References

foodsyst

Food systems

Пищевые системы

2618-97712618-7272

Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН

10.21323/2618-9771-2025-8-1-114-123

foodsyst-713

Research Article

Статьи

Development of a dietary supplement with iron oxide nanoparticles and study of its chronic toxicity and biological effects

Разработка БАД с наночастицами оксида железа и изучение ее хронической токсичности и биологических эффектов

https://orcid.org/0000-0002-0208-4792

Дыдыкин

А. С.

Dydykin

A. S.

Дыдыкин Андрей Сергеевич - доктор технических наук, доцент, заведующий отделом функционального и специализированного питания

109316, Москва, ул. Талалихина, 26

Тел.: + 7–495–676–95–11 (264)

Andrey S. Dydykin, Doctor of Technical Sciences, Docent, Chief of the Department Functional and Specialized Nutrition

26, Talalikhin str., 109316, Moscow

Tel.: + 7–495–676–95–11 (264)

a.didikin@fncps.ru

https://orcid.org/0000-0002-4752-3939

Василевская

Е. Р.

Vasilevskaya

E. R.

Василевская Екатерина Романовна - кандидат технических наук, научный сотрудник, Экспериментальная клиника — лаборатория биологически активных веществ животного происхождения

109316, Москва, ул. Талалихина, 26

Тел: + 7–495–676–92–11

Ekaterina R. Vasilevskaya, Candidate of Technical Sciences, Researcher, Experimental Clinic — Research Laboratory of Biologically Active Substances of an Animal Origin

26, Talalikhin str., 109316, Moscow

Tel.: + 7–495–676–92–11

e.vasilevskaya@fncps.ru

https://orcid.org/0000-0003-2831-4864

Асланова

М. А.

Aslanova

M. A.

Асланова Мариэтта Арутюновна - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, руководитель направления продуктов функционального и социального питания, отдел функционального и специализированного питания

109316, Москва, ул. Талалихина, 26

Тел.: + 7–495–676–95–11 (263)

Marietta A. Aslanova, Candidate of Technical Sciences, Leading Researcher, Head of the Direction of the Technology of Functional and Social Nutrition Products, Department Functional and Specialized Nutrition

26, Talalikhin str., 109316, Moscow

Tel: + 7–495–676–95–11 (263)

m.aslanova@fncps.ru

https://orcid.org/0000-0003-1785-7994

Деревицкая

О. К.

Derevitskaya

O. K.

Деревицкая Ольга Константиновна - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, руководитель направления технологии продуктов детского питания, отдел функционального и специализированного питания

109316, Москва, ул. Талалихина, 26

Тел.: + 7–495–676–95–11 (261)

Olga K. Derevitskaya, Candidate of Technical Sciences, Leading Researcher, Head of the Baby Food Technology Department, Department Functional and Specialized Nutrition

26, Talalikhin str., 109316, Moscow

Tel: + 7–495–676–95–11 (261)

o.derevickaya@mail.ru

https://orcid.org/0000-0003-2719-9649

Полищук

Е. К.

Polishchuk

E. K.

Полищук Екатерина Константиновна - младший научный сотрудник, Экспериментальная клиника-лаборатория биологически активных веществ животного происхождения

109316, Москва, ул. Талалихина, 26

Teл.: + 7–495–676–95–11 (доб.129)

Ekaterina K. Polishchuk, Junior Researcher, Experimental Clinic — Research Laboratory of Biologically Active Substances of an Animal Origin

26, Talalikhin str., 109316, Moscow

Tel.: + 7–495–676–95–11 (129)

e.politchuk@fncps.ru

https://orcid.org/0000-0002-1066-5589

Купаева

Н. В.

Kupaeva

N. V.

Купаева Надежда Владимировна - кандидат технических наук, младший научный сотрудник, Экспериментальная клиника — лаборатория биологически активных веществ животного происхождения

109316, Москва, ул. Талалихина, 26

Тел: + 7–966–359–19–00

Nadezhda V. Kupaeva, Candidate of Technical Sciences, Junior Researcher, Experimental Clinic — Research Laboratory of Biologically Active Substances of an Animal Origin

26, Talalikhin str., 109316, Moscow

Tel.: + 7–966–359–19–00

n.kupaeva@fncps.ru

https://orcid.org/0000-0001-7448-6451

Молдованов

Г. Г.

