Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Influence of gastrointestinal digestion on the chosen metallic nanoparticles

Maria Weronika Hayder

Abstract

Nanoparticles are currently widely used in various branches of industry, agriculture, as well as medicine and scientific research. Such a variety of applications implies nanoparticles’ release to the environment during not only their use itself but also production, transport and disposal. As soon as they occur in the soil, nanoparticles may be internalized in plants’ roots and subsequently transformed or transported to the upper organs. Mechanisms of nanoparticles uptake and translocation in plants are not yet entirely known, however, they certainly depend on both nanoparticles’ properties and plant species. After being taken up by plants, nanoparticles may enter the food chain and eventually human digestive tract. Current knowledge on whether nanoparticles are prone to be absorbed by other organs, which might have consequences for human health, is limited. The aim of the investigation was to assess the chosen metals uptake to radish cultured in media rich in CuO NPs and CeO2 nanoparticles and, furtherly, their speciation and bioaccessibility during the in vitro gastrointestinal digestion simulation. The analyses of metals’ and nanoparticles’ amounts have been conducted using inductively coupled plasma mass spectrometry, single particle inductively coupled plasma mass spectrometry and size exclusion chromatography with inductively coupled plasma mass spectrometry. After cultivation in the environment enriched in cerium dioxide nanoparticles cerium, which in normal conditions is present only in undetectably low amounts, has been found in all organs of the radish. Less cerium (4,095 μg∙g-1) has entered the shoots than the roots (1156,277 μg∙g-1), which confirms the mechanism of the metal uptake from the environment to roots and next its transport do the upper parts of the plant. The nanoparticles presence in the environment caused increased uptake of other metals (manganese, zinc, copper and iron) to radish tissues. After the in vitro simulation of gastrointestinal digestion, in which pepsin and pancreatin have been used, the analyses of digestive extracts have been conducted, what allowed assessment of plant deriving cerium. Cerium resulted to be easily accessible-at least 73% of the metal content in plant enters the digestive extracts. Radish deriving cerium speciation analysis showed that nanoparticles size stays approximately equal on each step of the digestion, although minor diameter changes (firstly increase and subsequently decrease) have been observed in cerium dioxide nanoparticles. Different results have been obtained after digestion simulation of the copper oxide nanoparticles. Those nanoparticles dissolved during digestion, only the particles present in roots returned to their shape after the intestinal step of digestion; then their diameter rised from 28 nm to 36 nm. Since cerium dioxide nanoparticles were confirmed to be able to enter the human organism, more investigation is indispensable in order to evaluate whether their further use in industry is safe for human health.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Maria Weronika Hayder (FC) Maria Weronika Hayder,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Wpływ trawienia żołądkowo-jelitowego na wybrane nanocząstki metali
Supervisor
Lena Ruzik (FC/CAC) Lena Ruzik,, Chair Of Analytical Chemistry (FC/CAC)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Chair Of Analytical Chemistry (FC/CAC)
Study subject / specialization
, Biotechnologia
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
31-01-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Lena Ruzik (FC/CAC) Lena Ruzik,, Chair Of Analytical Chemistry (FC/CAC)Faculty of Chemistry (FC) Robert Ziółkowski (FC/CMB) Robert Ziółkowski,, Chair of Medical Biotechnology (FC/CMB)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
nanocząstki, symulacja trawienia żołądkowo-jelitowego, bioprzyswajalność
Keywords in English
nanoparticles, simulation of gastrointestinal digestion, bioaccessibility
Abstract in Polish
Nanocząstki znajdują obecnie szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, a także w rolnictwie, w medycynie i w badaniach naukowych. Zarówno podczas ich wytwarzania, transportu, jak i podczas użycia oraz utylizacji, nanocząstki przedostają się do środowiska naturalnego. Gdy znajdą się w glebie, mogą zostać pobrane do korzeni, a następnie do innych organów roślin, w tym roślin jadalnych. W tkankach roślinnych nanocząstki mogą ulegać biotransformacjom lub akumulacji. Mechanizmy tych zjawisk nie zostały jeszcze dokładnie opisane, jest jednak pewne, że zależą one zarówno od właściwości nanocząstek, jak i od gatunku rośliny. Po wniknięciu do roślin jadalnych, nanocząstki mogą przedostać się do łańcucha pokarmowego, a w konsekwencji do układu pokarmowego człowieka. Do tej pory nie zbadano, czy podczas procesu trawienia nanocząstki są zdolne do wchłonięcia się do innych narządów, co mogłoby mieć poważne skutki zdrowotne. Celem pracy było zbadanie stopnia pobierania wybranych metali przez rzodkiewkę hodowaną w pożywce zawierającej nanocząstki tlenku ceru (IV) i tlenku miedzi (II), a następnie ich specjacji i bioprzyswajalności podczas symulacji in vitro trawienia żołądkowo-jelitowego. Analizę zawartości metali i nanocząstek prowadzono z użyciem spektrometrii mas z jonizacją w plazmie sprzężonej indukcyjnie (ICP-MS), spektrometrii mas pojedynczej cząstki z jonizacją w plazmie sprzężonej indukcyjnie (SP-ICP-MS) oraz chromatografii wykluczania w połączeniu ze spektrometrią mas z jonizacją w plazmie sprzężonej indukcyjnie (SEC-ICP-MS). Po hodowli w środowisku wzbogaconym w nanocząstki tlenku ceru (IV) we wszystkich organach rzodkiewki wykryto cer, który w normalnych warunkach występuje w roślinach jedynie w niewykrywalnej ilości. Do pędów rzodkiewki trafiło mniej ceru (4,095 μg∙g-1), niż do korzeni (1156,277 μg∙g-1), co potwierdza mechanizm pobierania metalu ze środowiska do korzeni, a następnie jego transportu do wyższych części rośliny. Obecność nanocząstek w środowisku hodowlanym spowodowała zwiększone pobieranie innych metali (manganu, cynku, miedzi i żelaza) do tkanek rzodkiewki. Po symulacji in vitro trawienia żołądkowo-jelitowego, do której użyto pepsyny i pankreatyny, przeprowadzono analizy ekstraktów enzymatycznych, które pozwoliły określić bioprzyswajalność ceru pochodzącego z rzodkiewki. Cer okazał się łatwo przyswajalny-co najmniej 73% zawartości metalu w roślinie przedostaje się do ekstraktów trawiennych. Analiza specjacji ceru w rzodkiewce wykazała, że rozmiary nanocząstek pozostają w przybliżeniu równe na kolejnych etapach trawienia, choć drobne zmiany średnicy (początkowo wzrost, a następnie spadek) zauważono u nanocząstek tlenku ceru (IV). Inne wyniki otrzymano po symulacji trawienia nanocząstek tlenku miedzi. Nanocząstki te uległy rozpuszczeniu podczas trawienia, jedynie nanocząstki obecne w korzeniach rzodkiewki powróciły do swojej postaci po etapie trawienia jelitowego, ich średnica zwiększyła się wówczas w stosunku do początkowej z 28 nm do 36 nm. Ponieważ wykazano, ze nanocząstki tlenku ceru (IV) mogą przenikać do organizmu ludzkiego, konieczne są kolejne prace nad określeniem, czy dalsze ich używanie w przemyśle jest bezpieczne dla zdrowia człowieka.
File
  • File: 1
    praca_inż-Hayder_Maria-276149.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 28330

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT2cd23a74bb664c84ba35e1c32e8438c9/
URN
urn:pw-repo:WUT2cd23a74bb664c84ba35e1c32e8438c9

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page