RSS Feed (xml)
Kobalt dan senyawanya: pembaruan aktivitas genotoksik dan karsinogenik
RINGKASAN
Artikel ini merangkum data eksperimental dan epidemiologi terbaru tentang aktivitas genotoksik dan karsinogenik senyawa kobalt. Penekanannya adalah pada sistem pernapasan, tetapi paparan endogen dari paduan yang mengandung Co yang digunakan dalam endoprostesis, dan data terbatas pada bahan nano dan paparan oral juga dipertimbangkan. Dua kelompok senyawa kobalt dibedakan berdasarkan mekanisme toksisitasnya: (1) yang pada dasarnya melibatkan pelarutan ion Co(II), dan (2) bahan logam yang korosi permukaannya dan pelepasan ion Co(II) bertindak dalam konser. Untuk kedua kelompok, mekanisme genotoksik dan karsinogenik yang teridentifikasi bersifat non-stokastik dan dengan demikian diharapkan menunjukkan ambang batas. Oleh karena itu, senyawa kobalt harus dianggap sebagai karsinogen genotoksik dengan ambang praktis. Kumpulan bukti menunjukkan bahwa inhalasi kronis senyawa kobalt dapat menginduksi tumor pernapasan secara lokal. Tidak ada bukti karsinogenisitas sistemik pada inhalasi, paparan oral atau endogen yang tersedia. Data langka yang tersedia untuk bahan berukuran nano berbasis Co tidak memungkinkan untuk mendapatkan mode tindakan atau penilaian khusus untuk spesies ini.
1. PENDAHULUAN
Cobalt adalah bahan kimia industri yang penting, secara teknologi dan ekonomis. Pekerja dari industri yang memproduksi atau menggunakan senyawa kobalt dapat mengembangkan toksisitas pernapasan jika menghirup konsentrasi debu yang berlebihan (Lison, 2015). Pada tahun 2001, kami meninjau aktivitas genotoksik dan karsinogenik senyawa kobalt, berfokus pada paparan pekerjaan dan sistem pernapasan. Mode aksi yang berbeda disorot di antara senyawa kobalt (Lison dkk. 2001). Di sini, kami meninjau data baru yang dipublikasikan sejak evaluasi ini. Makalah peer-review muncul dalam literatur terbuka setelah tahun 2001, memberikan informasi tentang dosis dan spesiasi senyawa kobalt, disertakan. Senyawa kobalt dikelompokkan dalam dua kelas: (1) senyawa yang aktivitas genotoksiknya pada dasarnya dimediasi oleh pelarutan ion Co(II); dan (2) bahan logam yang korosi permukaannya dan pelepasan ion Co(II) bekerja bersama-sama untuk mengerahkan aktivitas genotoksik (Gambar 1). Karena bioavailabilitas merupakan penentu penting dari aktivitas genotoksik dan karsinogenik logam (Beyersmann dan Hartwig, 2018), kapasitas senyawa yang berbeda untuk melepaskan ion Co(II) terlebih dahulu dianalisis. Bioavailabilitas: Perkiraan bioavailabilitas yang berguna dapat diberikan dengan pengukuran in vitro dalam cairan biologis buatan atau alami dari fraksi logam yang tersedia (ion terlarut), yaitu, bioaksesibilitas logam. Pengukuran ini dapat dilakukan dengan serangkaian pengganti cairan jaringan manusia yang meniru oral (saliva, cairan lambung atau usus sintetik), inhalasi (alveolar, interstitial, cairan lisosom), paparan kulit (keringat kulit), atau implantasi internal (lisosom, sitosol) (Brock dan Stopford, 2003; Hillwalker dan Anderson 2014). Selanjutnya, data baru tentang genotoksisitas dan mekanisme lain yang relevan untuk karsinogenisitas dirangkum. Informasi baru tentang aktivitas karsinogenik senyawa kobalt mencakup data inhalasi eksperimental yang diterbitkan oleh Program Toksikologi Nasional (NTP) untuk logam kobalt (NTP 2014); dan data epidemiologis tambahan yang dikumpulkan pada pekerja kobalt dan logam keras. Bahan nano berbasis kobalt, paparan oral terhadap senyawa kobalt, serta paparan endogen terhadap paduan yang digunakan dalam prostesis juga dipertimbangkan.
Gambar 1. Senyawa kobalt dapat dikelompokkan menurut mekanisme aktivitas genotoksiknya.
Pelarutan garam dan oksida ekstraseluler dan/atau intraseluler melepaskan ion Co(II) yang dapat menghambat enzim dan protein yang terlibat dalam pemeliharaan dan perbaikan DNA dan menghasilkan spesies oksigen reaktif (ROS) melalui reaksi mirip Fenton dengan adanya hidrogen peroksida . Untuk bahan logam, korosi permukaan adalah sumber ion Co(II) ekstraseluler, ditambah dengan reduksi oksigen untuk menghasilkan ROS yang berkontribusi terhadap genotoksisitas, terlepas dari reaksi mirip Fenton.
Gambar 2. Penyerapan seluler senyawa kobalt.
Ion Co(II) yang dilepaskan secara ekstraseluler dapat mengendap dengan fosfat/karbonat atau berikatan dengan N-terminal albumin. Ion Co(II) bebas tersedia untuk serapan seluler baik melalui filtrasi atau serapan yang dimediasi transporter. Senyawa partikulat diambil melalui endositosis, dan dilarutkan dalam fagolisosom dan melepaskan ion Co(II). Kontribusi masing-masing jalur bervariasi dengan spesies yang dipertimbangkan (diadaptasi dari Beyersmann dan Hartwig (2008)).
2. Garam dan oksida anorganik dan organik
Paparan manusia terhadap garam dan oksida kobalt dapat terjadi di lingkungan industri di mana bahan ini diproduksi atau digunakan dalam berbagai aplikasi. Paparan pekerjaan pada dasarnya adalah dengan menghirup debu. Paparan oral dari populasi umum dimungkinkan melalui kontaminasi makanan (Lison 2015).
2.1. Bioaksesibilitas ion Co(II).
Data bioaksesibilitas tersedia untuk berbagai senyawa kobalt yang larut dan kurang larut (Tabel 1). Garam kobalt anorganik, seperti Co(II) sulfat atau klorida, sangat mudah diakses secara hayati. Semua kobalt karboksilat dan garam yang diuji sangat/sepenuhnya larut dalam cairan lambung dan setara lisosom intraseluler. Kelarutan oktoat kobalt sangat mirip dengan kobalt sulfat dalam cairan ekivalen interstitial dan alveolar serta dalam serum, tetapi bioaksesibilitas lebih rendah untuk neodecanoate dan naphthenate dalam kondisi yang sama. Kobalt karbonat lebih stabil daripada kobalt klorida atau kobalt sulfat dalam cairan pengganti pH netral, tetapi hampir sepenuhnya larut dalam cairan ekuivalen lisosom intraseluler. Spinel kobalt menunjukkan pembubaran minimal. Serbuk Co(II) oksida sangat larut pada pH rendah cairan lambung. Co(II) oksida juga hampir sepenuhnya larut dalam cairan ekuivalen lisosom intraseluler. Campuran Co(II,III) oksida dan kobalt spinel jarang larut dalam semua ekuivalen cairan dan dalam serum.
Tabel 1. Bioaksesibilitas (% kobalt terlarut yang diekstraksi) dari garam dan oksida kobalt (lihat referensi untuk karakteristik senyawa dan kondisi pengujian).
Tabel 2. Bioaksesibilitas (% kobalt tersedia yang diekstrak) dari partikel logam kobalt (lihat referensi untuk karakteristik bahan uji dan kondisi pengujian).
Mekanisme penyerapan lain untuk ion Co(II), yang melibatkan jalur bersama dengan kalsium, baru-baru ini dijelaskan dalam sel darah merah manusia (Simonsen dkk. 2011). Relevansi jalur penyerapan ini untuk jenis sel lain dan pentingnya aktivitas toksik senyawa kobalt, bagaimanapun, belum didokumentasikan (Gambar 2).
Bioaksesibilitas hanya mencerminkan sebagian dosis logam yang efektif secara biologis. Khususnya untuk kobalt, ion Co(II) terlarut mengendap dengan fosfat atau karbonat, kompleks dengan ligan biologis yang berbeda, atau berikatan dengan protein seperti albumin. Akibatnya, hanya sebagian kecil (sekitar 10%) ion Co(II) terlarut yang diperkirakan efektif secara biologis (Bresson dkk.(2013); Paustenbach dkk.(2013)). Apakah endapan Co diambil oleh sel melalui jalur endositosis belum dieksplorasi. Karena proses ini kompleks dan sulit untuk dianalisis secara eksperimental, pendekatan integratif untuk mengevaluasi dosis efektif ion Co(II) secara biologis mungkin, dengan demikian, mengukur respons seluler spesifik terhadap ion Co(II) intraseluler. Faktor alfa yang diinduksi hipoksia (HIF-1α) mungkin mewakili sensor seluler spesifik untuk tujuan ini.
HIF adalah faktor transkripsi heterodimerik yang terdiri dari dua subunit: subunit α yang diekspresikan di mana-mana (diatur oksigen) dan subunit β yang diekspresikan secara konstitutif. Subunit HIF-α memiliki tiga isoform di antaranya HIF-1α adalah yang paling baik dipelajari. Dalam kondisi normoksik, HIF-1α dengan cepat terdegradasi dalam sel melalui jalur ubiquitin-proteasome; degradasinya sebagian besar dikendalikan melalui hidroksilasi dua residu prolyl oleh prolyl hidroksilase.
Dalam kondisi hipoksia, HIF-1α distabilkan, dimerisasi dengan HIF-β, dan berikatan dengan elemen gen target yang responsif terhadap hipoksia untuk mengaktifkan transkripsinya. Kode gen tersebut untuk protein dan enzim yang terlibat dalam erythropoiesis, glikolisis, angiogenesis, proliferasi sel, autophagy, dan apoptosis. Menariknya, HIF-1α diregulasi pada banyak kanker manusia, termasuk pheochromocytomas (Jochmanova dkk.2013).
Ion Co(II) diketahui memblokir tempat pengikatan besi dioksigenase, termasuk prolin hidroksilase. Aktivitas ini meniru hipoksia dengan memblokir tempat pengikatan besi dari prolin hidroksilase, sehingga menstabilkan HIF-1α (Epstein dkk.2011). Ada juga bukti bahwa ion Co(II) langsung berikatan dengan HIF-1α dan mencegah degradasinya (Yuan dkk.2003). Sebagai konsekuensinya, ion Co(II) menginduksi upregulasi terkoordinasi dari rangkaian luas respons seluler adaptif terhadap hipoksia, termasuk vaskular, pergeseran metabolik, dan efek inflamasi yang relevan untuk potensi karsinogenik (diulas dalam Simonsen dkk. (2012)).
Saini dkk.(2010) menunjukkan, dalam spesifik paru-paru, model tikus defisien HIF-1α yang dapat diinduksi, bahwa setelah 10 pemberian harian kobalt klorida (30 atau 60 μg/tikus dengan aspirasi orofaringeal), defisiensi HIF-1α ada kaitannya dengan peningkatan seluler secara keseluruhan. Satu perubahan signifikan dari profil inflamasi yang bergeser dari neutrofilik ke eosinofilik (bias ke arah reaksi yang dimediasi Th2) juga dicatat, menunjukkan bahwa HIF-1α memiliki peran penting dalam mengatur respons epitel paru terhadap peradangan yang diinduksi oleh kobalt. Karena HIF-2α tampaknya merupakan isoform yang diinduksi hipoksia dominan di paru-paru manusia, baik dalam sel epitel dan secara luas di seluruh parenkim, dihipotesiskan bahwa hilangnya HIF-2α dalam epitel paru-paru juga terlibat dalam inflamasi paru yang diinduksi oleh kobalt.
Proper dkk.(2014) menunjukkan, dengan protokol yang sama seperti Saini dkk.(2015), bahwa defisiensi HIF-2α selektif pada sel epitel club dan alveolar tipe II juga menyebabkan peningkatan inflamasi eosinofilik (bias Th2) dan peningkatan metaplasia sel goblet setelah pengobatan kobalt klorida. Sementara tikus kontrol menunjukkan lesi yang kurang parah setelah 10 dari setelah 5 dosis harian, pemulihan yang nyata ini tidak diamati pada tikus yang kekurangan HIF-2α, menunjukkan peran epitel HIF-2α dalam mekanisme perbaikan. Hasil ini menggarisbawahi peran penting yang dimainkan oleh pensinyalan HIF-1α dan HIF-2α epitel untuk memodulasi respon inflamasi dan perbaikan di paru-paru. Oleh karena itu, gen dan jalur HIF-1α dan hilir dapat berfungsi sebagai biomarker respons seluler terhadap ion Co(II), tetapi fungsi biologisnya juga relevan untuk mengevaluasi aktivitas karsinogenik ion Co(II) (Gambar 3).
2.2. Genotoksisitas dan mekanisme lainnya
2.2.1. Genotoksisitas in vitro
Aktivitas genotoksik ion Co(II) umumnya terkait dengan kapasitasnya untuk menghasilkan spesies oksigen reaktif (ROS) melalui reaksi mirip Fenton (Lison dkk. 2001). Relevansi toksikologi dari mekanisme ini, bagaimanapun, tidak jelas karena memerlukan konsentrasi tinggi ion Co(II) (kisaran millimolar), dengan adanya chelators (anserine, GSH) dan hidrogen peroksida (Paustenbach dkk. 20013).
