The study aims at revealing the fate of nanoparticles administered intravenously and intraperitoneally to adult female mice, some of which were pregnant. Gold nanoparticles were chosen as a model because these particles have been found to be chemically inert and at the same time are easily traced by autometallography (AMG) at both ultrastructural and light microscopic levels.Gold nanoparticles were injected intravenously (IV) or intraperitoneally (IP) and traced after 1, 4 or 24 hours. For IV injections 2 and 40 nm particles were used; for IP injections 40 nm particles only. The injected nanoparticles were found in macrophages only, and at moderate exposure primarily in the Kupffer cells in the liver. IV injections resulted in a rapid accumulation/clustering of nanoparticles in these liver macrophages, while the uptake in spleen macrophages was moderate. IP injections were followed by a delayed uptake in the liver and included a moderate uptake in macrophages located in mesenteric lymph nodes, spleen and small intestine. Ultrastructurally, the AMG silver enhanced nanocrystals were found in lysosome-like organelles of the Kupffer cells and other macrophages wherever located.Accumulations of gold nanoparticles were not found in any other organs analysed, i.e. kidneys, brain, lungs, adrenals, ovaries, placenta, and fetal liver, and the control animals were all void of AMG staining.Our results suggest that: (1) inert gold nanoparticles do not penetrate cell membranes by non-endocytotic mechanisms, but are rather taken up by endocytosis; (2) gold nanoparticles, independent of size, are taken up primarily by Kupffer cells in the liver and secondarily by macrophages in other places; (3) gold nanoparticles do not seem to penetrate the placenta barrier; (4) the blood-brain barrier seems to protect the central nervous system from gold nanoparticles; (5) 2 nanometer gold particles seem to be removed not only by endocytosis by macrophages, and we hypothesize that part of these tiny nanoparticles are released into the urine as a result of simple filtration in the renal glomeruli.

The study investigated the distribution of silver after 28 days repeated oral administration of silver nanoparticles (AgNPs) and silver acetate (AgAc) to rats. Oral administration is a relevant route of exposure because of the use of silver nanoparticles in products related to food and food contact materials.AgNPs were synthesized with a size distribution of 14 ± 4 nm in diameter (90% of the nanoparticle volume) and stabilized in aqueous suspension by the polymer polyvinylpyrrolidone (PVP). The AgNPs remained stable throughout the duration of the 28-day oral toxicity study in rats. The organ distribution pattern of silver following administration of AgNPs and AgAc was similar. However the absolute silver concentrations in tissues were lower following oral exposure to AgNPs. This was in agreement with an indication of a higher fecal excretion following administration of AgNPs. Besides the intestinal system, the largest silver concentrations were detected in the liver and kidneys. Silver was also found in the lungs and brain. Autometallographic (AMG) staining revealed a similar cellular localization of silver in ileum, liver, and kidney tissue in rats exposed to AgNPs or AgAc. Using transmission electron microscopy (TEM), nanosized granules were detected in the ileum of animals exposed to AgNPs or AgAc and were mainly located in the basal lamina of the ileal epithelium and in lysosomes of macrophages within the lamina propria. Using energy dispersive x-ray spectroscopy it was shown that the granules in lysosomes consisted of silver, selenium, and sulfur for both AgNP and AgAc exposed rats. The diameter of the deposited granules was in the same size range as that of the administered AgNPs. No silver granules were detected by TEM in the liver.The results of the present study demonstrate that the organ distribution of silver was similar when AgNPs or AgAc were administered orally to rats. The presence of silver granules containing selenium and sulfur in the intestinal wall of rats exposed to either of the silver forms suggests a common mechanism of their formation. Additional studies however, are needed to gain further insight into the underlying mechanisms of the granule formation, and to clarify whether AgNPs dissolve in the gastrointestinal system and/or become absorbed and translocate as intact nanoparticles to organs and tissues.

Viability, cell cycle effects, genotoxicity, reactive oxygen species production, and mutagenicity of C(60) fullerenes (C(60)) and single-walled carbon nanotubes (SWCNT) were assessed in the FE1-Mutatrade markMouse lung epithelial cell line. None of these particles induced cell death within 24 hr at doses between 0 and 200 microg/ml or during long-term subculture exposure (576 hr) at 100 microg/ml, as determined by two different assays. However, cell proliferation was slower with SWCNT exposure and a larger fraction of the cells were in the G1 phase. Exposure to carbon black resulted in the greatest reactive oxygen species generation followed by SWCNT and C(60) in both cellular and cell-free particle suspensions. C(60) and SWCNT did not increase the level of strand breaks, but significantly increased the level of FPG sensitive sites/oxidized purines (22 and 56%, respectively) determined by the comet assay. The mutant frequency in the cII gene was unaffected by 576 hr of exposure to either 100 microg/ml C(60) or SWCNT when compared with control incubations, whereas we have previously reported that carbon black and diesel exhaust particles induce mutations using an identical exposure scenario. These results indicate that SWCNT and C(60) are less genotoxic in vitro than carbon black and diesel exhaust particles.

