Biodistribution and Systemic Effects in Mice Following Intravenous Administration of Cadmium Telluride Quantum Dot Nanoparticles

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dc.contributor.author

Nguyen, Kathy C.

Zhang, Yan

Todd, Julie

Kittle, Kevin

Patry, Dominique

Caldwell, Don

Lalande, Michelle

Smith, Scott

Parks, Douglas

Navarro, Martha

Massarsky, Andrey

Moon, Thomas W.

Willmore, William G.

Tayabali, Azam F.

dc.date.accessioned

2024-03-21T15:22:06Z

dc.date.available

2024-03-21T15:22:06Z

dc.date.issued

2019-06-28

dc.description - en

Health Canada is responsible for assessing the health risks of the products of nanotechnology, and this study was conducted to better understand the health effects of nanomaterials (NMs). This study focused on one type of NMs, cadmium telluride quantum dots (CdTe-QDs), which possess unique properties that make them useful materials in electronics and biomedical applications, including medical imaging. NMs consist of particle sizes on the order of a billionth of a meter. This small size gives them novel properties, and as such NMs have been widely used in biotechnology applications and consumer products. Growing production and use of NMs result in increasing numbers of workers and consumers exposed to these materials. Therefore, the need for further information to support the hazard assessment and risk characterization of NMs has become evident. The objectives of this study were to investigate where NM accumulate in the body and their toxic effects in mice. The results showed that the liver is the main target of CdTe-QDs and exposure to CdTe-QDs leads to liver damage and other effects in mice. This study generated relevant toxicological data and methodologies that will be helpful in the risk assessment of NMs conducted at Health Canada. This study was conducted in collaboration with scientists at Carleton University.

dc.description.abstract - en

Quantum dots (QDs) are engineered nanoparticles (NPs) of semiconductor structure that possess unique optical and electronic properties and are widely used in biomedical applications; however, their risks are not entirely understood. This study investigated the tissue distribution and toxic effects of cadmium telluride quantum dots (CdTe-QDs) in male BALB/c mice for up to 1 week after single-dose intravenous injections. CdTe-QDs were detected in the blood, lung, heart, liver, spleen, kidney, testis and brain. Most CdTe-QDs accumulated in the liver, followed by the spleen and kidney. At high doses, exposure to CdTe-QDs resulted in mild dehydration, lethargy, ruffled fur, hunched posture, and body weight loss. Histological analysis of the tissues, upon highest dose exposures, revealed hepatic hemorrhage and necrotic areas in the spleen. The sera of mice treated with high doses of CdTe-QDs showed significant increases in alanine aminotransferase (ALT), aspartate aminotransferase (AST), and total bilirubin levels, as well as a reduction in albumin. CdTe-QD exposure also led to a reduced number of platelets and elevated total white blood cell counts, including monocytes and neutrophils, serum amyloid A, and several pro-inflammatory cytokines. These results demonstrated that the liver is the main target of CdTe-QDs and that exposure to CdTe-QDs leads to hepatic and splenic injury, as well as systemic effects, in mice. By contrast, cadmium chloride (CdCl2), at an equivalent concentration of cadmium, appeared to have a different pharmacokinetic pattern from that of CdTe-QDs, having minimal effects on the aforementioned parameters, suggesting that cadmium alone cannot fully explain the toxicity of CdTe-QDs.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Les points quantiques (QD) sont des nanoparticules artificielles (NP) de structure semi-conductrice qui possèdent des propriétés optiques et électroniques uniques et sont largement utilisées dans les applications biomédicales ; cependant, leurs risques ne sont pas entièrement compris. Cette étude a examiné la distribution tissulaire et les effets toxiques des points quantiques de tellurure de cadmium (CdTe-QD) chez des souris mâles BALB/c jusqu'à 1 semaine après des injections intraveineuses à dose unique. Des CdTe-QD ont été détectés dans le sang, les poumons, le cœur, le foie, la rate, les reins, les testicules et le cerveau. La plupart des CdTe-QD se sont accumulés dans le foie, suivi par la rate et les reins. À des doses élevées, l'exposition aux CdTe-QD a entraîné une légère déshydratation, une léthargie, une fourrure ébouriffée, une posture voûtée et une perte de poids corporel. L'analyse histologique des tissus, lors des expositions aux doses les plus élevées, a révélé une hémorragie hépatique et des zones nécrotiques dans la rate. Les sérums de souris traitées avec des doses élevées de CdTe-QD ont montré des augmentations significatives des taux d'alanine aminotransférase (ALT), d'aspartate aminotransférase (AST) et de bilirubine totale, ainsi qu'une réduction de l'albumine. L’exposition au CdTe-QD a également entraîné une réduction du nombre de plaquettes et une augmentation du nombre total de globules blancs, notamment des monocytes et des neutrophiles, de l’amyloïde A sérique et de plusieurs cytokines pro-inflammatoires. Ces résultats ont démontré que le foie est la cible principale des CdTe-QD et que l'exposition aux CdTe-QD entraîne des lésions hépatiques et spléniques, ainsi que des effets systémiques, chez la souris. En revanche, le chlorure de cadmium (CdCl2), à une concentration équivalente de cadmium, semble avoir un profil pharmacocinétique différent de celui des CdTe-QD, ayant des effets minimes sur les paramètres susmentionnés, ce qui suggère que le cadmium à lui seul ne peut pas expliquer complètement la toxicité du CdTe-QD. QD.

dc.description.fosrctranslation - fr

Santé Canada est responsable de l'évaluation des risques pour la santé des produits issus de la nanotechnologie, et cette étude a été menée pour mieux comprendre les effets des nanomatériaux (NM) sur la santé. Cette étude s'est concentrée sur un type de NM, les points quantiques de tellurure de cadmium (CdTe-QD), qui possèdent des propriétés uniques qui en font des matériaux utiles dans les applications électroniques et biomédicales, y compris l'imagerie médicale. Les NM sont constitués de particules d’une taille de l’ordre d’un milliardième de mètre. Cette petite taille leur confère de nouvelles propriétés et, à ce titre, les NM ont été largement utilisés dans les applications biotechnologiques et les produits de consommation. La production et l’utilisation croissantes des NM entraînent un nombre croissant de travailleurs et de consommateurs exposés à ces matériaux. Par conséquent, la nécessité de disposer d’informations supplémentaires pour étayer l’évaluation des dangers et la caractérisation des risques liés aux NM est devenue évidente. Les objectifs de cette étude étaient d'étudier où les NM s'accumulent dans l'organisme et leurs effets toxiques chez la souris. Les résultats ont montré que le foie est la cible principale des CdTe-QD et que l’exposition aux CdTe-QD entraîne des lésions hépatiques et d’autres effets chez la souris. Cette étude a généré des données toxicologiques et des méthodologies pertinentes qui seront utiles dans l'évaluation des risques liés aux NM menée à Santé Canada. Cette étude a été menée en collaboration avec des scientifiques de l'Université Carleton.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.8b00397

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2174

dc.language.iso

en

dc.publisher

American Chemical Society

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

dc.title - en

Biodistribution and Systemic Effects in Mice Following Intravenous Administration of Cadmium Telluride Quantum Dot Nanoparticles

dc.type - en

Article

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