Mekanisme kedua yang menjelaskan aktivitas genotoksik ion Co(II) adalah kemampuannya untuk berinteraksi dengan protein seluler atau enzim, terutama motif jari seng yang memediasi interaksi banyak protein dengan asam nukleat dan/atau protein lain, termasuk yang terlibat dalam DNA. memperbaiki. Ion Zn(II), terikat pada gugus sistein tiol dan/atau histidin imidazol, sangat penting untuk fungsi protein ini. Jari seng dalam protein perbaikan DNA dapat diubah dengan substitusi Zn(II) dengan kation logam lain, termasuk Co(II). Mekanisme molekuler ini berperan dalam penghambatan jalur nucleotide excision repair (NER) pada sel mamalia (Lison dkk. 2001). Sebuah mekanisme baru, berdasarkan aktivitas topoisomerase II manusia yang berubah, telah dilaporkan berkontribusi terhadap aktivitas genotoksik ion Co(II).
Topoisomerase bertanggung jawab untuk pemeliharaan struktur topologi DNA, yaitu dengan mengoreksi overwinding atau underwinding dari heliks ganda. Fungsi ini, khususnya, penting selama replikasi dan transkripsi DNA serta untuk struktur dan pemisahan kromosom. Topoisomerase mengikat DNA beruntai ganda, memotong salah satu atau kedua untai DNA, memungkinkan DNA untuk tidak terurai atau tidak terurai. Akhirnya, heliks DNA disegel kembali melalui fungsi ligasi enzim ini. Aktivitas topoisomerase bergantung pada ion Mg(II) yang terkoordinasi erat dalam strukturnya. Topoisomerase II secara kovalen berikatan dengan DNA dan membentuk kompleks pembelahan yang, dalam jumlah rendah, dapat ditoleransi dengan baik oleh sel eukariotik.
Pada manusia, topoisomerase IIα adalah isoform tipe II primer. Mirip dengan obat anti kanker seperti etoposide, mitoxantrone, atau doxorubicin, dan ion Co(II) (1–10 mM) meningkatkan tingkat pembelahan DNA yang dimediasi oleh topoisomerase IIα manusia yang dimurnikan dalam sistem aselular. Efek ini dikaitkan dengan laju religasi topoisomerase IIα yang lebih lambat dengan adanya ion Co(II). Efek serupa direproduksi dalam sel adenokarsinoma payudara manusia (MCF-7) yang diobati dengan ion Co(II) (200 µM selama 24 jam) (Baldwin dkk. 2004). Mekanisme baru ini selanjutnya berkontribusi untuk menjelaskan aktivitas klastogenik ion Co(II).
Sejak tinjauan awal kami, beberapa penelitian telah mengkonfirmasi aktivitas genotoksik ion Co(II), sering dikaitkan dengan tingkat sitotoksisitas sedang atau rendah. Efek aneogenik yang diinduksi kobalt klorida (keuntungan atau kehilangan kromosom) pada fibroblas manusia secara in vitro pada dosis antara 0,005 dan 0,100 µM (Figitt dkk. 2004).
Serangkaian studi yang sesuai dengan OECD telah dilakukan dengan berbagai senyawa kobalt di beberapa laboratorium (Kirkland dkk. 2015). Tidak ada respons signifikan secara biologis yang dicatat dalam tes mutasi gen pada sel bakteri atau mamalia in vitro dengan senyawa terlarut.
Senyawa larut (kobalt klorida, kobalt sulfat heptahidrat) mampu menginduksi kerusakan untai DNA secara in vitro, mungkin melalui produksi ROS. Tes untuk kerusakan oksidatif menunjukkan bukti peningkatan tergantung dosis pada fluoresensi DCF pada sel A549 yang diobati dengan kobalt sulfat heptahidrat (dan oktoat kobalt). Selain itu, pemutusan untai DNA secara signifikan diperparah dalam uji komet ketika diobati dengan hOGG1.
Kesimpulan utama dari penelitian ini konsisten dengan aktivitas genotoksik senyawa kobalt dengan bioaksesibilitas ion Co(II) yang tinggi. Para peneliti menyimpulkan bahwa senyawa kobalt terlarut dapat menginduksi pembentukan ROS, menghambat perbaikan DNA, dan meningkatkan pembelahan DNA oleh topoisomerase (Kirkland dkk. 2015).
Karena paru-paru adalah target utama toksisitas kobalt, beberapa penulis telah secara khusus mempelajari aktivitas genotoksik senyawa kobalt yang dapat diakses secara hayati dan yang kurang dapat diakses dalam sel paru-paru manusia secara in vitro. Patel dkk. (2012) menyelidiki efek kobalt klorida (sendiri dan dalam hubungannya dengan nikel klorida) pada kelangsungan hidup sel, mekanisme apoptosis, dan pembentukan ROS dalam sel epitel paru-paru manusia H460.
Uji kelangsungan hidup klonogenik (0, 50, 100, 200, dan 300 µM kobalt klorida; 24 jam) menghasilkan pengurangan kelangsungan hidup yang bergantung pada dosis, dan uji kalsein menghasilkan penurunan viabilitas yang bergantung waktu dari 200 µM. Tanda-tanda apoptosis (pembelahan poli(ADP-ribosa) polimerase (PARP) tidak diamati hingga 300 µM. Paparan kobalt klorida menyebabkan aktivasi algojo caspases 3 dan 7 pada 200 µM. Efek genotoksik juga dilaporkan setelah paparan kobalt klorida: peningkatan produksi ROS (kontrol 2,5 kali lipat) diamati, serta pemutusan untai ganda dengan peningkatan ekspresi γ-H2AX yang tergantung dosis (diucapkan fosforilasi yg diamati pada 300 µM ).
Kerusakan untai ganda berkurang secara signifikan setelah pretreatment dengan N-acetylcysteine (NAC), menunjukkan bahwa ROS terlibat dalam pembentukan lesi genotoksik ini. Para penulis menyimpulkan bahwa induksi apoptosis oleh kobalt klorida disebabkan oleh produksi ROS, yang mengarah pada pembentukan pemutusan untai ganda DNA. Paparan bersama nikel klorida secara signifikan lebih toksik daripada paparan tunggal (Patel dkk. 2012).
Xie dkk. (2015) menggunakan sel epitel bronkial manusia primer (NHBE; diisolasi dari saluran napas donor normal) yang terpapar kobalt klorida heksahidrat (100, 175, dan 250 µM; 24 jam) dan Co(II) oksida (ukuran partikel tidak ditentukan, 0,1, 0,5, 1, dan 5 µg/cm2; 24h) masing-masing dipilih sebagai spesies yang larut dan tidak larut (partikulat). Paparan terhadap kedua senyawa menghasilkan peningkatan sitotoksisitas dan genotoksisitas yang bergantung pada konsentrasi (terutama lesi kromatid). Berdasarkan konsentrasi kobalt intraseluler, kedua senyawa diinduksi sitotoksisitas yang serupa, sedangkan kobalt klorida sedikit lebih genotoksik daripada Co(II) oksida.
Dengan desain eksperimen yang sangat mirip, berdasarkan konsentrasi kobalt intraseluler, sitotoksisitas yang lebih tinggi untuk kobalt klorida heksahidrat tetapi aktivitas genotoksik serupa (kerusakan kromosom) tercatat untuk kedua senyawa dalam fibroblas paru WTHBF-6 dan sel urothelial hTU1-38 (Smith dkk. 2014; Speer dkk. 2017). Hasil ini konsisten dengan hasil Patel dkk. (2012), secara kolektif mendukung mengajukan hipotesis bahwa sitotoksisitas dan genotoksisitas garam kobalt dan oksida Co(II) terutama dimediasi oleh ion Co(II) melalui mekanisme serupa.
Akan tetapi, terdapat perbedaan kualitatif di antara senyawa-senyawa: untuk senyawa yang larut, ion Co(II) memasuki sel melalui filtrasi atau menggunakan transporter seluler (seperti saluran kalsium atau transporter ion logam divalen), sedangkan Co(II) oksida yang kurang larut memerlukan kontak partikel-sel dan pengambilan melalui endositosis di mana mereka melepaskan ion Co(II) dalam kondisi asam (Smith dkk. 2014).
Gambarannya kurang jelas untuk campuran partikel oksida Co(II,III) yang mungkin mengerahkan aktivitas genotoksik spesifik terlepas dari ion Co(II). Uboldi dkk. (2015) membandingkan aktivitas genotoksik campuran partikel oksida Co(II,III) dan kobalt klorida dalam sel BEAS-2B. Senyawa uji sama persis dengan penelitian Ortega dkk. 2014) yang dibahas di atas dan aktivitas sitotoksik kobalt klorida yang lebih tinggi dibandingkan dengan Co(II,III) oksida dikonfirmasi. Pada dosis ekstraselular Co-ekuivalen non-sitotoksik (1,25–10 µg/ml), kedua senyawa tersebut secara mengejutkan memberikan aktivitas genotoksik yang hampir serupa: 10 dan 6% DNA ekor setelah 2 jam; 3 dan 2 fokus γ-HAX per sel setelah paparan 24 jam; dan 38 versus 47 mikronukleasi per 1000 sel terinukleasi setelah 24 jam terpapar masing-masing 10 µg Co/ml Co(II,III) oksida dan kobalt klorida. Beberapa bukti diberikan bahwa kerusakan DNA dan pemutusan untai ganda yang diinduksi oleh kedua senyawa dimediasi oleh ROS (masing-masing pengobatan Fpg dan hOGG1 dan perlindungan oleh NAC).
Karena, dalam sel BEAS-2B, kandungan ion Co(II) intraseluler setidaknya 10 kali lebih rendah setelah terpapar Co(II,III) oksida daripada setelah kobalt klorida (Ortega dkk. 2014), para peneliti ini menyimpulkan bahwa Co(II ,III) kerusakan genotoksik yang diinduksi oksida melalui mekanisme yang tidak bergantung pada ion Co(II). Namun, interpretasi ini tidak sepenuhnya didukung oleh data karena kadar ion Co(II) intraseluler tidak ditentukan setelah paparan 2 atau 24 jam pada dosis ekstraseluler yang digunakan dalam penelitian ini.
Kerusakan DNA (uji komet) juga diamati pada sel HepG2 yang terpapar selama 24 atau 48 jam terhadap partikel nano oksida Co(II,III) (berukuran 28 nm, 3,5–10,5 µg Co/ml), yang tidak dapat direproduksi oleh Co terlarut. ion (II) pada dosis yang setara dengan fraksi yang dilepaskan dari nanopartikel Co(II,III) oksida setelah diinkubasi dalam media kultur (Alarifi dkk. 2013). Namun, penelitian ini tidak menilai apakah partikel oksida Co(II,III) diambil oleh sel HepG2 dan melepaskan ion Co(II) secara intraseluler.
Co(II,III) nanopartikel oksida (berukuran sekitar 22 nm) menginduksi kerusakan DNA langsung dan oksidatif (uji komet w/o dan dengan Fpg) dalam sel A549 dan BEAS-2B setelah inkubasi 2 dan 24 jam dengan dosis mulai dari 1 hingga 40 µg/ml (0,7 hingga 28 µg Co/ml) (Cavallo dkk. 2015). Bioaksesibilitas nanopartikel ini tidak didokumentasikan dan perbandingan dengan senyawa kobalt terlarut tidak tersedia. Perbedaan nyata dalam aktivitas genotoksik dari oksida Co(II) dan Co(II,III), yang keduanya melepaskan ion Co(II) secara intraseluler melalui mekanisme kuda Troya, memerlukan penelitian lebih lanjut.
Ada beberapa kemungkinan untuk menjelaskan genotoksisitas spesifik partikel oksida Co(II,III) in vitro, termasuk mekanisme seperti stres oksidatif yang melibatkan mediator lain selain ion Co(II) terlarut, atau distribusi seluler spesifik atau ketersediaan ion Co(II) setelah terpapar dengan campuran(II,III) oksida.
Ion Co(II) juga dapat mempengaruhi homeostasis epigenetik. Dalam sel A459 dan BEAS-2B, ion Co(II) (12 µg Co/ml sebagai kobalt klorida, 24 h) meningkatkan H3K4me3, H3K9me2, H3K9me3, H3K27me3, H3K36me3, uH2A, dan uH2B, tetapi menurunkan asetilasi pada histon H4 (AcH4 ). Mekanisme yang berbeda tampaknya terlibat, termasuk penghambatan demethylase JMJD2A (H3K9me3, H3K36me3), mungkin melalui kompetisi dengan besi untuk mengikat situs aktif enzim, dan penghambatan aktivitas enzim deubiquitinating (uH2A, uH2B) (Li dkk. 2009). Ion Co(II) juga dapat mempengaruhi aktivitas beberapa dioksigenase yang terlibat dalam proses metilasi histon (misalnya demethylases, protein TET) tetapi hal ini belum dipelajari. Bagaimana perubahan ini dapat menyebabkan perubahan program ekspresi gen dan karsinogenesis masih harus dijelaskan.
Mekanisme non-genotoksik lainnya mungkin juga berkontribusi pada aktivitas karsinogenik ion Co(II). Gen penekan tumor p53 manusia mengkodekan faktor transkripsi multifungsi yang memediasi respons seluler terhadap berbagai rangsangan, termasuk kerusakan DNA dan hipoksia. Konsentrasi kobalt klorida yang meniru hipoksia (1–100 µM, 16 h) atau HIF-1α saja telah terbukti menekan transkripsi p53 manusia. Situs yang bertanggung jawab untuk represi adalah elemen E-box di promotor p53 (Lee dkk. 2001). Mengingat peran penting p53 dalam karsinogenesis, efek ini mungkin berkontribusi pada efek karsinogenik ion Co(II).
