Published September 15, 2023 | Version v1
Publication Open

From Mechanisms to Implications: Understanding the Molecular Neurotoxicity of Titanium Dioxide Nanoparticles

  • 1. Albert Einstein College of Medicine
  • 2. Sechenov University
  • 3. Peoples' Friendship University of Russia
  • 4. Yaroslavl State University
  • 5. Universidad Nacional Autónoma de México
  • 6. University of Belgrade
  • 7. Howard University
  • 8. Guangxi Medical University
  • 9. Jiangsu University
  • 10. Universidad Nacional de Córdoba
  • 11. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas

Description

Titanium dioxide nanoparticles (TiO2NPs) are widely produced and used nanoparticles. Yet, TiO2NP exposure may possess toxic effects to different cells and tissues, including the brain. Recent studies significantly expanded the understanding of the molecular mechanisms underlying TiO2NP neurotoxicity implicating a number of both direct and indirect mechanisms. In view of the significant recent progress in research on TiO2NP neurotoxicity, the objective of the present study is to provide a narrative review on the molecular mechanisms involved in its neurotoxicity, with a special focus on the studies published in the last decade. The existing data demosntrate that although TiO2NP may cross blood-brain barrier and accumulate in brain, its neurotoxic effects may be mediated by systemic toxicity. In addition to neuronal damage and impaired neurogenesis, TiO2NP exposure also results in reduced neurite outgrowth and impaired neurotransmitter metabolism, especially dopamine and glutamate. TiO2NP exposure was also shown to promote α-synuclein and β-amyloid aggregation, thus increasing its toxicity. Recent findings also suggest that epigenetic effects and alterations in gut microbiota biodiversity contribute to TiO2NP neurotoxicity. Correspondingly, in vivo studies demosntrated that TiO2NPs induce a wide spectrum of adverse neurobehavioral effects, while epidemiological data are lacking. In addition, TiO2NPs were shown to promote neurotoxic effects of other toxic compounds. Here we show the contribution of a wide spectrum of molecular mechanisms to TiO2NP-induced neurotoxicity; yet, the role of TiO2NP exposure in adverse neurological outcomes in humans has yet to be fully appreciated.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتم إنتاج جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم النانوية (TiO2NPs) واستخدامها على نطاق واسع. ومع ذلك، قد يكون للتعرض لـ TiO2NP تأثيرات سامة على الخلايا والأنسجة المختلفة، بما في ذلك الدماغ. وسعت الدراسات الحديثة بشكل كبير من فهم الآليات الجزيئية الكامنة وراء السمية العصبية TiO2NP التي تنطوي على عدد من الآليات المباشرة وغير المباشرة. في ضوء التقدم الكبير الذي تم إحرازه مؤخرًا في البحث حول السمية العصبية لـ TiO2NP، فإن الهدف من هذه الدراسة هو تقديم مراجعة سردية حول الآليات الجزيئية التي تنطوي عليها السمية العصبية، مع التركيز بشكل خاص على الدراسات المنشورة في العقد الماضي. توضح البيانات الحالية أنه على الرغم من أن TiO2NP قد يعبر حاجز الدم في الدماغ ويتراكم في الدماغ، إلا أن آثاره السمية العصبية قد تتوسطها السمية الجهازية. بالإضافة إلى تلف الخلايا العصبية وضعف تكوين الخلايا العصبية، يؤدي التعرض لـ TiO2NP أيضًا إلى انخفاض نمو الخلايا العصبية وضعف استقلاب الناقل العصبي، وخاصة الدوبامين والغلوتامات. كما تبين أن التعرض لـ TiO2NP يعزز تجمع ألفا سينوكلين وبيتا أميلويد، مما يزيد من سميته. تشير النتائج الحديثة أيضًا إلى أن التأثيرات الجينية والتغيرات في التنوع البيولوجي للميكروبات المعوية تساهم في السمية العصبية لـ TiO2NP. في المقابل، أظهرت الدراسات في الجسم الحي أن TiO2NPs تحفز مجموعة واسعة من الآثار السلوكية العصبية الضارة، في حين أن البيانات الوبائية غير متوفرة. بالإضافة إلى ذلك، ثبت أن TiO2NPs تعزز التأثيرات السمية العصبية للمركبات السامة الأخرى. نعرض هنا مساهمة مجموعة واسعة من الآليات الجزيئية في السمية العصبية الناجمة عن TiO2NP ؛ ومع ذلك، فإن دور التعرض لـ TiO2NP في النتائج العصبية الضارة لدى البشر لم يتم تقديره بالكامل بعد.