Moldovanov

G. G.

Молдованов Геннадий Геннадьевич - инженер-исследователь, Экспериментальная клиника — лаборатория биологически активных веществ животного происхождения

109316, Москва, ул. Талалихина, 26

Тел: + 7–495–676–95–11 (доб.128)

Gennadiy G. Moldovanov, Engineer Researcher, Experimental Clinic — Research Laboratory of Biologically Active Substances of an Animal Origin

26, Talalikhin str., 109316, Moscow

Tel.: + 7–495–676–95–11 (128)

g.moldovanov@fncps.ru

Федеральный научный центр пищевых систем им. В. М. ГорбатоваРоссияV. M. Gorbatov Federal Research Center for Food SystemsRussian Federation

2025

25042025

81114123

2025

Дыдыкин А.С., Василевская Е.Р., Асланова М.А., Деревицкая О.К., Полищук Е.К., Купаева Н.В., Молдованов Г.Г.

Dydykin A.S., Vasilevskaya E.R., Aslanova M.A., Derevitskaya O.K., Polishchuk E.K., Kupaeva N.V., Moldovanov G.G.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.fsjour.com/jour/article/view/713

Anemia is a global public health problem, the main cause of which is iron deficiency in the body. The difficulty of enriching the diet with iron is explained by the oxidative nature of iron, which leads to undesirable sensory changes and a decrease in the quality and shelf life of food. The work is devoted to the selection of bioavailable forms of iron, which, when added to food in an appropriate amount, are not rejected by the body. The aim of the work was to study in experiments on laboratory rats the chronic toxicity and effectiveness of the developed dietary supplement “PoliFerVit” in comparison with commercial preparations of iron oxides E172 (Fe2O3 + FeO) and iron sulfate (FeSO4 × 7H2O). The objects of the study were iron (II) sulfate heptahydrate (FeSO4 × 7H2O), a mixture of iron oxides E172 (Fe2O3 + FeO), dietary supplement “PoliFerVit” for use as a source of iron (FeO, Fe2O3, Fe3O4), vitamin C, and dihydroquercetin. In the process of work, a biologically active food additive (dietary supplement) “PoliFerVit” was developed, the iron content in the additive is 136% of the daily requirement. A comparison of the biological activity and chronic toxicity of the dietary supplement “PoliFerVit” and commercial iron preparations showed that all studied objects, when administered daily to laboratory animals for 32 days, did not affect the body weight of animals and their physiological state, and also did not cause changes in the main indicators of the general blood test, in particular, in the leukocyte formula. The revealed dynamics towards an increase in serum iron content when using a mixture of iron oxides (up to 17%) and dietary supplement “PoliFerVit” (up to 22%) indicates similar bioavailability, and the bioavailability of dietary supplement “PoliFerVit” is higher, which is probably due to the nanoscale size of iron particles and the combined composition of the additive. An important advantage of the dietary supplement “PoliFerVit” is a less pronounced negative effect on the antioxidant system, which was expressed in an increase in the superoxide dismutase index to 44%.

Анемия представляет собой глобальную проблему общественного здравоохранения, вызванную в основном дефицитом железа. Сложность обогащения рациона питания железом обусловлена окислительными свойствами железа, которые приводят к нежелательным сенсорным изменениям и к снижению качества и срока годности продуктов питания. Работа посвящена выбору биодоступных форм железа, которые при добавлении в пищу в соответствующем количестве не отторгаются организмом. Целью работы являлось изучение при помощи опытов на лабораторных крысах хронической токсичности и эффективности разработанной БАД «ПолиФерВит» в сравнении с коммерческими препаратами оксидов железа Е172 (Fe2O3 + FeO) и сернокислого железа (FeSO4 × 7H2O). Объектом исследования являлись: железо (II) сернокислое 7-водное (FeSO4 × 7H2O); смесь оксидов железа Е172 (Fe2O3 + FeO); БАД «ПолиФерВит» для применения в качестве источника железа (FeO, Fe2O3, Fe3O4), витамина С и дигидрокверцетина. В процессе работы разработана биологически активная добавка к пище (БАД) «ПолиФерВит», содержание железа в добавке составляет 136% от суточной потребности. Сравнение биологической активности и хронической токсичности БАД «ПолиФерВит» и коммерческих препаратов железа показало, что все исследуемые объекты при ежедневном введении лабораторным животным в течение 32 суток не оказывали влияния на массу тела животных и на их физиологическое состояние, а также не вызвали изменений основных показателей общего анализа крови, в частности, в лейкоцитарной формуле. Выявленная динамика к увеличению содержания сывороточного железа при употреблении смеси оксидов железа (до 17%) и БАД «ПолиФерВит» (до 22%) свидетельствует о сходной биодоступности, причем биодоступность БАД «ПолиФерВит» более высокая, что, вероятно, связано с наноразмером частиц железа и с комбинированным составом добавки. Важным преимуществом БАД «ПолиФерВит» является менее выраженное негативное влияние на антиоксидантную систему, что выражалось в увеличении показателя супероксиддисмутазы до 44%.

