The effects of carbon nanotubes on skin toxicity have not been extensively studied; however, our lab has previously shown that a carboxylated multi-walled carbon nanotube (MWCNT) exacerbates the 2, 4-dinitrofluorobenzene induced contact hypersensitivity response in mice. Here we examine the role of carboxylation in MWCNT skin toxicity. MWCNTs were analyzed by transmission electron microscopy, zetasizer, and x-ray photoelectron spectroscopy to fully characterize the physical properties. Two MWCNTs with different levels of surface carboxylation were chosen for further testing. The MWCNTs with a high level of carboxylation displayed increased cytotoxicity in a HaCaT keratinocyte cell line, compared to the MWCNTs with intermediate levels of carboxylation. However, neither functionalized MWCNT increased the level of in vitro reactive oxygen species suggesting an alternative mechanism of cytotoxicity. Each MWCNT was tested in the contact hypersensitivity model, and only the MWCNTs with greater than 20% surface carboxylation exacerbated the ear swelling responses. Analysis of the skin after MWCNT exposure reveals that the same MWCNTs with a high level of carboxylation increase epidermal thickness, mast cell and basophil degranulation, and lead to increases in polymorphonuclear cell recruitment when co-administered with 2, 4-dinitrofluorobenzene. The data presented here suggest that acute, topical application of low doses of MWCNTs can induce keratinocyte cytotoxicity and exacerbation of allergic skin conditions in a carboxylation dependent manner.

中文翻译：

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多壁碳纳米管氧化依赖性角质形成细胞的细胞毒性和皮肤炎症

碳纳米管对皮肤毒性的影响尚未得到广泛研究；然而，我们的实验室之前已经表明，羧化多壁碳纳米管 (MWCNT) 会加剧 2, 4-二硝基氟苯诱导的小鼠接触超敏反应。在这里，我们研究了羧化在 MWCNT 皮肤毒性中的作用。通过透射电子显微镜、Zetasizer 和 X 射线光电子能谱分析 MWCNT，以充分表征其物理特性。选择具有不同表面羧化水平的两种多壁碳纳米管用于进一步测试。与具有中等羧化水平的 MWCNT 相比，具有高水平羧化的 MWCNT 在 HaCaT 角质形成细胞系中表现出更高的细胞毒性。然而，功能化的 MWCNT 均未增加体外活性氧的水平，这表明存在另一种细胞毒性机制。每个多壁碳纳米管都在接触超敏反应模型中进行了测试，只有表面羧化超过 20% 的多壁碳纳米管会加剧耳肿胀反应。MWCNT 暴露后的皮肤分析表明，具有高水平羧化的相同 MWCNT 会增加表皮厚度、肥大细胞和嗜碱性粒细胞脱颗粒，并在与 2, 4-二硝基氟苯共同给药时导致多形核细胞募集增加。此处提供的数据表明，低剂量 MWCNT 的急性局部应用可以诱导角质形成细胞的细胞毒性并以羧化依赖性方式加重过敏性皮肤病症。每个多壁碳纳米管都在接触超敏反应模型中进行了测试，只有表面羧化超过 20% 的多壁碳纳米管会加剧耳肿胀反应。MWCNT 暴露后的皮肤分析表明，具有高水平羧化的相同 MWCNT 会增加表皮厚度、肥大细胞和嗜碱性粒细胞脱颗粒，并在与 2, 4-二硝基氟苯共同给药时导致多形核细胞募集增加。此处提供的数据表明，低剂量 MWCNT 的急性局部应用可以诱导角质形成细胞的细胞毒性并以羧化依赖性方式加重过敏性皮肤病症。每个多壁碳纳米管都在接触超敏反应模型中进行了测试，只有表面羧化超过 20% 的多壁碳纳米管会加剧耳肿胀反应。MWCNT 暴露后的皮肤分析表明，具有高水平羧化的相同 MWCNT 会增加表皮厚度、肥大细胞和嗜碱性粒细胞脱颗粒，并在与 2, 4-二硝基氟苯共同给药时导致多形核细胞募集增加。此处提供的数据表明，低剂量 MWCNT 的急性局部应用可以诱导角质形成细胞的细胞毒性并以羧化依赖性方式加重过敏性皮肤病症。MWCNT 暴露后的皮肤分析表明，具有高水平羧化的相同 MWCNT 会增加表皮厚度、肥大细胞和嗜碱性粒细胞脱颗粒，并在与 2, 4-二硝基氟苯共同给药时导致多形核细胞募集增加。此处提供的数据表明，低剂量 MWCNT 的急性局部应用可以诱导角质形成细胞的细胞毒性并以羧化依赖性方式加重过敏性皮肤病症。MWCNT 暴露后的皮肤分析表明，具有高水平羧化的相同 MWCNT 会增加表皮厚度、肥大细胞和嗜碱性粒细胞脱颗粒，并在与 2, 4-二硝基氟苯共同给药时导致多形核细胞募集增加。此处提供的数据表明，低剂量 MWCNT 的急性局部应用可以诱导角质形成细胞的细胞毒性并以羧化依赖性方式加重过敏性皮肤病症。