Ion Co(II) juga dapat memengaruhi jalur karsinogenik penting lainnya, termasuk apoptosis. Cobalt chloride (150 μM) mengurangi kematian apoptosis sel HepG2 yang diinduksi oleh t-BHP dan kekurangan serum, yang diukur dengan fragmentasi DNA. Aktivitas hipoksia-mimetik ion Co(II) memediasi efek ini (Piret dkk. 2002). Dalam sel epitel paru-paru manusia H460, fibroblas paru-paru manusia normal, dan sel-sel epitel bronkial manusia primer, ion Co(II) (100–500 µM) terakumulasi lebih banyak daripada ion Ni(II), tetapi p53 yang diaktifkan lebih lambat dan lebih lemah seperti diukur oleh akumulasinya, fosforilasi Ser15, dan ekspresi gen target.
Akibatnya, aktivasi caspase dan kematian sel tertunda pada sel yang diperlakukan dengan ion Co(II) dibandingkan dengan ion Ni(II). Ion Co(II) tidak efektif dalam menurunkan regulasi p53 inhibitor MDM4 (HDMX) (Green dkk. 2013). Respons apoptosis yang rendah terhadap ion Co(II) ini dapat menyebabkan kelangsungan hidup sel yang dimuati kobalt yang tinggi, memungkinkan akumulasi kelainan genetik dan epigenetik yang berkontribusi pada karsinogenesis.
Pada fibroblas embrionik tikus yang terpapar logam kobalt campuran (85–90%): nanopartikel kobalt (II,III) oksida (10–15%) (ukuran rata-rata 20 nm; 0,625–10 µg/ml), hambatan pertumbuhan dan kerusakan DNA -inducible 45α protein (Gadd45α), pemain kunci dalam respons seluler terhadap berbagai agen perusak DNA, diregulasi di bawah kendali HIF-1α (Feng dkk. 2015).
2.2.2. Genotoksisitas in vivo
Genotoksisitas lokal: Tidak ada publikasi yang mengeksplorasi aktivitas genotoksik lokal ion Co(II) in vivo, misalnya di saluran pernapasan setelah paparan inhalasi.
Genotoksisitas sistemik: Studi eksperimental terbatas dan awal pada hamster, tikus, atau mencit telah menunjukkan bahwa paparan akut terhadap dosis mematikan ion Co(II) (kobalt klorida) yang diberikan secara oral atau intraperitoneal dapat menginduksi penyimpangan kromosom pada sumsum tulang dan/atau sel benih. (Farah 1993; Palit dkk. 1991), eritrosit polikrom mikronukleat pada sumsum tulang (Suzuki dkk. 1993), dan kerusakan DNA oksidatif pada jaringan ginjal, hati, dan paru (Kasprzak dkk. 1994). Kajian-kajian ini telah diulas secara kritis dalam Lison dkk.(2001) dan baru-baru ini dalam Paustenbach dkk. (2013).
Dalam penelitian in vivo terbaru yang menerapkan protokol sesuai OECD dengan berbagai senyawa kobalt, tidak ada respons genotoksik signifikan yang tercatat (Kirkland dkk. 2015). Tidak ada peningkatan signifikan dalam mikronuklei sumsum tulang yang diamati setelah pemberian oral dua garam organik, Co(II) asetilasetonat (125, 250, dan 500 mg/kg/hari secara oral dua kali; 23% Co) dan Co(II) resinat (187,5, 375, 750, dan 1500 mg/kg/hari secara oral dua kali; 9% Co), pada tikus. Tidak ada peningkatan penyimpangan kromosom sumsum tulang (CA) yang diamati setelah pemberian oral selama 5 hari berturut-turut kobalt sulfat (100, 300, dan 1000 mg/kg/h; 21% Co), Co(II) oksida (200, 600, dan 2000 mg/kg/h; 78,2% Co), atau campuran Co(II,III) oksida (200, 600, dan 2000 mg/kg/h; 73,3% Co) pada tikus. Tidak ada peningkatan signifikan dalam CA atau sel poliploid yang tercatat pada spermatogonia tikus yang diobati dengan kobalt klorida heksahidrat secara oral dengan gavage harian selama 28 hari (3, 10, dan 30 mg/kg/h; 24,74% Co).
Dalam pengujian ini, senyawa diberikan hingga dosis maksimum yang dapat ditoleransi dan bukti tersedia bahwa senyawa tersebut mencapai jaringan target, tidak termasuk kemungkinan temuan negatif palsu. Para peneliti ini menyimpulkan bahwa, sementara ambang aktivitas genotoksik ion Co(II) dapat dilampaui pada konsentrasi in vitro yang tinggi, hal itu mungkin tidak tercapai bahkan pada in vivo dosis tinggi (Kirkland dkk. 2015).
Paparan kronis ikan zebra jantan dewasa (13 hari hingga konsentrasi sub-mematikan 25 mg Co/L yang ditambahkan sebagai kobalt klorida atau sulfat) mengakibatkan pemutusan untai DNA dalam sel sperma serta induksi gen perbaikan DNA (rad51, xrcc5, dan xrcc6) di testis. Kerusakan DNA bersifat reversible setelah 6 hari dalam air bersih (Reinardy dkk. 2013).
2.3. Aktivitas karsinogenik
2.3.1. Karsinogenisitas lokal
Penelitian sebelumnya telah menunjukkan kapasitas ion Co(II) untuk menginduksi tumor, terutama pada jaringan yang terpajan secara lokal dengan konsentrasi tinggi, tetapi tidak pada jarak dari pintu masuk (Lison dkk. 2001). Dalam studi inhalasi NTP yang dilakukan dengan kobalt sulfat heptahidrat, tumor saluran pernapasan diamati pada tikus dan mencit (masing-masing tumor paru-paru NOEL 0,06 dan 0,200 mg Co/m³). Tidak ada penelitian lain yang mengeksplorasi aktivitas karsinogenik lokal ion Co(II) ditemukan.
Gambar 4. Insiden tumor dalam studi NTP 2 tahun dengan logam kobalt (gabungan pria dan wanita).
2.3.2. Karsinogenisitas sistemik
Peningkatan kejadian pheochromocytomas yang tercatat selama studi NTP pada tikus jelas merupakan fenomena sekunder yang terkait dengan toksisitas pernapasan dan/atau efek seperti hipoksia dari ion Co(II) (Ozaki dkk. 2002; Greim dkk. 2009). Hemangiosarcomas yang tercatat pada mencit jantan dikaitkan dengan infeksi H. pylori pada hewan tersebut (Bucher dkk. 1999). Neoangiogenesis kronis yang dihasilkan dari stabilisasi HIF-1 oleh ion Co(II) juga muncul sebagai mekanisme yang masuk akal untuk menjelaskan kelebihan hemangiosarcomas.
Studi karsinogenisitas awal dengan ion Co(II) menggunakan paparan makanan atau injeksi intraperitoneal baru-baru ini ditinjau (Christian dkk. 2014). Para penulis menyimpulkan bahwa tidak satu pun dari penelitian ini yang melaporkan peningkatan kejadian tumor sistemik primer yang signifikan secara statistik pada salah satu dosis yang diuji, dengan satu pengecualian melaporkan fibrosarcomas sistemik pada tikus Wistar (9,6 mg Co/kg/hari diberikan sebagai 10 suntikan kobalt klorida selama 19 hari) tetapi tanpa melaporkan tingkat tumor pada kelompok kontrol.
2.3.3. Epidemiologi
Studi kejadian yang dilakukan di antara pekerja dari industri kobalt Finlandia, yang terpapar logam kobalt, sulfat, karbonat, oksida, dan/atau hidroksida, terkait dengan nikel dan sulfur dioksida, tidak mencatat peningkatan risiko kanker secara umum atau spesifik. kanker, termasuk kanker paru (n = 995, 6 kasus kanker paru; SIR 0.50; 95%CI 0.18–1.08) (Sauni dkk. 2007).
2.4. Ringkasan: garam dan oksida kobalt anorganik dan organik
Bukti terbaru lebih lanjut mendukung paradigma bahwa ion Co(II) yang dilepaskan oleh pembubaran baik secara ekstraseluler atau intraseluler mendorong aktivitas genotoksik untuk garam dan oksida kobalt. Oleh karena itu, informasi tentang bioaksesibilitas ion Co(II) berguna untuk menafsirkan atau memprediksi aktivitas genotoksik senyawa kobalt.
Pengecualian penting tampaknya adalah campuran partikel oksida Co(II,III) yang mungkin menunjukkan aktivitas genotoksik secara independen dari ion Co(II) (Uboldi dkk. 2015). Data terbatas yang tersedia untuk beberapa bahan berukuran nano (Alarifi dkk.2013; Cavallo dkk.2015; Feng dkk. (2015) tidak memungkinkan untuk menurunkan aktivitas atau mode aksi genotoksik spesifik untuk spesies ini.
Mekanisme yang memediasi aktivitas genotoksik dan karsinogenik Ion Co(II), termasuk genotoksisitas tidak langsung (produksi ROS, penghambatan perbaikan dan pemeliharaan DNA), perubahan homeostasis epigenetik, disregulasi p53, pengurangan apoptosis, stabilisasi HIF-1α, dan peradangan (Gambar 3), semuanya non-stokastik dalam kobalt anorganik dan organik dan Co(II) oksida dengan demikian harus dianggap sebagai karsinogen genotoksik dengan ambang praktis (Bolt dan Huici-Montagud 2008).
Konsisten dengan konsep ini, sedangkan aktivitas genotoksik Co (II) ion dapat dideteksi secara in vitro, tidak ada respon genotoksik sistemik yang dicatat secara in vivo setelah pemberian oral atau parenteral Respons genotoksik in vivo lokal, misalnya pada epitel pernapasan upo n paparan inhalasi, masih harus dieksplorasi. Aktivitas karsinogenik ion Co(II) tampaknya terbatas pada tumor lokal (terutama di saluran pernapasan saat terpapar inhalasi), dan tidak ada bukti yang mendukung aktivitas karsinogenik sistemik, terutama setelah paparan oral terhadap ion Co(II). Tidak ada bukti epidemiologis tentang peningkatan risiko kanker pada pekerja yang terpapar garam atau oksida kobalt anorganik atau organik.
3. Kobalt metalik
3.1. Partikel logam kobalt
Paparan partikel logam kobalt pada manusia dapat terjadi di lingkungan industri tempat bahan ini diproduksi atau digunakan, terutama untuk pembuatan paduan atau logam keras. Paparan pada dasarnya terjadi melalui penghirupan (Lison 2015).
3.1.1. Bioaksesibilitas ion kobalt
Serbuk Co metalik larut pada pH rendah ekuivalen lisosom intraseluler (Stopford dkk.2003; Hillwalker dan Anderson 2014) (Tabel 2).
3.1.2. Genotoksisitas dan mekanisme lainnya
Studi eksperimental sebelumnya menunjukkan bahwa partikel logam kobalt menginduksi pemutusan DNA (1,5–15 µg/ml) dan mikronukleus (0,6–6 µg/ml) dalam limfosit manusia secara in vitro. Mekanisme yang terlibat dalam aktivitas genotoksik ini meliputi ROS yang dihasilkan oleh korosi permukaan dan kemungkinan melalui reaksi mirip Fenton, serta penghambatan perbaikan DNA (Lison dkk.2001). Studi baru telah diterbitkan dalam beberapa tahun terakhir.
3.1.2.1. Genotoksisitas in vitro
Colognato et al. (2008) membandingkan respons genotoksik leukosit perifer manusia terhadap kobalt (0,6–6 µg Co/ml) dalam dua bentuk, partikel logam (ukuran median, 246 nm) dan ion Co(II) (kobalt klorida). Penyerapan seluler yang signifikan diamati dengan partikel logam kobalt (sekitar 500 fg/sel setelah paparan 24 jam terhadap 1,2 µg Co/ml), tidak dengan ion Co(II) (<10 fg/sel). Kerusakan DNA yang lebih tinggi secara signifikan (uji komet) tercatat dalam sel yang terpapar partikel logam kobalt dibandingkan dengan ion Co(II). Sebaliknya, peningkatan mikronukleus tergantung dosis yang serupa diamati pada sel yang terpapar logam kobalt atau ion Co(II).
Temuan ini direproduksi dengan preparasi partikel logam kobalt yang tampaknya berbeda (berukuran 20–500 nm). Serapan seluler kobalt secara signifikan lebih besar setelah partikel logam kobalt daripada setelah ion Co(II), dan partikel logam kobalt lebih cepat sitotoksik ke sel BALB/3T3 daripada ion Co(II) (0,006–0,6 µg Co/ml, 2 dan 24 h ); tidak ada perbedaan sitotoksisitas yang terlihat setelah inkubasi 72 jam.
Partikel logam kobal lebih bersifat genotoksik daripada ion Co(II), seperti yang dinilai dengan uji mikronukleus, tetapi tidak dengan uji komet. Tidak ada hubungan dosis-respons yang jelas yang diamati untuk efek ini. Interpretasi yang jelas dari hasil terakhir tidak segera terlihat; perbedaan antara peristiwa mutasi (mikronuklei) dan kerusakan DNA primer (tes komet) tetap sulit dijelaskan. Dalam kedua studi tersebut, serapan dan toksisitas partikel logam kobalt lebih cepat dan/atau lebih kuat dibandingkan dengan ion Co(II), konsisten dengan mekanisme trojan horse untuk serapan seluler partikel logam kobalt (nano) dalam sel non-fagositik.