анемияоксиды железананожелезобиодоступностьлабораторные животныеантиоксидантная емкость

anemiairon oxidesnano ironbioavailabilitylaboratory animalsantioxidant capacity

References1

Nielsen, O. H., Soendergaard, C., Vikner, M. E., Weiss, G (2018). Rational management of iron-deficiency anemia in inflammatory bowel disease. Nutrients, 10(1), Article 82. https://doi.org/10.3390/nu10010082

Stevens, G. A., Paciorek, C. J., Flores-Urrutia, M. C., Borghi, E., Namaste, S., Wirth, J. P. et al. (2022). National, regional, and global estimates of anaemia by severity in women and children for 2000–19: A pooled analysis of populationrepresentative data. The Lancet Global Health, 10(5), e627-e639. https://doi.org/10.1016/s2214-109x(22)00084-5

Kumar, P., Sharma, H., Sinha, D. (2021). Socio-economic inequality in anaemia among men in India: A study based on cross-sectional data. BMC Public Health, 21(1), Article 1345. https://doi.org/10.1186/s12889-021-11393-5

Редакционная статья. (2020). Отчет о работе Экспертного совета «Актуальные вопросы железодефицита в Российской Федерации». Терапия, 6(5(39)), 10–19.

Editorial article. (2020). Report on work performed by Expert council «Actual aspects of iron deficiency in the Russian Federation» Therapy, 6(5(39)), 10–19. (In Russian) https://doi.org/10.18565/therapy.2020.5.10-19

Ciont, C., Mesaroș, A., Pop, O. L., Vodnar, D. C. (2023). Iron oxide nanoparticles carried by probiotics for iron absorption: A systematic review. Journal of Nanobiotechnology, 21(1), Article 124. https://doi.org/10.1186/s12951-023-01880-9

Kumari, A., Chauhan, A. K. (2022). Iron nanoparticles as a promising compound for food fortification in iron deficiency anemia: A review. Journal of Food Science and Technology, 59(9), 3319–3335. https://doi.org/10.1007/s13197-021-05184-4

Shubham, K., Anukiruthika, T., Dutta, S., Kashyap, A. V., Moses, J. A., Anandharamakrishnan, C. (2020). Iron deficiency anemia: A comprehensive review on iron absorption, bioavailability and emerging food fortification approaches. Trends in Food Science and Technology, 99, 58–75. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.02.021

Henare, S. J., Singh, N. N., Ellis, A. M., Moughan, P. J., Thompson, A. K., Walczyk, T. (2019). Iron bioavailability of a casein-based iron fortificant compared with that of ferrous sulfate in whole milk: A randomized trial with a crossover design in adult women. The American Journal of Clinical Nutrition, 110(6), 1362–1369. https://doi.org/10.1093/ajcn/nqz237

Hurrell, R. F. (2022). Ensuring the efficacious iron fortification of foods: A tale of two barriers. Nutrients, 14(8), Article 1609. https://doi.org/10.3390/nu14081609

Husmann, F. M., Stierli, L., Bräm, D. S., Zeder, C., Krämer, S. D., Zimmermann, M. B. et al. (2022). Kinetics of iron absorption from ferrous fumarate with and without galacto-oligosaccharides determined from stable isotope appearance curves in women. The American Journal of Clinical Nutrition, 115(3), 949–957. https://doi.org/10.1093/ajcn/nqab361

Ahmad, A. M. R., Ahmed, W., Iqbal, S., Javed, M., Rashid, S. (2021). Prebiotics and iron bioavailability? Unveiling the hidden association-A review. Trends in Food Science and Technology, 110, 584–590. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.01.085

Коденцова, В. М., Рисник, Д. В., Бессонов, В. В. (2023). Соединения железа для обогащения пищевых продуктов: сравнительный анализ эффективности. Микроэлементы в медицине, 24(1), 10–19.

