Effects of maternal inhalation of carbon black nanoparticles on reproductive and fertility parameters in a four-generation study of male mice

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dc.contributor.author

Skovmand, Astrid

Jensen, Alexander C Ø

Maurice, Clotilde

Marchetti, Francesco

Lauvås, Anna J.

Koponen, Ismo K.

Jensen, Keld A.

Goericke-Pesch, Sandra

Vogel, Ulla

Hougaard, Karin S.

dc.date.accessioned

2024-04-04T20:39:47Z

dc.date.available

2024-04-04T20:39:47Z

dc.date.issued

2019-03-18

dc.description - en

Health Canada is responsible for the assessment and management of health risks associated with exposure to nanomaterials which consist of very small particles that are less than 100 nanometers in size (a nanometer is one billionth of a meter). Nanomaterials are increasingly being used in many commercial products. Inhalation of nanoparticles has been shown to induce several immunological responses and increase the risk of cardiovascular diseases. Less is known about the effects of exposure to nanoparticles during pregnancy for the health of the developing fetus. Previous studies have shown that in utero exposure to nanoparticles may reduce sperm count in the male offspring. These studies delivered the nanoparticles directly into the lungs of the animals. In this study, Health Canada, together with scientists for the Danish government, investigated the effects on maternal inhalation, the most relevant route of exposure in humans, of carbon black nanoparticles on reproductive and fertility parameters in four generations of male mice. Carbon black is one of the most widely produced nanoparticles and is commonly used as a color pigment in paints and inks for printers. The results of this study showed that maternal inhalation of carbon black nanoparticles at occupationally relevant doses did not affect reproductive fertility parameters in male mice exposed in utero and in three subsequent generations. This information increases our understanding of the relationship between levels of exposure and potential effects of nanoparticles and contribute to the management of the health risk of nanomaterials.

dc.description.abstract - en

Background: Previous findings indicate that in utero exposure to nanoparticles may affect the reproductive system in male offspring. Effects such as decreased sperm counts and testicular structural changes in F1 males have been reported following maternal airway exposure to carbon black during gestation. In addition, a previous study in our laboratory suggested that the effects of in utero exposure of nanoparticles may span further than the first generation, as sperm content per gram of testis was significantly lowered in F2 males. In the present study we assessed male fertility parameters following in utero inhalation exposure to carbon black in four generations of mice. Results: Filter measurements demonstrated that the time-mated females were exposed to a mean total suspended particle mass concentration of 4.79 ± 1.86 or 33.87 ± 14.77 mg/m3 for the low and high exposure, respectively. The control exposure was below the detection limit (LOD 0.08 mg/m3). Exposure did not affect gestation and litter parameters in any generation. No significant changes were observed in body and reproductive organ weights, epididymal sperm parameters, daily sperm production, plasma testosterone or fertility. Conclusion: In utero exposure to carbon black nanoparticles, at occupationally relevant exposure levels, via maternal whole body inhalation did not affect male-specific reproductive, fertility and litter parameters in four generations of mice.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Contexte : Des découvertes antérieures indiquent que l'exposition in utero aux nanoparticules peut affecter le système reproducteur de la progéniture mâle. Des effets tels qu'une diminution du nombre de spermatozoïdes et des modifications structurelles des testicules chez les mâles F1 ont été rapportés suite à une exposition des voies respiratoires maternelles au noir de carbone pendant la gestation. De plus, une étude antérieure menée dans notre laboratoire suggérait que les effets de l'exposition in utero aux nanoparticules pourraient s'étendre au-delà de la première génération, car la teneur en spermatozoïdes par gramme de testicule était significativement réduite chez les mâles F2. Dans la présente étude, nous avons évalué les paramètres de fertilité mâles suite à une exposition in utero par inhalation au noir de carbone chez quatre générations de souris. Résultats : Les mesures par filtre ont démontré que les femelles accouplées dans le temps étaient exposées à une concentration massique totale moyenne de particules en suspension de 4,79 ± 1,86 ou 33,87 ± 14,77 mg/m3 pour l'exposition faible et élevée, respectivement. L'exposition témoin était inférieure à la limite de détection (LDD 0,08 mg/m3). L’exposition n’a eu aucune incidence sur les paramètres de gestation et de portée, quelle que soit la génération. Aucun changement significatif n’a été observé dans le poids corporel et des organes reproducteurs, les paramètres des spermatozoïdes de l’épididyme, la production quotidienne de spermatozoïdes, la testostérone plasmatique ou la fertilité. Conclusion : L'exposition in utero aux nanoparticules de noir de carbone, à des niveaux d'exposition pertinents sur le lieu de travail, par inhalation du corps entier de la mère n'a pas affecté les paramètres de reproduction, de fertilité et de portée spécifiques aux mâles chez quatre générations de souris.

dc.description.fosrctranslation - fr

Santé Canada est responsable de l'évaluation et de la gestion des risques pour la santé associés à l'exposition aux nanomatériaux qui sont constitués de très petites particules mesurant moins de 100 nanomètres (un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre). Les nanomatériaux sont de plus en plus utilisés dans de nombreux produits commerciaux. Il a été démontré que l’inhalation de nanoparticules induisait plusieurs réponses immunologiques et augmentait le risque de maladies cardiovasculaires. On en sait moins sur les effets de l’exposition aux nanoparticules pendant la grossesse sur la santé du fœtus en développement. Des études antérieures ont montré que l'exposition in utero aux nanoparticules pouvait réduire le nombre de spermatozoïdes chez la progéniture mâle. Ces études ont livré les nanoparticules directement dans les poumons des animaux. Dans cette étude, Santé Canada, en collaboration avec des scientifiques du gouvernement danois, a étudié les effets sur l'inhalation maternelle, la voie d'exposition la plus pertinente chez les humains, des nanoparticules de noir de carbone sur les paramètres de reproduction et de fertilité chez quatre générations de souris mâles. Le noir de carbone est l’une des nanoparticules les plus produites et est couramment utilisé comme pigment de couleur dans les peintures et les encres des imprimantes. Les résultats de cette étude ont montré que l'inhalation maternelle de nanoparticules de noir de carbone à des doses professionnellement pertinentes n'affectait pas les paramètres de fertilité reproductrice chez les souris mâles exposées in utero et dans trois générations ultérieures. Ces informations améliorent notre compréhension de la relation entre les niveaux d'exposition et les effets potentiels des nanoparticules et contribuent à la gestion des risques sanitaires liés aux nanomatériaux.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1186/s12989-019-0295-3

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2226

dc.language.iso

en

dc.publisher

BMC

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

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Effects of maternal inhalation of carbon black nanoparticles on reproductive and fertility parameters in a four-generation study of male mice

dc.type - en

Article

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