Dalam rangka studi toksisitas inhalasi dan karsinogenisitas dengan logam kobalt, NTP melakukan studi toksikologi genetik pada bakteri. Logam kobalt dilaporkan secara lemah meningkatkan jumlah revertan di S. typhimurium TA98 tanpa adanya aktivasi metabolik (S9), meskipun dengan hubungan dosis-respons yang sedikit atau lemah. Tidak ada aktivitas mutagenik yang tercatat di hadapan S9. Tidak ada aktivitas mutagenik logam kobalt yang diamati pada S. typhimurium TA100 atau pada E. coli WP2 uvRA/pkM1010. Hasil ini tidak konsisten dengan studi NTP sebelumnya yang dilakukan dengan kobalt sulfat heptahidrat di mana peningkatan laju mutasi tercatat pada S. typhimurium TA100 (dengan dan tanpa S9) tetapi tidak pada galur TA98 atau TA1535 (NTP 1998).
Aktivitas mutagenik logam kobalt pada galur TA98 tidak dapat direproduksi dalam penelitian lain di tiga laboratorium (Kirkland dkk.2015). Dalam sel mamalia, bubuk logam kobalt tidak menginduksi mutasi HPRT yang relevan secara biologis pada sel limfoma tikus L5178Y ketika diuji hingga konsentrasi sitotoksik tanpa adanya S9 (50 µg/ml), tetapi menginduksi efek mutagenik yang lemah dan dapat direproduksi dengan adanya S9 (>20 µg/ml). Penulis menyimpulkan bahwa tidak ada bukti yang meyakinkan atau konsisten tentang induksi mutasi gen (titik) logam kobalt pada bakteri atau sel mamalia secara in vitro (Kirkland dkk.2015).
Selain aktivitas klastogenik yang dilaporkan secara paralel, partikel logam Co (2–6 µg/ml) menginduksi respons apoptosis cepat (15 menit) dalam limfosit manusia secara in vitro, sebagaimana diukur dengan uji fragmentasi Annexin-V dan DNA (Lombaert dkk .2004).
Kapasitas genotoksik dan transformasi nanopartikel logam kobalt (diameter rata-rata, 28 nm) diselidiki pada fibroblas embrionik tikus (MEF) setelah paparan akut dan kronis. Eksperimen paparan jangka pendek (24 jam) mengkonfirmasi bahwa partikel nano Co menghasilkan ROS, dan sel yang kekurangan Ogg1 lebih sensitif terhadap sitotoksisitas akut dan kerusakan DNA oksidatif. Paparan kronis (12 minggu hingga dosis sub-sitotoksik 0,05 atau 0,1 µg Co/ml) menginduksi transformasi sel, sebagaimana dinilai secara morfologis dan dengan peningkatan sekresi metaloproteinase dan pertumbuhan sel yang tidak bergantung pada penjangkaran. Sel yang kekurangan Ogg1 juga lebih sensitif terhadap nanopartikel logam kobalt dalam uji transformasi (Annangi dkk.2015).
3.1.2.2. Genotoksisitas in vivo
Genotoksisitas lokal: Mutasi Kras, Egfr, dan p53, tiga gen yang relevan untuk kanker paru-paru manusia, dianalisis pada tumor paru-paru pada tikus dan mencit yang terpapar logam kobalt dalam studi NTP (Hong et al. 2015). Temuan utama adalah transversi G→T yang sering terjadi pada kodon 12 ekson 1 di Kras (masing-masing 31 dan 67% tumor paru yang diinduksi logam kobalt pada tikus dan mencit). Tidak ada mutasi Kras yang ditemukan pada tumor spontan pada tikus kontrol (kontrol historis tidak bersamaan).
Transversi G→T berkorelasi dengan adisi 8-hidroksiguanosin, kemungkinan mewakili tanda peradangan dan stres oksidatif yang terkait dengan paparan logam kobalt. Mengingat aktivitas logam kobalt yang lemah, jika ada, dalam tes mutasi gen in vitro, nampaknya mutasi ini mencerminkan fenomena genotoksik sekunder yang terkait dengan stres inflamasi dan oksidatif yang diinduksi di paru-paru setelah paparan partikel logam kobalt. Tidak ada peningkatan mikronuklei eritrosit perifer yang dicatat pada tikus dari studi NTP mulai dosis 3 bulan (0,625–10 mg/m³).
Genotoksisitas sistemik: Tidak ada publikasi yang mengeksplorasi genotoksisitas sistemik dari partikel logam kobalt.
3.1.3. Karsinogenisitas
3.1.3.1. Karsinogenisitas eksperimental
Karsinogenisitas lokal: Dalam studi NTP, tikus F344/NTac dan mencit B6C3F1/N terpapar dengan penghirupan 0, 1,25, 2,5, atau 5 mg logam kobalt/m³ selama 6 jam per hari, 5 hari seminggu hingga 105 minggu (paparan seluruh tubuh; diameter aerodinamis median massa, 1–3 µm; >98% fase murni, kubik, dan heksagonal) (NTP 2014). Pada tikus, peradangan aktif dan supuratif kronis, metaplasia pernapasan, atrofi epitel, hiperplasia, hiperplasia sel basal, nekrosis epitel olfaktif, dan atrofi turbinat sudah diamati pada dosis terendah. Toksisitas paru non-neoplastik, termasuk hiperplasia epitel alveolar/bronkiolar, proteinosis alveolar, dan peradangan aktif kronis, juga dicatat dari dosis terendah.
Dosis logam kobalt secara dependen menginduksi adenoma dan karsinoma alveolar dan bronkiolar. Tidak ada NOEL untuk efek karsinogenik yang tercatat. Pada tikus, lesi non-neoplastik serupa pada saluran pernapasan, termasuk laring, diinduksi oleh logam kobalt pada kelompok dosis terendah (0,125 mg/m³). Adenoma dan karsinoma alveolar/bronkiolar diinduksi oleh logam kobalt pada 2,5 mg/m³ ke atas (Gambar 4).
Dalam studi NTP sebelumnya yang dilakukan dengan kobalt sulfat heptahidrat (NTP 1998), paparan sebenarnya adalah kobalt sulfat heksahidrat (23% Co), dan dosis tertinggi yang diuji 3 mg/m³ setara dengan 0,69 mg Co ekuivalen/m³, yang lebih kecil dari dosis terendah yang diuji dalam studi logam kobalt (1,25 mg/m³). Oleh karena itu, potensi karsinogenik masing-masing dari kedua senyawa tidak dapat dibandingkan secara formal, meskipun perbedaan utama tidak segera terlihat (Gambar 5).
Namun, respon neoplastik alveolar/bronkiolar terhadap logam kobalt terutama terdiri dari karsinoma (rasio karsinoma/adenoma, masing-masing 25/17 dan 63/20 pada tikus dan mencit), sedangkan adenoma lebih sering daripada karsinoma pada studi sulfat kobalt (karsinoma / rasio adenoma masing-masing 7/15 dan 20/28). Ini mungkin menunjukkan bahwa logam kobalt lebih bersifat karsinogenik daripada kobalt sulfat. Perbedaan yang mencolok antara kedua studi tersebut adalah status peradangan pernapasan pada tikus kontrol, sebagaimana tercermin dari insiden peradangan paru-paru dan hidung yang jauh lebih tinggi (Tabel 3), yang mungkin berkontribusi memperburuk respons karsinogenik pada tikus yang terpapar partikel logam kobalt. Dalam analisis perbandingan serupa, dosis atas dalam studi kobalt sulfat dianggap setara (1,14 mg/m³) dengan dosis terendah yang digunakan dalam studi logam kobalt (1,25 mg/m³) (Behl dkk.2015), tetapi hidrasi kobalt sulfat ternyata tidak terintegrasi dalam perhitungan.
Gambar 5. Insidensi adenoma dan karsinoma alveolar/bronkiolar pada studi inhalasi NTP (105 minggu) dengan kobalt sulfat heptahidrat dan logam kobalt pada tikus
Tabel 3. % Insidensi (skor keparahan) peradangan pernapasan pada tikus kontrol dalam studi karsinogenisitas NTP 2 tahun yang dilakukan dengan kobalt sulfat heptahidrat (NTP 1998) dan partikel logam kobalt (NTP 2014).
Karsinogenisitas sistemik: Peningkatan kejadian tumor pulau pankreas tercatat pada tikus (terutama laki-laki) dalam studi inhalasi NTP dengan logam kobalt (Gambar 4). Tumor ini dianggap sebagai beberapa atau bukti samar-samar dari aktivitas karsinogenik sistemik dari partikel logam kobalt masing-masing pada pria atau wanita. Peningkatan kejadian pheochromocytomas juga tercatat pada tikus setelah paparan logam kobalt (juga setelah kobalt sulfat).
Terjadinya pheochromocytomas pada tikus tidak jarang pada studi NTP yang dilakukan dengan partikulat (Ozaki dkk. 2002) dan dianggap mencerminkan respon katekolamin kronis medula adrenal terhadap hipoksia yang disebabkan oleh patologi paru-paru, tetapi di sini mungkin juga oleh hipoksia seperti pengaruh ion Co(II) (Greim dkk. 2009). Oleh karena itu, tumor ini harus dianggap sebagai sekunder dari toksisitas pernapasan dari partikel logam kobalt. Leukemia sel mononuklear juga tercatat pada tikus betina tetapi ini dianggap tidak mungkin terkait dengan paparan karena merupakan neoplasma spontan yang umum pada tikus F344 (NTP 2014).
3.1.3.2. Epidemiologi
Sebuah studi kasus-kontrol bersarang di kohort pekerja kilang Norwegia telah dilakukan untuk memverifikasi apakah risiko kanker paru-paru di antara pekerja kilang nikel dapat dijelaskan oleh paparan kerja bahan kimia selain nikel, termasuk arsenik, asbes, kabut asam sulfat, dan kobalt. (Grimsrud dkk. 2005). Analisis regresi multivariat tidak melaporkan peningkatan risiko terkait dosis. Semua individu yang terpapar nikel juga terpapar kobalt. Studi kejadian kanker pada pekerja Finlandia dari industri kobalt (lihat Bagian 2.3.3 di bawah Garam Organik dan Anorganik, Oksida) tidak melaporkan peningkatan risiko kanker (Sauni dkk. 2017).
3.1.4. Ringkasan: partikel logam kobalt
Partikel logam kobalt lebih cepat dan/atau lebih intensif diserap oleh sel non-fagositik daripada ion Co(II), menunjukkan mekanisme kuda Troya untuk toksisitas selulernya. Kapasitas partikel logam kobalt untuk merusak DNA melalui produksi ROS dikonfirmasi untuk partikel dalam kisaran ukuran nano, tetapi tidak ada data untuk perbandingan dengan partikel mikrometri. Partikel logam kobalt tampaknya tidak menginduksi mutasi gen pada sel prokariotik atau eukariotik in vitro. Mutasi gen yang terekam pada tumor paru-paru dari hewan yang terpapar partikel logam kobalt melalui inhalasi dikaitkan dengan mekanisme genotoksik sekunder yang digerakkan oleh sel inflamasi.
Aktivitas genotoksik partikel logam kobalt berasal dari kapasitasnya untuk menghasilkan ROS melalui proses korosi permukaan. Mekanisme ini bersifat non-stokastik dan dengan demikian diharapkan menunjukkan ambang batas. Partikel logam kobalt karenanya harus dianggap sebagai karsinogen genotoksik dengan ambang praktis (Bolt dan Huici-Montagud 2008). Penghirupan kronis partikel logam kobalt menginduksi peningkatan insiden tumor lokal (adenoma dan karsinoma alveolar/bronkiolar) pada tikus dan mencit, dengan NOAEL untuk karsinogenisitas <1,25 mg Co/m³. Bukti karsinogenisitas sistemik tidak kuat dalam penelitian ini. Tidak ada bukti epidemiologi peningkatan risiko kanker pada pekerja yang terpapar logam kobalt.
3.2. Logam Keras (Karbida Semen, WC-Co)
Paparan manusia terhadap partikel WC-Co dapat terjadi di lingkungan industri di mana bahan ini diproduksi atau digunakan karena sifat kekerasannya yang ekstrem. Paparan pada dasarnya terjadi dengan menghirup debu (Lison 2015).
3.2.1. Bioaksesibilitas
Partikel logam keras larut dalam cairan lisosom intraseluler pengganti. Bioaksesibilitas lebih tinggi dari partikel logam kobalt, tetapi lebih rendah dari Co sulfat, dalam cairan pH netral (Tabel 4).
3.2.2. Genotoksisitas dan mekanisme lainnya
3.2.2.1. Genotoksisitas in vitro
Beberapa studi baru telah mengkonfirmasi kapasitas partikel WC-Co (nano) untuk menghasilkan ROS dan genotoksisitas, dan mengklarifikasi kapasitasnya untuk menginduksi stres oksidatif dan aktivasi selanjutnya dari proliferasi sel dan jalur pensinyalan inflamasi dalam berbagai model seluler. Sitotoksisitas elektif dari partikel WC-Co dikonfirmasi dengan persiapan dalam kisaran ukuran nano (rata-rata ukuran partikel 145 nm, 50–300 nm) pada berbagai jenis sel yang terpapar selama 3 hari hingga 8,25–33 µg WC-Co/ ml. Astrosit dan sel epitel usus besar (Caco-2) muncul paling sensitif, meskipun relevansi jenis sel ini tidak segera terlihat.