Kodentsova, V.M., Risnik, D.V., Bessonov, V.V. (2023). Ron compounds for food fortification: Comparative analysis of efficiency. Trace Elements in Medicine (Moscow), 24(1), 10–19. (In Russian) https://doi.org/10.19112/2413-6174-2023-24-1-10-19

Blanco-Rojo, R., Vaquero, M. P. (2019). Iron bioavailability from food fortification to precision nutrition. A review. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 51, 126–138. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2018.04.015

Askri, D., Ouni, S., Galai, S., Chovelon, B., Arnaud, J., Sturm, N. et al. (2019). Nanoparticles in foods? A multiscale physiopathological investigation of iron oxide nanoparticle effects on rats after an acute oral exposure: Trace element biodistribution and cognitive capacities. Food and Chemical Toxicology, 127, 173–181. https://doi.org/10.1016/j.fct.2019.03.006

Singh, K., Chopra, D. S., Singh, D., Singh, N. (2022). Nano-formulations in treatment of iron deficiency anemia: An overview. Clinical Nutrition ESPEN, 52, 12–19. https://doi.org/10.1016/j.clnesp.2022.08.032

Serov, D. A., Baimler, I. V., Burmistrov, D. E., Baryshev, A. S., Yanykin, D. V., Astashev, M. E. et al. (2022). The development of new nanocomposite Polytetrafluoroethylene/Fe2O3 NPs to prevent bacterial contamination in meat industry. Polymers, 14(22), Article 4880. https://doi.org/10.3390/polym14224880

Gudkov, S. V., Burmistrov, D. E., Lednev, V. N., Simakin, A. V., Uvarov, O. V., Kucherov, R. N. et al. (2022). Biosafety construction composite based on iron oxide nanoparticles and PLGA. Inventions, 7(3), Article 61. https://doi.org/10.3390/inventions7030061

Siddiqui, M. A., Wahab, R., Saquib, Q., Ahmad, J., Farshori, N. N., Al-Sheddi, E. S. et al. (2023). Iron oxide nanoparticles induced cytotoxicity, oxidative stress, cell cycle arrest, and DNA damage in human umbilical vein endothelial cells. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 80, Article 127302. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2023.127302

Ince, M., Ince, O. K., Ondrasek, G. (2020). Biochemical toxicology — Heavy metals and nanomaterials. IntechOpen: London, UK, 2020. https://doi.org/10.5772/intechopen.85340

Kheiri, S., Liu, X., Thompson, M. (2019). Nanoparticles at biointerfaces: Antibacterial activity and nanotoxicology. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 184, Article 110550. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2019.110550

Sarimov, R. M., Nagaev, E. I., Matveyeva, T. A., Binhi, V. N., Burmistrov, D. E., Serov, D. A. et al. (2022). Investigation of aggregation and disaggregation of selfassembling nano-sized clusters consisting of individual iron oxide nanoparticles upon interaction with HEWL protein molecules. Nanomaterials, 12(22), Article 3960. https://doi.org/10.3390/nano12223960

Sarkar, A., Sil, P. C. (2014). Iron oxide nanoparticles mediated cytotoxicity via PI3K/AKT pathway: Role of quercetin. Food and chemical Toxicology, 71, 106–115. https://doi.org/10.1016/j.fct.2014.06.003

Bardestani, A., Ebrahimpour, S., Esmaeili, A., Esmaeili, A. (2021). Quercetin attenuates neurotoxicity induced by iron oxide nanoparticles. Journal of Nanobiotechnology, 19(1), Article 327. https://doi.org/10.1186/s12951-021-01059-0

Benzie, I. F. F., Strain, J. J. (1996). The ferric reducing ability of plasma (FRAP) as a measure of “antioxidant power”: The FRAP assay. Analytical Biochemistry, 239(1), 70–76. https://doi.org/10.1006/abio.1996.0292

Chernukha, I., Fedulova, L., Vasilevskaya, E., Kulikovskii, A., Kupaeva, N., Kotenkova, E. (2021). Antioxidant effect of ethanolic onion (Allium cepa) husk extract in ageing rats. Saudi Journal of Biological Sciences, 28(5), 2877–2885. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2021.02.020

Ellman, G. L. (1959). Tissue sulfhydryl groups. Archives of Biochemistry and Biophysics, 82(1), 70–77. https://doi.org/10.1016/0003-9861(59)90090-6

Marklund, S., Marklund, G. (1974). Involvement of the superoxide anion radical in the autoxidation of pyrogallol and a convenient assay for superoxide dismutase. European Journal of Biochemistry, 47(3), 469–474. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1974.tb03714.x

Величко, А. К., Соловьев, В. Б., Генгин, М. Т. (2009). Методы лабораторного определения общей перекись разрушающей активности ферментов растений. Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В. Г. Белинского, 18, 44–48.

Velichko, A.K., Solovev, V.B., Gengin, M.T. (2009). Methods of laboratory definition of the common peroxide of destroying activity of enzymes of plants. Bulletin of Penza State Pedagogical University named after V. G. Belinsky, 18, 44–48.

Семченко, В. В., Барашкова, С. А., Ноздрин, В. И., Артемьев, В. Н. (2006). Гистологическая техника. Учебное пособие. Омск–Орел: Омская областная типография, 2006.