Abstract Background The toxic and inflammatory potential of 5 different types of nanoparticles were studied in a sensitive model for pulmonary effects in apolipoprotein E knockout mice (ApoE -/- ). We studied the effects instillation or inhalation Printex 90 of carbon black (CB) and compared CB instillation in ApoE-/- and C57 mice. Three and 24 h after pulmonary exposure, inflammation was assessed by mRNA levels of cytokines in lung tissue, cell composition, genotoxicity, protein and lactate dehydrogenase activity in broncho-alveolar lavage (BAL) fluid. Results Firstly, we found that intratracheal instillation of CB caused far more pulmonary toxicity in ApoE -/- mice than in C57 mice. Secondly, we showed that instillation of CB was more toxic than inhalation of a presumed similar dose with respect to inflammation in the lungs of ApoE -/- mice. Thirdly, we compared effects of instillation in ApoE -/- mice of three carbonaceous particles; CB, fullerenes C 60 (C 60 ) and single walled carbon nanotubes (SWCNT) as well as gold particles and quantum dots (QDs). Characterization of the instillation media revealed that all particles were delivered as agglomerates and aggregates. Significant increases in Il-6, Mip-2 and Mcp-1 mRNA were detected in lung tissue, 3 h and 24 h following instillation of SWCNT, CB and QDs. DNA damage in BAL cells, the fraction of neutrophils in BAL cells and protein in BAL fluid increased statistically significantly. Gold and C 60 particles caused much weaker inflammatory responses. Conclusion Our data suggest that ApoE -/- model is sensitive for evaluating particle induced inflammation. Overall QDs had greatest effects followed by CB and SWCNT with C 60 and gold being least inflammatory and DNA-damaging. However the gold was used at a much lower mass dose than the other particles. The strong effects of QDs were likely due to Cd release. The surface area of the instilled dose correlated well the inflammatory response for low toxicity particles.

To identify new risk variants for cutaneous basal cell carcinoma, we performed a genome-wide association study of 16 million SNPs identified through whole-genome sequencing of 457 Icelanders. We imputed genotypes for 41,675 Illumina SNP chip-typed Icelanders and their relatives. In the discovery phase, the strongest signal came from rs78378222[C] (odds ratio (OR) = 2.36, P = 5.2 × 10(-17)), which has a frequency of 0.0192 in the Icelandic population. We then confirmed this association in non-Icelandic samples (OR = 1.75, P = 0.0060; overall OR = 2.16, P = 2.2 × 10(-20)). rs78378222 is in the 3' untranslated region of TP53 and changes the AATAAA polyadenylation signal to AATACA, resulting in impaired 3'-end processing of TP53 mRNA. Investigation of other tumor types identified associations of this SNP with prostate cancer (OR = 1.44, P = 2.4 × 10(-6)), glioma (OR = 2.35, P = 1.0 × 10(-5)) and colorectal adenoma (OR = 1.39, P = 1.6 × 10(-4)). However, we observed no effect for breast cancer, a common Li-Fraumeni syndrome tumor (OR = 1.06, P = 0.57, 95% confidence interval 0.88-1.27).

Carbon nanotubes (CNT) have numerous industrial applications and may be released to the environment. In the aquatic environment, pristine or functionalized CNT have different dispersion behavior, potentially leading to different risks of exposure along the water column. Data included in this review indicate that CNT do not cross biological barriers readily. When internalized, only a minimal fraction of CNT translocate into organism body compartments. The reported CNT toxicity depends on exposure conditions, model organism, CNT-type, dispersion state and concentration. In the ecotoxicological tests, the aquatic organisms were generally found to be more sensitive than terrestrial organisms. Invertebrates were more sensitive than vertebrates. Single-walled CNT were found to be more toxic than double-/multi-walled CNT. Generally, the effect concentrations documented in literature were above current modeled average environmental concentrations. Measurement data are needed for estimation of environmental no-effect concentrations. Future studies with benchmark materials are needed to generate comparable results. Studies have to include better characterization of the starting materials, of the dispersions and of the biological fate, to obtain better knowledge of the exposure/effect relationships.

Abstract Nanomaterial-induced diseases cannot be reliably predicted because of the lack of clearly identified causal relationships, in particular between acute exposures and chronic symptoms. By applying advanced microscopies and omics to in vitro and in vivo systems, together with in silico molecular modelling, we have here determined that the long-lasting response to a single exposure originates in the counteracting of a newly discovered nanomaterial quarantining and nanomaterial cycling among different lung cell types. This allows us to predict the nanomaterial-induced spectrum of lung inflammation using only in vitro measurements and in silico modelling. Besides its profound implications for cost-efficient animal-free predictive toxicology, our work also paves the way to a better mechanistic understanding of nanomaterial- induced cancer, fibrosis, and other chronic diseases.

Several biopersistent high aspect ratio nanomaterials show pronounced pathogenic effects, from chronic lung inflammation and fibrosis to cancer. For example, asbestos fibers are classified as carcinogens, whereas the carcinogenicity of highly inflammatory multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs), and TiO2 nanomaterials is still being evaluated. The exact early mechanisms of their pathogenicity towards inflammation and cancer remains uncertain, but it is likely not due to genotoxic or mutagenic activity. A proposed early mode of action that might lead to the formation of cancerous cells for asbestos fibers is the formation of binucleated and multinucleated cells, resulting in genetic instability. Here, we show that two high aspect ratio nanomaterials, MWCNTs and TiO2 nanotubes, which both induce chronic lung inflammation, induce very different cancer-related changes in vitro. TiO2 nanotubes, but not low aspect-ratio nanocubes of the same crystalline structure, disrupt microtubule organization and prolong mitosis, as well as deform nuclear shape, induce the formation of binucleated cells, and downregulate the tumour suppressor protein p53, whereas only the MWCNTs activate the stimulator of the interferon genes (STING) pathway, a hallmark of lung cancer. The observed differences in cellular responses to different high aspect ratio materials imply the need for assessing each nanomaterial individually with a broad range of tests rather than relying solely on a single marker or pathway, or even morphological or bulk chemical properties to infer possible carcinogenic properties.