Aktivitas sitotoksik dari partikel-partikel ini tidak dapat direproduksi dengan dosis setara ion Co(II) (kobalt klorida), yang menegaskan bahwa korosi permukaan mendorong potensi sitotoksik partikel WC-Co (Bastian dkk. 2009). Kemampuan ukuran nano (ukuran rata-rata 80 nm; luas permukaan spesifik (SSA) 2,73 m2/g; 15% Co w/w) dan ukuran halus (ukuran rata-rata 4 µm; SSA 0,16 m2/g, 6% Co w / w) Partikel WC-Co untuk membentuk ROS dan kecenderungannya untuk mengaktifkan faktor transkripsi AP-1 dan NF-kappa B, bersama dengan stimulasi jalur pensinyalan mitogen-activated protein kinase (MAPK), dibandingkan dalam garis sel epidermis tikus (JB6P(+)).
Nanopartikel WC-Co menghasilkan lebih banyak radikal hidroksil (sekitar dua kali lipat), menginduksi stres oksidatif yang lebih besar, sebagaimana dibuktikan dengan penurunan kadar GSH (<2 kali lipat), dan menyebabkan pertumbuhan/proliferasi sel JB6 P(+) lebih cepat (sekitar dua kali lipat) daripada diamati setelah terpapar WC-Co halus (25–50 µg/cm2). Selain itu, nano-WC-Co (25–150 μg/cm2 selama 24 h) mengaktifkan AP-1 dan NF-kappa B lebih efisien dalam sel JB6(+/+) dibandingkan dengan WC-Co halus (hingga sekitar empat kali lipat dan 28 kali lipat, masing-masing). Eksperimen menggunakan tikus transgenik AP-1-luciferase reporter mengkonfirmasi aktivasi AP-1 setelah aplikasi topikal partikel nano-WC-Co pada kulit (1 mg/mouse ditangguhkan dalam 0,3 ml aseton). Partikel WC-Co berukuran nano dan halus juga menstimulasi MAPK, termasuk ERK, p38, dan JNK dengan potensi nano-WC-Co yang jauh lebih tinggi.
Akhirnya, keterlibatan stres oksidatif yang diinduksi oleh partikel WC-Co disarankan oleh penurunan aktivasi AP-1 dan fosforilasi ERK, p38 kinase, dan JNK dengan adanya N-acetyl-cysteine. Studi ini menegaskan bahwa partikel WC-Co menginduksi pembentukan ROS, proliferasi sel, dan aktivasi jalur pensinyalan sel spesifik pada sel mamalia (Ding dkk. 2009). Aktivitas biologis yang lebih besar dari partikel berukuran nano kemungkinan terkait dengan kandungan Co dan/atau SSA yang lebih tinggi.
Relevansi menyelidiki mekanisme ini dalam garis sel epidermis tidak jelas. Juga dilaporkan oleh kelompok yang sama bahwa partikel WC-Co berukuran nano dapat mengaktifkan Nrf2 dan gen hilir, termasuk glutathione S-transferase (GST) dan NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1 (NQO1), dalam sel JB6. Tanggapan ini muncul dimediasi oleh generasi ROS di hadapan nanopartikel WC-Co (Zhang dkk. 2010). Sebuah studi tambahan dalam garis sel yang sama menunjukkan bahwa nanopartikel WC-Co dapat menginduksi generasi miR-21, tetapi menghambat produksi target hilirnya, gen penekan tumor memprogram kematian sel 4 PDCD4. Efek ini juga tampak dimediasi oleh jalur ROS dan ERK (Hou dkk. 2013).
Kapasitas genotoksik partikel WC-Co telah diperluas ke kisaran ukuran nano. Nanopartikel WC-Co (berat 8% Co; 20 hingga 160 nm oleh TEM) menginduksi kerusakan dan mutasi DNA yang tergantung dosis pada limfosit manusia yang diukur dengan induksi mikronukleus setelah 24 jam (20–80 µg WC-Co/ml) dan uji komet setelah 4 jam (40–120 µg WC-Co/ml). Mekanisme induksi mikronukleus oleh nanopartikel WC-Co melibatkan peristiwa aneugenik dan klastogenik (Moche dkk. 2015).
Dalam percobaan paralel yang dilakukan dengan sel L5178Y, tidak ada kerusakan DNA yang dapat diamati, dan respons mikronukleus yang lemah dan tidak ada aktivitas mutagenik dalam uji limfoma tikus (MLA-TK) dicatat. Para penulis memberikan beberapa penjelasan yang mungkin untuk perbedaan sensitivitas antara kedua jenis sel, termasuk perbedaan kapasitas antioksidan, kemahiran p53 (sel L5178Y kekurangan p53), dan asal (manusia versus murine) (Moche dkk. 2014).
Sensitivitas spesifik sel terhadap nanopartikel WC-Co yang sama (1–150 mg WC-Co/ml) diperiksa lebih lanjut dalam publikasi berikutnya. Nanopartikel WC-Co mudah diambil dalam sel ginjal manusia (Caki-1) dan hati (Hep3B) tetapi buruk dalam sel epitel alveolar A549. Produksi ROS, pemutusan untai ganda DNA, dan penghentian siklus sel dicatat dalam sel ginjal dan hati, tetapi tidak dalam sel A549. Sensitivitas yang bervariasi terhadap partikel nano WC-Co menurut jenis sel tampaknya terutama terkait dengan penyerapan langsung (paparan 15 menit) WC-Co NP dan induksi ROS (Paget dkk. 2015).
Dalam studi Lombaert dkk. (2004) (lihat logam kobalt), partikel WC-Co (2–6 µg Co-equivalent/ml) menginduksi respons apoptogenik yang lebih lambat dan lebih tinggi daripada partikel logam Co saja, yang konsisten dengan aktivitas biologis yang lebih tinggi dari partikel ini dalam hal produksi ROS (Lison dkk. 1995). Satu studi selanjutnya mengkonfirmasi respons apoptosis, yang melibatkan jalur ekstrinsik dan intrinsik, yang diinduksi oleh partikel WC-Co (berukuran nano dan mikro) dalam sel JB6 dan makrofag paru tikus.
Aktivasi faktor pro-apoptosis termasuk Fas, Fas-associated protein with death domain (FADD), caspases 3, 8, dan 9, BID, dan BAX tercatat 24 jam setelah WC-Co (3,75–15 dan 1,5–6 µg Co /ml, masing-masing untuk partikel berukuran nano dan mikro). Sitokrom c dan faktor penginduksi apoptosis (AIF) juga diregulasi dan dilepaskan dari mitokondria ke sitoplasma. Secara massal, partikel nano WC-Co menunjukkan induksi apoptosis yang lebih tinggi daripada partikel halus (Zhao dkk. 2013).
Dalam studi pertama yang bertujuan mengidentifikasi jalur patogenik yang mungkin berkontribusi untuk menjelaskan respons genotoksik dan apoptosis yang lebih kuat yang diinduksi oleh WC-Co dibandingkan dengan partikel logam kobalt dalam limfosit manusia, Lombaert et al. mencatat peningkatan regulasi apoptosis dan respons stres/pertahanan, serta penurunan regulasi gen yang terlibat dalam respons imun, setelah inkubasi 24 jam dengan WC-Co (33,3–100,0 µg WC-Co/ml, setara dengan 2–6 µg Co/ml).
Namun, tidak ada perbedaan nyata antara partikel logam WC-Co dan kobalt yang teramati (Lombaert N dkk. 2004). Selanjutnya, mereka berfokus pada titik waktu yang jauh lebih awal (15 menit) dan mencatat dalam jenis sel yang sama bahwa 6 µg Co setara/ml WC–Co, serta partikel logam Co meskipun dengan kinetika yang lebih lambat, menginduksi kaskade yang dipesan secara temporer dari peristiwa yang menyiratkan aktivasi p38 / MAP kinase, stabilisasi HIF-1α, aktivasi transkripsi HMOX1, dan stabilisasi p53 independen ATM. Peristiwa ini, dan khususnya stabilisasi HIF-1α (Lombaert dkk. 2008), dapat berkontribusi untuk menjelaskan aktivitas karsinogenik logam kobalt dan debu WC–Co.
Menariknya, dalam penelitian ini, respon terhadap WC-Co atau Co dinilai terhadap dosis setara ion Co(II) sebagai kontrol (bukan kendaraan). Oleh karena itu, kaskade peristiwa ini mencerminkan respons seluler spesifik terhadap ledakan oksidatif awal (15 menit) yang dihasilkan dari korosi permukaan logam kobalt (Gambar 1) yang ditingkatkan oleh kehadiran partikel WC, bukan efek pelepasan ion Co(II) . Ini lebih jauh mengilustrasikan dampak yang lebih tinggi dari ROS yang dihasilkan oleh korosi permukaan dibandingkan dengan yang timbul dari reaksi potensial seperti Fenton yang dikatalisis oleh ion Co(II). Jika fenomena yang terakhir ada, itu terjadi pada dosis setara Co yang jauh lebih tinggi.
Nanopartikel WC-Co juga dapat menginduksi respons angiogenik, penting untuk proses karsinogenik, dengan memproduksi ROS dan mengaktifkan jalur pensinyalan AKT dan ERK1/2. Dalam sel epitel bronkial manusia BEAS-2B, nanopartikel WC-Co (5 μg/cm2) menginduksi produksi ROS dan mengaktifkan jalur pensinyalan AKT dan ERK1/2 setelah 24 jam. Perawatan WC-Co juga meningkatkan aktivasi transkripsi AP-1, NF-κB, dan VEGF sebagaimana dinilai dalam uji reporter sel. Kapasitas nanopartikel WC-Co untuk menginduksi angiogenesis dikonfirmasi dalam uji chicken chorioallantoic membrane (CAM) yang dilakukan dengan sel BEAS-2B dan A459 yang diberi pretreatment dengan nanopartikel WC-Co (5 μg/cm2 selama 24 h) (Liu dkk. 2015) . Karakteristik dan komposisi partikel WC-Co yang digunakan dalam penelitian ini tidak dilaporkan.
3.2.2.2. Genotoksisitas in vivo
Genotoksisitas lokal: Untuk mengevaluasi aktivitas genotoksik in vivo debu WC-Co mikrometrik di paru-paru, kerusakan DNA/situs labil-alkali (uji komet basa) dan mutasi kromosom/genom (mikronukleus ex vivo) dinilai pada pneumosit tipe II setelah a instilasi intra-trakea tunggal 16,6 mg WC-Co/kg berat badan pada tikus (setara dengan 1 mg Co metal/kg b.w.) (De Boeck dkk. 2003). Dosis ini menghasilkan peradangan paru ringan. WC-Co menginduksi peningkatan DNA ekor yang signifikan secara statistik (12 h) dan mikronukleus (72 h). Tidak ada genotoksisitas sistemik yang dicatat sebagaimana dinilai oleh kerusakan DNA atau mikronukleus dalam sel darah yang bersirkulasi. Penulis menginterpretasikan respon genotoksik lokal yang terekam dalam sel paru-paru sebagai hasil aktivitas genotoksik primer dari debu WC-Co, tetapi mungkin juga sebagai genotoksisitas sekunder yang dihasilkan oleh sel inflamasi yang direkrut di paru-paru (De Boeck dkk. 2003).
Genotoksisitas sistemik: Tidak ada publikasi lain yang mengeksplorasi genotoksisitas sistemik partikel WC-Co.
3.2.3. Karsinogenisitas
3.2.3.1. Karsinogenisitas eksperimental
Tidak ada publikasi yang mengeksplorasi karsinogenisitas partikel WC-Co dalam sistem percobaan.
3.2.3.2. Epidemiologi
Studi epidemiologis dari kohort pekerja logam keras di Swedia dan Prancis sudah tersedia pada tahun 2001 (Hogstedt dan Alexandersson 1990; Lasfargues dkk. 1994; Moulin dkk. 1998; Wild dkk. 2000). Di Prancis, peningkatan kematian akibat kanker paru-paru tercatat dalam kohort pekerja yang bekerja setidaknya selama 6 bulan di industri logam keras (n = 7459; 63 kanker paru-paru; SMR 1,30; 95%CI 1,00–1,66). Semua pabrik logam keras di negara itu dimasukkan. Sebuah studi kasus-kontrol bersarang dalam kohort ini menunjukkan hubungan yang signifikan dengan paparan kumulatif terhadap debu logam keras. Paparan simultan kobalt dan tungsten karbida (WC-Co) dikaitkan dengan risiko kanker paru-paru sekitar 2 (Wild dkk. 2009).
Tabel 4. Bioaksesibilitas (% tersedia kobalt yang diekstrak) dari partikel karbida semen (lihat referensi untuk karakteristik bahan uji dan kondisi pengujian)
Dalam analisis yang dikumpulkan ini, efek "tanaman sehat" tidak dapat dikesampingkan karena hanya tanaman pilihan yang diselidiki, paparan kobalt yang terkait dengan tungsten carbide (WC-Co) tidak dapat dinilai, tingkat paparan Co umumnya lebih rendah daripada di Perancis industri terutama dalam beberapa tahun terakhir, dan alat pelindung diri yang dikenakan oleh pekerja yang paling banyak terpapar tidak diperhitungkan. Secara kolektif, unsur-unsur ini mungkin telah berkontribusi untuk mengaburkan aktivitas karsinogenik paparan WC-Co dalam penelitian ini.
3.2.4. Ringkasan: partikel logam keras
Kapasitas partikel WC-Co untuk menghasilkan ROS dan genotoksisitas dikonfirmasi dan diperluas ke partikel WC-Co dalam kisaran ukuran nano. Partikelnano WC-Co tampak lebih aktif daripada setara mikrometernya. Aktivasi proliferasi sel dan jalur pensinyalan inflamasi yang diinduksi oleh partikel WC-Co (nano), dan relevan dengan sifat karsinogeniknya, diklarifikasi dalam beragam model seluler in vitro.