Translated Description (French)

Les nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2NP) sont des nanoparticules largement produites et utilisées. Pourtant, l'exposition au TiO2NP peut avoir des effets toxiques sur différentes cellules et tissus, y compris le cerveau. Des études récentes ont considérablement élargi la compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents à la neurotoxicité du TiO2NP impliquant un certain nombre de mécanismes directs et indirects. Compte tenu des progrès récents significatifs de la recherche sur la neurotoxicité du TiO2NP, l'objectif de la présente étude est de fournir une revue narrative sur les mécanismes moléculaires impliqués dans sa neurotoxicité, avec un accent particulier sur les études publiées au cours de la dernière décennie. Les données existantes démontrent que bien que le TiO2NP puisse traverser la barrière hémato-encéphalique et s'accumuler dans le cerveau, ses effets neurotoxiques peuvent être médiés par une toxicité systémique. En plus des dommages neuronaux et de la neurogenèse altérée, l'exposition au TiO2NP entraîne également une réduction de la croissance des neurites et une altération du métabolisme des neurotransmetteurs, en particulier la dopamine et le glutamate. Il a également été démontré que l'exposition au TiO2NP favorise l'agrégation de l'α-synucléine et de la β-amyloïde, augmentant ainsi sa toxicité. Des résultats récents suggèrent également que les effets épigénétiques et les altérations de la biodiversité du microbiote intestinal contribuent à la neurotoxicité du TiO2NP. En conséquence, des études in vivo ont démontré que les TiO2NP induisent un large éventail d'effets neurocomportementaux indésirables, alors que les données épidémiologiques font défaut. De plus, il a été démontré que les TiO2NP favorisent les effets neurotoxiques d'autres composés toxiques. Nous montrons ici la contribution d'un large éventail de mécanismes moléculaires à la neurotoxicité induite par le TiO2NP ; pourtant, le rôle de l'exposition au TiO2NP dans les résultats neurologiques indésirables chez l'homme n'a pas encore été pleinement apprécié.

Translated Description (Spanish)

Las nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2NP) son nanopartículas ampliamente producidas y utilizadas. Sin embargo, la exposición al TiO2NP puede tener efectos tóxicos en diferentes células y tejidos, incluido el cerebro. Estudios recientes ampliaron significativamente la comprensión de los mecanismos moleculares subyacentes a la neurotoxicidad del TiO2NP que implican una serie de mecanismos directos e indirectos. En vista del importante progreso reciente en la investigación sobre la neurotoxicidad del TiO2NP, el objetivo del presente estudio es proporcionar una revisión narrativa sobre los mecanismos moleculares involucrados en su neurotoxicidad, con un enfoque especial en los estudios publicados en la última década. Los datos existentes demuestran que aunque el TiO2NP puede cruzar la barrera hematoencefálica y acumularse en el cerebro, sus efectos neurotóxicos pueden estar mediados por la toxicidad sistémica. Además del daño neuronal y la neurogénesis alterada, la exposición al TiO2NP también produce una reducción del crecimiento de las neuritas y un metabolismo alterado de los neurotransmisores, especialmente la dopamina y el glutamato. También se demostró que la exposición al TiO2NP promueve la agregación de α-sinucleína y β-amiloide, lo que aumenta su toxicidad. Hallazgos recientes también sugieren que los efectos epigenéticos y las alteraciones en la biodiversidad de la microbiota intestinal contribuyen a la neurotoxicidad del TiO2NP. En consecuencia, los estudios in vivo demostraron que los TiO2NP inducen un amplio espectro de efectos neuroconductuales adversos, mientras que faltan datos epidemiológicos. Además, se demostró que los TiO2NP promueven los efectos neurotóxicos de otros compuestos tóxicos. Aquí mostramos la contribución de un amplio espectro de mecanismos moleculares a la neurotoxicidad inducida por TiO2NP; sin embargo, el papel de la exposición a TiO2NP en los resultados neurológicos adversos en humanos aún no se ha apreciado completamente.

Files

pdf.pdf

Files (146 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9fe3cb2b7313dc79bb477bc8fde184a7
146 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
من الآليات إلى الآثار: فهم السمية العصبية الجزيئية لجسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم النانوية
Translated title (French)
Des mécanismes aux implications : comprendre la neurotoxicité moléculaire des nanoparticules de dioxyde de titane
Translated title (Spanish)
De los mecanismos a las implicaciones: comprensión de la neurotoxicidad molecular de las nanopartículas de dióxido de titanio

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4386810345
DOI
10.31083/j.fbl2809204