Semchenko, V.V., Barashkova, S.A., Nozdrin, V.I., Artemev, V.N. (2006). Histological Technique. Textbook. Omsk-Oryol: Omsk Regional Printing House, 2006.

Pereira, D. I. A., Bruggraber, S. F. A., Faria, N., Poots, L. K., Tagmount, M. A., Aslam, M. F. et al. (2014). Nanoparticulate iron (III) oxo-hydroxide delivers safe iron that is well absorbed and utilised in humans. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 10(8), 1877–1886. https://doi.org/10.1016/j.nano.2014.06.012

El-Kady, M. M., Ansari, I., Arora, C., Rai, N., Soni, S., Verma, D. K. et al. (2023). Nanomaterials: A comprehensive review of applications, toxicity, impact, and fate to environment. Journal of Molecular Liquids, 370, Article 121046. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.121046

Foujdar, R., Chopra, H. K., Bera, M. B., Chauhan, A. K., Mahajan, P. (2021). Effect of probe ultrasonication, microwave and sunlight on biosynthesis, bioactivity and structural morphology of punica granatum peel’s polyphenols-based silver nanoconjugates. Waste and Biomass Valorization, 12, 2283–2302. https://doi.org/10.1007/s12649-020-01175-2

Yuan, S., Dong, P.-Y., Ma, H.-H., Liang, S.-L., Li, L., Zhang, X.-F. (2022). Antioxidant and biological activities of the Lotus root polysaccharide-iron (III) complex. Molecules, 27(20), Article 7106. https://doi.org/10.3390/molecules27207106

Ghosh, R., Arcot, J. (2022). Fortification of foods with nano-iron: Its uptake and potential toxicity: Current evidence, controversies, and research gaps. Nutrition Reviews, 80(9), 1974–1984. https://doi.org/10.1093/nutrit/nuac011

Mahesh, T., Menon, V. P. (2004). Quercetin allievates oxidative stress in streptozotocin-induced diabetic rats. Phytotherapy Research, 18(2), 123–127. https://doi.org/10.1002/ptr.1374

Kejík, Z., Kaplánek, R., Masařík, M., Babula, P., Matkowski, A., Filipenský, P. et al. (2021). Iron complexes of flavonoids-antioxidant capacity and beyond. International Journal of Molecular Sciences, 22(2), Article 646. https://doi.org/10.3390/ijms22020646

Li, J., Chang, X., Chen, X., Gu, Z., Zhao, F., Chai, Z. et al. (2014). Toxicity of inorganic nanomaterials in biomedical imaging. Biotechnology Advances, 32(4), 727–743. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2013.12.009

Fang, S., Zhuo, Z., Yu, X., Wang, H., Feng, J. (2018). Oral administration of liquid iron preparation containing excess iron induces intestine and liver injury, impairs intestinal barrier function and alters the gut microbiota in rats. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 47, 12–20. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2018.01.002

Whittaker, P., Hines, F. A., Robl, M. G., Dunkel, V. C. (1996). Histopathological evaluation of liver, pancreas, spleen, and heart from iron-overloaded sprague-dawley rats. Toxicologic Pathology, 24(5), 558–563. https://doi.org/10.1177/019262339602400504

He, H., Huang, Q., Liu, C., Jia, S., Wang, Y., An, F. et al. (2019). Effectiveness of AOS — iron on iron deficiency anemia in rats. RSC Advances, 9(9), 5053–5063. https://doi.org/10.1039/C8RA08451C

Guo, R., Zhang, L., Song, D., Yu, B., Song, C., Chen, H. et al. (2024). Endogenous iron biomineralization in the mouse spleen of metabolic diseases. Fundamental Research. https://doi.org/10.1016/j.fmre.2024.07.004 (In Press, Corrected Proof)

Sripetchwandee, J., Kongkaew, A., Kumfu, S., Chattipakorn, N., Chattipakorn, S. C. (2025). Modulating mitochondrial dynamics preserves cognitive performance via ameliorating iron-mediated brain toxicity in iron-overload rats. European Journal of Pharmacology, 593, Article 177379. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2025.177379

Turovsky, E. A., Plotnikov, E. Y., Simakin, A. V., Gudkov, S. V., Varlamova, E. G. (2025). New magnetic iron nanoparticle doped with selenium nanoparticles and the mechanisms of their cytoprotective effect on cortical cells under ischemialike conditions. Archives of Biochemistry and Biophysics, 764, Article 110241. https://doi.org/10.1016/j.abb.2024.110241

The authors declare that there are no conflicts of interest present.