Aktivitas genotoksik lokal dari partikel WC-Co yang terekam secara eksperimental di paru-paru tikus dapat dihasilkan dari mekanisme primer dan sekunder. Aktivitas genotoksik partikel WC-Co didorong oleh kapasitas elektifnya untuk menghasilkan ROS melalui proses korosi permukaan. Mekanisme ini bersifat non-stokastik dan dengan demikian diharapkan menunjukkan ambang batas. Partikel WC-Co karenanya harus dianggap sebagai karsinogen genotoksik dengan ambang praktis (Bolt dan Huici-Montagud 2008). Konsisten dengan gagasan ini, aktivitas genotoksik WC-Co terdeteksi secara in vitro dan secara lokal di epitel pernapasan setelah pemberian inhalasi, tetapi tidak ada respons genotoksik sistemik yang tercatat. Aktivitas karsinogenik WC-Co tampaknya terbatas pada tumor lokal pada saluran pernapasan setelah paparan inhalasi.
3.3. Endoprostesis yang mengandung kobalt
Penggantian sendi (pinggul, lutut, bahu) adalah prosedur pembedahan umum yang menggunakan berbagai jenis implan. Dalam prostesis pinggul modern, pasangan kepala dan cangkir kobalt-kromium (CoCr) digunakan dalam artroplasti pinggul total (THA) dan artroplasti pelapisan pinggul. Sementara kobalt (>34%) dan kromium (>19%) adalah konstituen utama paduan yang digunakan dalam pembuatan perangkat ini (misalnya stelit, ASTM F75 cor, F799m tempa atau F1537 tempa), logam lain (nikel, molibdenum, tungsten) sering dimasukkan untuk meningkatkan sifat mekanik. Paduan stellite juga digunakan untuk pembuatan prostesis gigi dan aplikasi industri. Dengan demikian, paparan Co dan Cr dari perangkat bedah terjadi sebagai akibat dari partikel dan ion yang dilepaskan oleh keausan dan/atau korosi lokal implan, dan logam yang dilepaskan dari protesa dapat memperoleh akses ke kompartemen tubuh yang berbeda (Keegan dkk. 2008).
Paparan endogen sistemik terhadap kobalt dan kromium telah didokumentasikan dengan mengukur unsur-unsur dalam darah dan/atau urin pada pasien dengan implan metal-on-metal (MoM) CoCr (Kuzyk dkk. 2011; Jantzen dkk. 2013; Pahuta dkk. 2016). Konsentrasi serum kobalt yang sangat tinggi (>50 µg/L) diukur (Hartmann dkk. 2013). Manifestasi merugikan lokal dan sistemik telah dikaitkan dengan pelepasan ion kobalt dan nanopartikel, termasuk reaksi inflamasi dan reaksi imun lainnya pada jaringan yang terpapar langsung serta perubahan dalam darah perifer (bukti stres oksidatif) dan perubahan sel imun yang bersirkulasi (ditinjau dalam Czarnek dkk. (2015); Cheung dkk. (2016)). Sifat fisikokimia partikel CoCr menentukan toksisitas lokal; Partikel berukuran mikron CoCr lebih biopersisten in vivo, menghasilkan respons inflamasi lokal yang tidak terlihat dengan konsentrasi massa nanopartikel yang serupa (Madl dkk. 2015a; Madl dkk. 2015b).
3.3.1. Bioaksesibilitas
Paduan Co yang digunakan dalam implan medis menunjukkan disolusi minimal dalam uji bioaksesibilitas. Dua bentuk fisik stelit diuji dalam ekuivalen cairan sinovial dan ditemukan hampir sepenuhnya stabil selama seluruh periode ekstraksi (72 jam) (Tabel 5). Di hadapan protein (misalnya albumin) dan/atau tekanan tribologis (tribocorrosion), paduan melepaskan ion kobalt dan partikel logam dalam jumlah yang jauh lebih tinggi (Gil dan Munoz, 2011; Mathew dkk. 2012). Pelepasan partikel debris aus secara lokal selanjutnya berkontribusi terhadap degradasi permukaan protesa (mikro-abrasi) (Sadiq dkk. 2015).
Tabel 5. Bioaksesibilitas (% kobalt tersedia yang diekstrak) dari paduan kobalt (lihat referensi untuk karakteristik material dan kondisi pengujian).
3.3.2. Genotoksisitas dan mekanisme lainnya
3.3.2.1. Genotoksisitas in vitro
Kerusakan DNA, yang dinilai dengan uji komet, tercatat pada fibroblas manusia primer yang terpapar selama 5 hari terhadap partikel paduan CoCr (berukuran 2,9 µm; 5,1 × 10−8 hingga 1,02 mg/cm2). Momen ekor yang meningkat tergantung dosis dicatat setelah 24 jam, dengan kerusakan yang meningkat secara signifikan mulai dari 1 µg/cm2; hubungan dosis-respons kurang jelas setelah 5 hari paparan. Efek ini mungkin tidak dimediasi oleh pelepasan ion (Co(II) dan/atau Cr(III)) karena tidak dapat direproduksi dengan memaparkan sel ke lindi yang diperoleh dengan menginkubasi media kultur dengan partikel selama 24 jam. Lindi diperoleh setelah 1 bulan inkubasi dengan partikel yang menginduksi kerusakan DNA, dan ini dikurangi oleh NAC, menunjukkan partisipasi ROS pada ion dosis tinggi. NAC tidak melindungi dari efek klastogenik partikel setelah 24 jam. Paparan kronis (15 hari) terhadap partikel CoCr (0,5–1 µg/cm2) menyebabkan aberasi kromosom struktural dan numerik tingkat tinggi dalam kultur yang berkembang biak (Papageorgiou dkk. 2007b).
Sebuah studi selanjutnya dari kelompok yang sama menunjukkan bahwa paparan 24 jam terhadap nanopartikel CoCr (sekitar 30 nm) menginduksi kerusakan DNA yang lebih parah dan aneuploidi (uji mikronukleus) daripada dosis setara volume (µm³/sel) partikel paduan mikrometrik (sekitar 3 µm dalam ukuran). Para penulis mengaitkan perbedaan aktivitas genotoksik antara kedua partikel dengan serapan sel yang berbeda dan lokalisasi intraseluler. Agregat partikel nano dengan cepat larut atau terkorosi dalam vakuola di sitoplasma sel. Sebaliknya, partikel berukuran mikron larut lebih lambat dan bertahan setidaknya 5 hari setelah paparan. Selain itu, partikel mikro secara istimewa berkerumun di sekitar nukleus. Pola ini menunjukkan bahwa, setelah serapan, nanopartikel mungkin menghasilkan logam konsentrasi tinggi yang menyebar lebih merata di sekitar sitoplasma sel dalam 24 jam pertama setelah paparan. Sebaliknya, mikropartikel dapat memberikan pelepasan logam yang lebih lambat terutama di sekitar inti sel. Partikel nanometrik juga melepaskan lebih banyak ROS dalam uji EPR aselular daripada partikel mikrometrik (Papageorgiou dkk. 2007a).
Dalam penelitian lain yang dirancang untuk membandingkan aktivitas genotoksik partikel CoCr dan keramik alumina (Al2O3), partikel CoCr (labu 0,1–10 mg/T-75 selama 5 hari) menginduksi double-strand break (fokus γ-H2AX), mikronuklei, dan terutama penyimpangan kromosom numerik pada fibroblas manusia primer. Partikel CoCr secara signifikan lebih bersifat genotoksik daripada partikel keramik (Tsaousi dkk. 2010). Serangkaian percobaan in vitro untuk mengeksplorasi mekanisme genotoksisitas dilakukan dengan nanopartikel CoCr yang dihasilkan dari tribometer (30 nm) atau teknologi plasma termal (20, 35, dan 80 nm) pada fibroblas manusia primer.
Hasilnya menunjukkan peran respon mitokondria yang bergantung pada ROS dan independen, ukuran partikel, jumlah pelepasan ion, dan fagositosis (Raghunathan dkk. 2013). Menariknya, nanopartikel CoCr (36 atau 360 µg/cm2 berukuran 30 nm atau 3 µm) mampu menginduksi kerusakan DNA (alkaline comet assay dan fokus γ-H2AX) pada fibroblas manusia primer melintasi penghalang seluler utuh koriokarsinoma trofoblas manusia. sel turunan. Kerusakan DNA tampaknya dimediasi oleh transmisi nukleotida purin (seperti ATP) dan pensinyalan antar sel di dalam penghalang melalui sambungan celah koneksin atau hemichannels dan saluran pannexin (Bhabra dkk. 2009).
Secara keseluruhan, hasil penelitian ini sulit untuk diinterpretasikan karena, pada akhirnya, tidak mungkin untuk secara formal membedakan peran partikulat padat dari peran ion terlarut, dan peran masing-masing ion Co(II) dan Cr(III) tidak dapat dibedakan. Studi in vitro yang dilakukan dengan larutan ionik menunjukkan, bagaimanapun, bahwa ion Cr(III) secara konsisten lebih sedikit bersifat genotoksik daripada ion Co(II), menunjukkan kontribusi yang lebih tinggi dari ion tersebut dalam memediasi aktivitas genotoksik partikel CoCr (Christian dkk. 2014).
3.3.2.2. Genotoksisitas in vivo
Genotoksisitas lokal: Tidak ada penelitian pada hewan yang mengevaluasi partikel Co atau Cr secara individual. Penyimpangan kromosom dan kerusakan DNA diamati pada sumsum tulang femur tikus yang diberi dosis empat kali secara intra-artikular (sendi lutut) dengan 0,05 mg/kg/hari selama 18 minggu dengan partikel CoCr berukuran nano atau mikron (diulas dalam Christian dkk. 2014) . Pasien dengan implan pengganti pinggul CoCr yang aus mengalami peningkatan aberasi kromosom di sumsum tulang yang berdekatan dengan implan dan peningkatan translokasi kromosom dan aneuploidi dalam sel mononukleat darah tepi (Keegan dkk. 2008).
Genotoksisitas sistemik: Peningkatan translokasi kromosom dan aneuploidi dicatat dalam limfosit darah tepi dari pasien pada 6, 12, dan 24 bulan setelah menerima artroplasti pinggul MoM. Perubahan ini disertai dengan peningkatan kadar Co dan Cr darah secara progresif (sekitar 1 µg/L untuk kedua unsur tersebut setelah 12 atau 24 bulan) (Ladon dkk. 2004). Apakah penyimpangan kromosom ini diinduksi oleh logam terlarut atau partikulat atau beberapa aspek lain yang terkait dengan operasi artroplasti sendi tidak dapat dijawab oleh penelitian ini. Peningkatan aneuploidi 2,5 kali lipat dan peningkatan translokasi kromosom 3,5 kali lipat ditemukan pada limfosit sirkulasi pasien dengan prostesis CoCr yang menjalani artroplasti revisi (terutama penggantian pinggul total MoM) dibandingkan dengan artroplasti primer setelah penyesuaian untuk merokok, jenis kelamin, usia , dan radiografi diagnostik (Doherty dkk. 2001).
Kerusakan DNA oksidatif, menggunakan 8-hidroksideoksiguanosin (8-OHdG) sebagai penanda, diukur dalam urin pasien dengan penggantian pinggul total MoM. 8-OHdG lebih tinggi pada pasien dengan implan 3-4 tahun dibandingkan dengan pasien dengan implan 1-2 tahun. Namun, tidak ada korelasi dengan kadar Co (atau Cr) dalam darah utuh (0,77–37,80 µg Co/L) dan urin (2,59–166,94 µg Co/24 h) (Pilger dkk. 2002). Kristen dkk. (2014) mencatat bahwa konsentrasi partikel Co/Cr (104–109 µg/g) serta konsentrasi larutan ionik yang diperlukan untuk menginduksi efek genotoksik dalam sel manusia beberapa kali lipat lebih tinggi (setidaknya 1000 kali lipat) daripada konsentrasi partikel atau kadar Co dan Cr darah biasanya ada pada pasien dengan implan pinggul CoCr yang stabil.
Peradangan kronis merupakan penentu penting dari proses genotoksik (Colotta dkk. 2009), terutama sel-sel inflamasi ketika bahan partikulat terlibat (Schins dan Knaapen 2007). Hubungan antara respon inflamasi kronis pada lokasi implan dengan pelepasan ion Co(II) atau partikel Co-Cr (nano) tetap, namun tidak jelas karena reaksi ini terlihat dengan adanya atau tanpa adanya debris keausan logam yang berlebihan dan tidak ada penelitian yang mengukur konsentrasi ion Co(II) (hanya Co total dalam jaringan dan cairan tubuh) (Paustenbach dkk. 2013).
3.3.3. Karsinogenisitas
3.3.3.1. Karsinogenisitas eksperimental
Beberapa bioassay hewan yang melibatkan pajanan partikulat paduan Co, Cr, dan CoCr telah dipublikasikan (ditinjau oleh Christian dkk. 2014). Jalur paparan termasuk injeksi partikel intraperitoneal, intra-artikular, intra-toraks, intra-femoral, intramuskular, intra-renal, dan subkutan (berukuran mikron; diameter: 0,5–250 µm) pada tikus, mencit, kelinci, dan/atau marmut. Tak satu pun dari studi ini melaporkan peningkatan yang signifikan secara statistik pada tumor sistemik primer; beberapa penelitian mencatat peningkatan yang signifikan pada tumor lokal di tempat injeksi atau, dalam beberapa kasus, tumor sistemik akibat metastasis dari tempat injeksi. Enam penelitian pada hewan mengevaluasi efek karsinogenik dari paduan CoCr yang ditanamkan. Empat dari mereka melaporkan adanya tumor di lokasi implan dan tidak ada yang melaporkan peningkatan kejadian tumor sistemik primer yang signifikan secara statistik (Christian dkk. 2014).