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1030578067
  • https://openalex.org/W1173379325
  • https://openalex.org/W1261761915
  • https://openalex.org/W1591139950
  • https://openalex.org/W1709116759
  • https://openalex.org/W1895795962
  • https://openalex.org/W1919860420
  • https://openalex.org/W1964738319
  • https://openalex.org/W1966318343
  • https://openalex.org/W1966474328
  • https://openalex.org/W1967740915
  • https://openalex.org/W1975837510
  • https://openalex.org/W1975942932
  • https://openalex.org/W1976836410
  • https://openalex.org/W1985617549
  • https://openalex.org/W1986657467
  • https://openalex.org/W1994529256
  • https://openalex.org/W2001961700
  • https://openalex.org/W2005120531
  • https://openalex.org/W2007022951
  • https://openalex.org/W2009819737
  • https://openalex.org/W2013395601
  • https://openalex.org/W2015355247
  • https://openalex.org/W2026094062
  • https://openalex.org/W2027009370
  • https://openalex.org/W2027406279
  • https://openalex.org/W2029245044
  • https://openalex.org/W2029897116
  • https://openalex.org/W2029973808
  • https://openalex.org/W2041643966
  • https://openalex.org/W2050020535
  • https://openalex.org/W2051414004
  • https://openalex.org/W2060348273
  • https://openalex.org/W2060555694
  • https://openalex.org/W2065274698
  • https://openalex.org/W2065819069
  • https://openalex.org/W2068410083
  • https://openalex.org/W2071578286
  • https://openalex.org/W2073779348
  • https://openalex.org/W2077234019
  • https://openalex.org/W2083102439
  • https://openalex.org/W2084158659
  • https://openalex.org/W2085488562
  • https://openalex.org/W2090107650
  • https://openalex.org/W2093275722
  • https://openalex.org/W2100418505
  • https://openalex.org/W2102872211
  • https://openalex.org/W2141697116
  • https://openalex.org/W2142011448
  • https://openalex.org/W2147021768
  • https://openalex.org/W2157896422
  • https://openalex.org/W2290243752
  • https://openalex.org/W2342667268
  • https://openalex.org/W2345752978
  • https://openalex.org/W2356174666
  • https://openalex.org/W2395339422
  • https://openalex.org/W2479685167
  • https://openalex.org/W2510456932
  • https://openalex.org/W2520187622
  • https://openalex.org/W2565313017
  • https://openalex.org/W2570459373
  • https://openalex.org/W2573937800
  • https://openalex.org/W2592805409
  • https://openalex.org/W2592970879
  • https://openalex.org/W2593274474
  • https://openalex.org/W2616129231
  • https://openalex.org/W2739517077
  • https://openalex.org/W2754706966
  • https://openalex.org/W2756221158
  • https://openalex.org/W2758168566
  • https://openalex.org/W2767482150
  • https://openalex.org/W2789388420
  • https://openalex.org/W2790007664
  • https://openalex.org/W2795047470
  • https://openalex.org/W2803435024
  • https://openalex.org/W2808182754
  • https://openalex.org/W2887348502
  • https://openalex.org/W2888713482
  • https://openalex.org/W2890098134
  • https://openalex.org/W2891593735
  • https://openalex.org/W2913885708
  • https://openalex.org/W2916844012
  • https://openalex.org/W2920883805
  • https://openalex.org/W2936852078
  • https://openalex.org/W2945279354
  • https://openalex.org/W2948821783
  • https://openalex.org/W2951113887
  • https://openalex.org/W2958157427
  • https://openalex.org/W2960333854
  • https://openalex.org/W2965238556
  • https://openalex.org/W2977020115
  • https://openalex.org/W2979383546
  • https://openalex.org/W2982618829
  • https://openalex.org/W2983873328
  • https://openalex.org/W3005231913
  • https://openalex.org/W3007214932
  • https://openalex.org/W3007936924
  • https://openalex.org/W3008765705
  • https://openalex.org/W3012034706
  • https://openalex.org/W3012388803
  • https://openalex.org/W3013193345
  • https://openalex.org/W3024928984
  • https://openalex.org/W3037875919
  • https://openalex.org/W3042981350
  • https://openalex.org/W3082263723
  • https://openalex.org/W3091639901
  • https://openalex.org/W3096439433
  • https://openalex.org/W3117522827
  • https://openalex.org/W3118373349
  • https://openalex.org/W3121158807
  • https://openalex.org/W3125416908
  • https://openalex.org/W3127959360
  • https://openalex.org/W3130436491
  • https://openalex.org/W3130499131
  • https://openalex.org/W3134659804
  • https://openalex.org/W3135028663
  • https://openalex.org/W3137810267
  • https://openalex.org/W3145896944
  • https://openalex.org/W3173912244
  • https://openalex.org/W3181733255
  • https://openalex.org/W3185449949
  • https://openalex.org/W3190782483
  • https://openalex.org/W3191671195
  • https://openalex.org/W3195701104
  • https://openalex.org/W3198317096
  • https://openalex.org/W3198365507
  • https://openalex.org/W3199750494
  • https://openalex.org/W3206998140
  • https://openalex.org/W3207817649
  • https://openalex.org/W413316554
  • https://openalex.org/W4200178466
  • https://openalex.org/W4206326967
  • https://openalex.org/W4214754631
  • https://openalex.org/W4220798830
  • https://openalex.org/W4226354547
  • https://openalex.org/W4251074449
  • https://openalex.org/W4254712419
  • https://openalex.org/W4285590747
  • https://openalex.org/W4288176195
  • https://openalex.org/W4292409679
  • https://openalex.org/W4296035525
  • https://openalex.org/W4298173350
  • https://openalex.org/W4301366083
  • https://openalex.org/W4307114864
  • https://openalex.org/W4307487892
  • https://openalex.org/W4307659143
  • https://openalex.org/W4308212270
  • https://openalex.org/W4309100021
  • https://openalex.org/W4313465801
  • https://openalex.org/W4317214472
  • https://openalex.org/W4319786858
  • https://openalex.org/W4321996812
  • https://openalex.org/W4322504464
  • https://openalex.org/W4377221023
  • https://openalex.org/W4379508438
  • https://openalex.org/W4389261320
  • https://openalex.org/W77538136