (i.e., G6PDH activity, secretion of IL-6 and IL-8). The bioaccessibility is solution-dependent. A higher salinity or organic content may increase or inhibit the bioaccessibiliy according to the element, as observed in the complex mucus matrix. Decreasing the S/L ratio also affect the bioaccessibility depending on the solution tested while the exposure time appears less critical. The LHC-9 culture medium appears to be a good physiological proxy as it induces metal bioaccessibilities close to the mucus values and is little affected by S/L ratios or exposure time. Only the insoluble fraction can be linked to the PM2.5-induced cytotoxicity. By contrast, both soluble and insoluble fractions can be related to the secretion of cytokines. The metal bioaccessibility in LHC-9 of the total, soluble, and insoluble fractions of the PM2.5 under study did not explain alone, the cytotoxicity nor the inflammatory response observed in BEAS-2B cells. These findings confirm the urgent need to perform further toxicological studies to better evaluate the synergistic effect of both bioaccessible particle-bound metals and organic species. Highlights • Bioaccessibility of atmospheric particle-bond metals in cell culture media. • First bioaccessible test in pulmonary mucus from actual patients. • Soluble and insoluble fractions of PM2.5 are linked to cytotoxicity and inflammation. • Needs for organic and metal bioaccessibility assays to assess soluble toxicology.
机译： 摘要 根据文献，空气中的细颗粒（PM 2.5 ）中可能有少量过渡金属通过产生活性氧来诱导促炎细胞反应。颗粒结合的金属在生理流体中的溶解度，即金属的生物可及性，是由诸如溶液的化学组成，与颗粒的接触时间以及固液比（S / L）等因素驱动的。在这项工作中，对PM 2.5 结合的金属的生物可及性进行了评估，包括细胞培养基在内的各种类似生理的溶液，以证明其对正常人支气管上皮细胞的潜在影响。研究PM 2.5 对靶支气管腔的细胞毒性和炎性反应时的细胞（NHBE）。不同的液体（从COPD患者中收集的H 2 O，PBS，LHC-9培养基，Gamble和人类呼吸道粘液），各种S / L条件（从1开始/ 6000至1 / 100,000）和暴露时间（6、24和72 h）在城市PM 2.5 样本。此外，LHC-9中PM 2.5 中金属的总，可溶和不可溶级分沉积在NHBE细胞（BEAS-2B）上，以测量其细胞毒性和炎症性电位（即G6PDH活性，IL-6和IL-8的分泌）。生物可及性取决于溶液。如在复杂的粘液基质中观察到的，较高的盐度或有机物含量可能会根据元素增加或抑制其生物利用度。降低S / L比也会影响生物可及性，具体取决于所测试的溶液，而暴露时间似乎不太关键。 LHC-9培养基似乎是良好的生理替代物，因为它诱导接近黏液值的金属生物可及性，并且几乎不受S / L比或暴露时间的影响。只有不溶性部分才能与PM 2.5 诱导的细胞毒性相关。相反，可溶部分和不溶部分都可与细胞因子的分泌有关。研究中的PM 2.5 的全部，可溶和不可溶部分在LHC-9中的金属生物可及性不能单独解释，观察到的细胞毒性或炎症反应在BEAS-2B细胞中。这些发现证实了迫切需要进行进一步的毒理学研究，以更好地评估生物可接触的颗粒结合金属和有机物的协同作用。 突出显示 • 细胞培养基中大气颗粒结合金属的生物可及性。 • 来自实际患者的肺粘液中的首次生物可及性测试。 • PM 2.5 的可溶性和不溶性部分与细胞毒性和炎症有关。 • 需要进行有机和金属生物可及性分析以评估可溶性毒理学。

著录项

  • 来源
    《Environmental research》 |2017年第7期|148-157|共10页
  • 作者

    Bérénice Leclercq; Laurent Yves Alleman; Esperanza Perdrix; Véronique Riffault; Mélanie Happillon; Alain Strecker; Jean-Marc Lo-Guidice; Guillaume Garçon; Patrice Coddeville;

  • 作者单位

    IMT Lille Douai, Univ. Lille, SAGE – Département Sciences de l’Atmosphère et Génie de l’Environnement,Univ. Lille, CHU Lille, Institut Pasteur de Lille, EA4483-IMPECS;

    IMT Lille Douai, Univ. Lille, SAGE – Département Sciences de l’Atmosphère et Génie de l’Environnement;

    IMT Lille Douai, Univ. Lille, SAGE – Département Sciences de l’Atmosphère et Génie de l’Environnement;

    IMT Lille Douai, Univ. Lille, SAGE – Département Sciences de l’Atmosphère et Génie de l’Environnement;

    Univ. Lille, CHU Lille, Institut Pasteur de Lille, EA4483-IMPECS;

    CH Wattrelos;

    Univ. Lille, CHU Lille, Institut Pasteur de Lille, EA4483-IMPECS;

    Univ. Lille, CHU Lille, Institut Pasteur de Lille, EA4483-IMPECS;

    IMT Lille Douai, Univ. Lille, SAGE – Département Sciences de l’Atmosphère et Génie de l’Environnement;

  • 收录信息
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

    Bioaccessibility; Trace metals; Mucus; Cytotoxicity; Inflammation;

    机译：生物可及性;痕量金属;粘液;细胞毒性;炎症;

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