3.3.3.2. Epidemiologi
Kasus dengan toksisitas sistemik dikaitkan dengan pelepasan logam dari prostesis pinggul telah ditinjau oleh Devlin dkk. (2013) dan baru-baru ini oleh Bradberry dkk. (2014). Hanya beberapa kasus individu yang melaporkan manifestasi toksisitas sistemik yang diambil (n = 18). Gambaran sistemik pertama kali dilaporkan berbulan-bulan dan seringkali beberapa tahun setelah penempatan implan yang mengandung logam, terdiri dari toksisitas neuro-okular (neuropati perifer, gangguan pendengaran sensorineural, penurunan kognitif, gangguan penglihatan), toksisitas kardio, dan/atau toksisitas tiroid. Penghapusan prostesis (dilakukan pada semua kecuali dua pasien) biasanya dikaitkan dengan penurunan konsentrasi Co2 yang bersirkulasi dan perbaikan pada beberapa atau semua manifestasi yang merugikan.
Secara keseluruhan, penelitian epidemiologi yang dilakukan di antara pasien prostesis pinggul pada berbagai pengaturan geografis, temporal, dan demografis gagal menunjukkan peningkatan risiko kanker (diulas dalam Paustenbach dkk. (2013)). Risiko kanker pada pasien dengan penggantian pinggul total MoM atau setelah artroplasti pinggul total MoM (generasi pertama atau kedua) dinilai oleh beberapa penulis yang tidak melaporkan peningkatan kejadian tumor sistemik (Makela dkk. 2012; Onega dkk. 2006; Visuri dkk. 2010; Smith dkk. 2012). Namun, periode laten dalam penelitian ini mungkin tidak cukup, menyoroti perlunya tindak lanjut lanjutan pada pasien dengan implan (Onega dkk. 2006; Visuri dkk. 2010; Lalmohamed dkk. 2014; Pijls dkk. 2016).
3.3.4. Ringkasan
Sependapat dengan Christian dkk. (2014), dapat disimpulkan bahwa penelitian in vitro dan in vivo, serta data manusia, menunjukkan bahwa bahan yang dilepaskan dari implan pinggul CoCr dapat menyebabkan efek genotoksik (kerusakan/mutasi DNA) secara lokal dan mungkin secara sistemik (sirkulasi limfosit pada pasien). Studi epidemiologis tidak mencatat peningkatan kejadian kanker lokal atau sistemik pada pasien implan pinggul CoCr tetapi periode laten mungkin tidak cukup untuk secara formal mengecualikan peningkatan risiko. Mekanisme yang tepat dari aktivitas genotoksik/karsinogenik CoCr tidak didefinisikan dengan jelas dan mungkin melibatkan bahan partikulat CoCr, ion Co(II) dan/atau Cr(III).
4. KESIMPULAN
Interaksi kation terlarut dengan protein, misalnya dengan jari seng, umumnya lebih relevan untuk aktivitas karsinogenik logam daripada interaksi dengan DNA. Dengan demikian, aktivitas genotoksik dari logam-logam ini didorong oleh mekanisme tidak langsung termasuk gangguan homeostasis redoks seluler (stres oksidatif), menyebabkan kerusakan DNA oksidatif, aktivasi kaskade pensinyalan intraseluler dan stimulasi pertumbuhan sel; penghambatan mekanisme perbaikan DNA, menghasilkan ketidakstabilan genom dan akumulasi mutasi yang relevan untuk karsinogenisitas; dan deregulasi proliferasi sel dan/atau apoptosis dengan memicu jalur pensinyalan atau menonaktifkan kontrol pertumbuhan (Beyersmann dan Hartwig 2008). In vivo, terutama untuk partikel yang terhirup, proses peradangan yang diinduksi oleh unsur logam selanjutnya dapat menimbulkan genotoksisitas sekunder dan berkontribusi terhadap karsinogenesis (Schins dan Knaapen 2007).
Untuk senyawa kobalt, ulasan ini menegaskan peran ion Co(II) dalam memediasi genotoksisitas tidak langsung melalui interaksi dengan protein yang terlibat dalam sistem perbaikan dan pemeliharaan DNA. Mekanisme baru yang didasarkan pada perubahan topoisomerase II oleh ion Co(II) selanjutnya berkontribusi untuk memperjelas aktivitas klastogeniknya. Kepentingan relatif dari aktivitas ion Co(II) mirip Fenton untuk aktivitas genotoksiknya tampaknya terbatas, tentunya in vivo. Beberapa penelitian menunjukkan kapasitas ion Co(II) untuk memicu jalur pensinyalan intraseluler yang relevan untuk karsinogenesis, termasuk respons apoptosis. Semua mekanisme ini non-stokastik dan diharapkan mengikuti hubungan dosis-respons ambang batas. Semua senyawa kobalt melepaskan, sampai batas tertentu, ion Co(II) secara ekstraseluler dan/atau intraseluler. Menilai kapasitas senyawa kobalt untuk melepaskan ion-ion ini dan membuatnya tersedia untuk sel, oleh karena itu, merupakan dimensi penting untuk menafsirkan dan memprediksi aktivitas genotoksik dan karsinogeniknya. Data bioaksesibilitas tersedia dalam berbagai cairan biologis yang disimulasikan untuk memberikan informasi ini. Dosis ion Co(II) yang efektif secara biologis dapat dirasakan dengan memantau ekspresi HIF-1α dalam sistem seluler.
Korosi permukaan dalam cairan biologis merupakan mode aksi tambahan untuk senyawa berbasis logam (logam kobalt, paduan berbasis WC-Co, dan Co) yang, bersama dengan pelarutan ion Co(II), mendorong aktivitas genotoksik dan karsinogeniknya. Fenomena ini menyebabkan ledakan produksi ROS dan stres oksidatif yang mengakibatkan kerusakan DNA tidak langsung yang berkontribusi terhadap genotoksisitas dan reaksi inflamasi. Sekali lagi, mekanisme ini diharapkan mengikuti hubungan dosis-respons ambang batas.
Aktivitas genotoksik dan/atau karsinogenik senyawa kobalt (ionik dan logam) pada dasarnya terbatas pada sistem pernapasan saat terhirup dan secara lokal di tempat implantasi. Kesimpulan ini konsisten dengan karakterisasi kobalt dan senyawanya sebagai karsinogen genotoksik dengan ambang praktis (Bolt dan Huici-Montagud 2008).
DAFTAR PUSTAKA
1. S, D, Y, M, MA, AA. 2013. Oxidative stress contributes to cobalt oxide nanoparticles-induced cytotoxicity and DNA damage in human hepatocarcinoma cells. Int J Nanomed. 8:189–199.
2. B, J, G, L, R, A. 2015. Long-term exposures to low doses of cobalt nanoparticles induce cell transformation enhanced by oxidative damage. Nanotoxicol. 9:138–147.
3. EL, JA, N. 2004. Cobalt enhances DNA cleavage mediated by human topoisomerase II alpha in vitro and in cultured cells. Biochemistry. 43:728–735.
4. S, W, D, A, T, R, S, M, W, M, et al. 2009. Toxicity of tungsten carbide and cobalt-doped tungsten carbide nanoparticles in mammalian cells in vitro. Environ Health Perspect. 117:530–536.
5. M, MD, RA, JA, GL, BK, JH, JR, MJ. 2015. Comparative toxicity and carcinogenicity of soluble and insoluble cobalt compounds. Toxicol. 333:195–205.
6. D, A. 2008. Carcinogenic metal compounds: recent insight into molecular and cellular mechanisms. Arch Toxicol. 82:493.
7. G, A, B, L, M, WH, A, G, S, SA, et al. 2009. Nanoparticles can cause DNA damage across a cellular barrier. Nature Nanotech. 4:876–883.
8. HM, A. 2008. Strategy of the scientific committee on occupational exposure limits (SCOEL) in the derivation of occupational exposure limits for carcinogens and mutagens. Arch Toxicol. 82:61–64.
9. SM, JM, RE. 2014. Systemic toxicity related to metal hip prostheses. Clin Toxicol (Phila). 52:837–847.
10. C, C, A, C, N, S, R, E, V. 2013. Cobalt chloride speciation, mechanisms of cytotoxicity on human pulmonary cells, and synergistic toxicity with zinc. Metallomics. 5:133–143.
11. T, W. 2003. Bioaccessibility of metals in human health risk assessment: evaluating risk from exposure to cobalt compounds. J Environ Monit. 5:71N–76N.
12. JR, JR, JR, JK, RC, SL, PW, BJ. 1999. Inhalation toxicity and carcinogenicity studies of cobalt sulfate. Toxicol Sci. 49:56–67.
13. D, A, AM, R, P, G, S, S, CL. 2015. Investigation on cobalt-oxide nanoparticles cyto-genotoxicity and inflammatory response in two types of respiratory cells. J Appl Toxicol. 35:1102–1113.
14. AC, S, JJ, F, J, C, C, K, MG, JJ, et al. 2016. Systemic cobalt toxicity from total hip arthroplasties: review of a rare condition Part 1 – history, mechanism, measurements, and pathophysiology. Bone Joint J. 98-B:6–13.
15. WV, LD, DJ, ML, BL. 2014. Toxicology-based cancer causation analysis of CoCr-containing hip implants: a quantitative assessment of genotoxicity and tumorigenicity studies. J Appl Toxicol. 34:939–967.
16. CG, MJ, A, A. 1992. Factors affecting the in vitro dissolution of cobalt oxide. Environ Health Perspect. 97:109–113.
17. R, A, J, M, E, E, L. 2008. Comparative genotoxicity of cobalt nanoparticles and ions on human peripheral leukocytes in vitro. Mutagenesis. 23:377–382.
18. F, P, A, C, A. 2009. Cancer-related inflammation, the seventh hallmark of cancer: links to genetic instability. Carcinogenesis. 30:1073–1081.
19. K, S, AK. 2015. Selected aspects of the action of cobalt ions in the human body. Cent Eur J Immunol. 40:236–242.
20. M, P, B, M, D. 2003. In vivo genotoxicity of hard metal dust: induction of micronuclei in rat type II epithelial lung cells. Carcinogenesis. 24:1793–1800.
21. JJ, AC, J, BW, S, M. 2013. Clinical features, testing, and management of patients with suspected prosthetic hip-associated cobalt toxicity: a systematic review of cases. J Med Toxicol. 9:405–415.
22. M, ER, J, L, Y, B, S, V, V, AR, et al. 2009. Size-dependent effects of tungsten carbide-cobalt particles on oxygen radical production and activation of cell signaling pathways in murine epidermal cells. Toxicol Appl Pharmacol. 241:260–268.
23. AT, RT, LA, I, ID, R, CP. 2001. Increased chromosome translocations and aneuploidy in peripheral blood lymphocytes of patients having revision arthroplasty of the hip. J Bone Joint Surg Br. 83-B:1075–1081.
24. AC, JM, LA, KS, J, DR, M, E, MI, A, et al. 2001. C. elegans EGL-9 and mammalian homologs define a family of dioxygenases that regulate HIF by prolyl hydroxylation. Cell. 107:43–54.
25. SB. 1983. The in vivo effect of cobalt chloride on chromosomes. Rev Brasil Gen. 6:433.
26. L, Y, M, Y, R, Z, DJ, X, Q. 2015. Up-regulation of Gadd45alpha after exposure to metal nanoparticles: the role of hypoxia inducible factor 1alpha. Environ Toxicol. 30:490–499.
27. M, R, IJ, J, E, CP. 2010. The genotoxicity of physiological concentrations of chromium (Cr(III) and Cr(VI)) and cobalt (Co(II)): an in vitro study. Mutat Res. 688:53–61.
28. RA, AI. 2011. Influence of the sliding velocity and the applied potential on the corrosion and wear behavior of HC CoCrMo biomedical alloy in simulated body fluids. J Mech Behav Biomed Mater. 4:2090–2102.
29. SE, MW, JL, Z, A. 2013. Uptake, p53 pathway activation, and cytotoxic responses for Co(II) and Ni(II) in human lung cells: implications for carcinogenicity. Toxicol Sci. 136:467–477.
30. H, A, U, H-B, H-W. 2009. Chemically induced pheochromocytomas in rats: mechanisms and relevance for human risk assessment. Crit Rev Toxicol. 39:695–718.
31. TK, SR, T, A. 2005. Can lung cancer risk among nickel refinery workers be explained by occupational exposures other than nickel? Epidemiology. 16:146–154.
32. T, G, A, R, C, JP, AM, CJ. 2006. Biological tolerance of different materials in bulk and nanoparticulate form in a rat model: sarcoma development by nanoparticles. J R Soc Interface. 3:767–775.
33. A, F, J, A, H, KP, J. 2013. Metal ion concentrations in body fluids after implantation of hip replacements with metal-on-metal bearing–systematic review of clinical and epidemiological studies. PLoS One. 8:e70359.
34. RG, V, K, JJ, TO, T, D, K, G, G, et al. 2014. Inter-laboratory validation of bioaccessibility testing for metals. Regul Toxicol Pharmacol. 70:170–181.
35. WE, KA. 2014. Bioaccessibility of metals in alloys: evaluation of three surrogate biofluids. Environ Pollut. 185:52–58.
36. C, R. 1990. Mortality study among workers from the hard metal industry (in Swedish). Arbete Och Hälsa. 21:1–20.
37. HH, MJ, TV, RA, GE, MJ, M, KL, SL, RC, AR. 2015. Kras, Egfr, and Tp53 Mutations in B6C3F1/N mouse and F344/NTac rat alveolar/bronchiolar carcinomas resulting from chronic inhalation exposure to cobalt metal. Toxicol Pathol. 43:872–882.
38. L, L, TG, X, M. 2013. Induction of miR-21-PDCD4 signaling by tungsten carbide-cobalt nanoparticles in JB6 cells involves ROS-mediated MAPK pathways. J Environ Pathol Toxicol Oncol. 32:41–51.
39. C, HL, BR, SL, JB. 2013. Chromium and cobalt ion concentrations in blood and serum following various types of metal-on-metal hip arthroplasties: a literature overview. Acta Orthop. 84:229–236.
40. J, Y, CA, WS. 2015. Response-metrics for acute lung inflammation pattern by cobalt-based nanoparticles. Part Fibre Toxicol. 12:13–0089.
41. I, C, Z, K. 2013. Hypoxia-inducible factor signaling in pheochromocytoma: turning the rudder in the right direction. J Natl Cancer Inst. 105:1270–1283.
42. KS, TH, SL, CW, BA, JM, M. 1994. Oxidative DNA base damage in renal, hepatic, and pulmonary chromatin of rats after intraperitoneal injection of cobalt(II) acetate. Chem Res Toxicol. 7:329–335.
43. GM, ID, CP. 2008. A systematic comparison of the actual, potential, and theoretical health effects of cobalt and chromium exposures from industry and surgical implants. Crit Rev Toxicol. 38:645–674.
44. D, T, H, V, M, GS, R, S, K, G, et al. 2015. New investigations into the genotoxicity of cobalt compounds and their impact on overall assessment of genotoxic risk. Regul Toxicol Pharmacol. 73:311–338.
45. PR, M, M, EH. 2011. Hip resurfacing versus metal-on- metal total hip arthroplasty – are metal ion levels different? Bull NYU Hosp Jt Dis. 69:S5–S11.
46. D, A, R, J, M, CP. 2004. Changes in metal levels and chromosome aberrations in the peripheral blood of patients after metal-on-metal hip arthroplasty. J Arthroplasty. 19:78–83.
47. A, P, BA, HG, TP, VF. 2014. Changes in mortality patterns following total hip or knee arthroplasty over the past two decades: a nationwide cohort study. Arthritis Rheumatol. 66:311–318.
48. G, P, JJ, B, B, C, M, J. 1994. Lung cancer mortality in a French cohort of hard-metal workers. Am J Ind Med. 26:585–595.
49. SG, H, HM. 2001. Transcriptional repression of the human p53 gene by cobalt chloride mimicking hypoxia. FEBS Lett. 507:259–263.
50. Q, Q, M. 2009. Alterations of histone modifications by cobalt compounds. Carcinogenesis. 7:1243–1251.
51. D. (2015). Cobalt. In: GF, BA, M, editors. Handbook on the toxicology of metals. 4th ed. Academic Press; p. 743–763.
52. D, P, L, R, B. 1995. Physicochemical mechanism of the interaction between cobalt metal and carbide particles to generate toxic activated oxygen species. Chem Res Toxicol. 8:600–606.
53. D, M, V, M. 2001. Update on the genotoxicity and carcinogenicity of cobalt compounds. Occup Environ Med. 58:619–625.
54. LZ, M, JZ, Y, BA, B, JJ, BH. 2015. Tungsten carbide-cobalt nanoparticles induce reactive oxygen species, AKT, ERK, AP-1, NF-kappaB, VEGF, and angiogenesis. Biol Trace Elem Res. 166:57–65.
55. N, M, I, E, D, M. 2004. Evaluation of the apoptogenic potential of hard metal dust (WC-Co), tungsten carbide and metallic cobalt. Toxicol Lett. 154:23–34.
56. N, D, P, M. 2008. In vitro expression of hard metal dust (WC-Co)–responsive genes in human peripheral blood mononucleated cells. Toxicol Appl Pharmacol. 227:299–312.
57. AK, M, M, BL, DJ, G. 2015a. Toxicology of wear particles of cobalt-chromium alloy metal-on-metal hip implants Part II: importance of physicochemical properties and dose in animal and in vitro studies as a basis for risk assessment. Nanomedicine. 11:1285–1298.
58. AK, M, M, BL, DJ, G. 2015b. Toxicology of wear particles of cobalt-chromium alloy metal-on-metal hip implants Part I: physicochemical properties in patient and simulator studies. Nanomedicine. 11:1201–1215.
59. KT, T, P, A, V, P, M, E. 2012. Risk of cancer with metal-on-metal hip replacements: population based study. BMJ. 345:e4646.
60. GM, JM, S. 2017. Mortality among hardmetal production workers: pooled analysis of cohort data from an international investigation. J Occup Environ Med. 59:e342–e364.
61. MT, JJ, MA. 2012. Wear-corrosion synergism in a CoCrMo hip bearing alloy is influenced by proteins. Clin Orthop Relat Res. 470:3109–3117.
62. H, D, H, N, E, F. 2015. Genotoxicity of tungsten carbide-cobalt (WC-Co) nanoparticles in vitro: mechanisms-of-action studies. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 779:15–22.
63. H, D, N, E, N, F. 2014. Tungsten carbide-cobalt as a nanoparticulate reference positive control in in vitro genotoxicity assays. Toxicol Sci. 137:125–134.
64. JJ, P, S, G, A, C, P, F, A. 1998. Lung cancer risk in hard-metal workers. Am J Epidemiol. 148:241–248.
65. NTP. 1998. NTP Toxicology and Carcinogenesis Studies of Cobalt Sulfate Heptahydrate (CAS No. 10026-24-1) in F344/N Rats and B6C3F1 Mice (Inhalation Studies). Natl. Toxicol. Program. Tech. Rep. Ser. 471, 1–268.
66. NTP. 2014. NTP Toxicology Studies of Cobalt Metal (CASRN 7440-48-4) in F344/N Rats and B6C3F1/N Mice and Toxicology and Carcinogenesis Studies of Cobalt Metal in F344/NTac Rats and B6C3F1/N Mice (Inhalation Studies). Peer review draft. Technical Reports Series 581. Research Triangle Park, NC, US Department of Health and Human Services, NIH.
67. T, J, T. 2006. Cancer after total joint arthroplasty: a meta-analysis. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 15:1532–1537.
68. R, C, C, C, S, L, M, M, V, A, et al. 2014. Low-solubility particles and a Trojan-horse type mechanism of toxicity: the case of cobalt oxide on human lung cells. Part Fibre Toxicol. 11:14.
69. K, JK, JR, RR, A. 2002. Association of adrenal pheochromocytoma and lung pathology in inhalation studies with particulate compounds in the male F344 rat–the National Toxicology Program experience. Toxicol Pathol. 30:263–270.
70. V, H, T, R, L, F, S. 2015. Human cell line-dependent WC-Co nanoparticle cytotoxicity and genotoxicity: a key role of ROS production. Toxicol Sci. 143:385–397.
71. M, JM, JL, J, PR, PE. 2016. Blood metal ion levels are not a useful test for adverse reactions to metal debris: a systematic review and meta-analysis. Bone Joint Res. 5:379–386.
72. S, A, G. 1991. Chromosomal aberrations induced by cobaltous chloride in mice in vivo. Biol Trace Elem Res. 29:139–145.
73. I, C, R, S, R, S, J, E, CP. 2007a. The effect of nano- and micron-sized particles of cobalt-chromium alloy on human fibroblasts in vitro. Biomaterials. 28:2946–2958.
74. I, Z, D, D, AC, A, R, ID, CP. 2007b. Genotoxic effects of particles of surgical cobalt chrome alloy on human cells of different age in vitro. Mutat Res. 619:45–58.
75. E, C, V, M. 2012. Co-exposure to nickel and cobalt chloride enhances cytotoxicity and oxidative stress in human lung epithelial cells. Toxicol Appl Pharmacol. 258:367–375.
76. DJ, BE, KM, BL, BD. 2013. A review of the health hazards posed by cobalt. Crit Rev Toxicol. 43:316–362.
77. BG, JM, JW, M, HJ, A, RG. 2016. Increased mortality in metal-on-metal versus non-metal-on-metal primary total hip arthroplasty at 10 years and longer follow-up: a systematic review and meta- analysis. PLoS One. 11:e0156051.
78. A, A, HW, W. 2002. Urinary 8-hydroxydeoxyguanosine and sister chromatid exchanges in patients with total hip replacements. J Toxicol Environ Health Part A. 65:655–664.
79. JP, D, M, C. 2002. CoCl2, a chemical inducer of hypoxia-inducible factor-1, and hypoxia reduce apoptotic cell death in hepatoma cell line HepG2. Ann N Y Acad Sci. 973:443–447.
80. SP, Y, KK, LA, NJ, JR, JJ. 2014. Loss of hypoxia-inducible factor 2 alpha in the lung alveolar epithelium of mice leads to enhanced eosinophilic inflammation in cobalt-induced lung injury. Toxicol Sci. 137:447–457.
81. VK, M, S, L, SA, S, IT, E, A, DJ, et al. 2013. Influence of particle size and reactive oxygen species on cobalt chrome nanoparticle-mediated genotoxicity. Biomaterials. 34:3559–3570.
82. HC, JR, RA, TB, AN. 2013. Cobalt-induced genotoxicity in male zebrafish (Danio rerio), with implications for reproduction and expression of DNA repair genes. Aquat Toxicol. 126:224–230.
83. K, MM, RA. 2015. Wear mapping of CoCrMo alloy in simulated bio-tribocorrosion conditions of a hip prosthesis bearing in calf serum solution. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 49:452–462.
84. Y, SP, P, KK, AK, SG, E, LD, TR, RS, et al. 2015. Loss of HIF-2alpha rescues the HIF-1alpha deletion phenotype of neonatal respiratory distress in mice. PLoS One. 10:e0139270.
85. Y, KY, R, LA, JR, JJ. 2010. Role of hypoxia-inducible factor 1{alpha} in modulating cobalt-induced lung inflammation. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 298:L139–L147.
86. R, P, J, A, R, E. 2017. Cancer incidence among Finnish male cobalt production workers in 1969-2013: a cohort study. BMC Cancer. 17:340.
87. RP, F, Ag1054:427M. 2007. Genotoxicity of poorly soluble particles. Inhal Toxicol. 19:189–198.
88. LO, AM, H, BI, P. 2011. Cobalt uptake and binding in human red blood cells. Blood Cells Mol Dis. 46:266–276.
89. LO, H, P. 2012. Cobalt metabolism and toxicology-a brief update. Sci Total Environ. 432:210–215.
90. AJ, P, M, AW. 2012. Risk of cancer in first seven years after metal-on-metal hip replacement compared with other bearings and general population: linkage study between the National Joint Registry of England and Wales and hospital episode statistics. Brit Med J. 344:e2383.
91. LJ, AL, SK, MD, T, JP.2014. The cytotoxicity and genotoxicity of soluble and particulate cobalt in human lung fibroblast cells. Toxicol Appl Pharmacol. 278:259–265.
92. RM, T, H, L, RM, JP2017. The cytotoxicity and genotoxicity of particulate and soluble cobalt in human urothelial cells. Biol Trace Elem Res. 180:48–55.
93. W, J, D, T. 2003. Bioaccessibility testing of cobalt compounds. J Environ Monit. 5:675–680.
94. Y, H, Y, M, H, M. 1993. Micronucleus test and erythropoiesis: effect of cobalt on the induction of micronuclei by mutagens. Environ Mol Mutagen. 22:101–106.
95. A, E, CP. 2010. The in vitro genotoxicity of orthopaedic ceramic (Al2O3) and metal (CoCr alloy) particles. Mutat Res. 697:1–9.
96. C, T, C, V, V, I, V. 2015. Poorly soluble cobalt oxide particles trigger genotoxicity via multiple pathways. Toxicol Sci. 13:870.
97. T, P, P, E. 2010. Cancer risk is not increased after conventional hip arthroplasty. Acta Orthop. 81:77–81.
98. P, E, C. 2009. Lung cancer and exposure to metals: the epidemiological evidence. Methods Mol Biol. 472:139–167.
99. P, A, S, JJ, F. 2000. Lung cancer mortality in a site producing hard metals. Occup Environ Med. 57:568–573.
100. H, LJ, AL, T, JP. 2016. The cytotoxicity and genotoxicity of soluble and particulate cobalt in human lung epithelial cells. Environ Mol Mutagen. 57:282–287.
101. Y, G, T, DE. 2003. Cobalt inhibits the interaction between hypoxia-inducible factor-alpha and von Hippel-Lindau protein by direct binding to hypoxia-inducible factor-alpha. J Biol Chem. 278:15911–15916.
102. XD, J, L, X, V, M. 2010. Tungsten carbide-cobalt particles activate Nrf2 and its downstream target genes in JB6 cells possibly by ROS generation. J Environ Pathol Toxicol Oncol. 29:31–40.
103. J, L, R, SS, V, M. 2013. Apoptosis induced by tungsten carbide-cobalt nanoparticles in JB6 cells involves ROS generation through both extrinsic and intrinsic apoptosis pathways. Int J Oncol. 42:1349–1359.
Sumber:
D. Lison, S.Van den Brule and G. Van Maele-Fabry. 2018 Cobalt and its compounds: update on genotoxic and carcinogenic activities. Critical Reviews in Toxicology Vol. 48,Issue 7: 522-539
No comments:
Post a Comment