CC BY
14
Rcqiilintorv Mechanist
mTJiosystems
Regulatory Mechanisms
in Biosystems
ISSN 2519-8521 (Print) ISSN 2520-2588 (Online) Regul. Mech. Biosyst., 8(4), 564-568 doi: 10.15421/021787
Biochemical markers of safety of nano-particles of metals on the model of isolated subcultural fractions of eukaryotes
M. Y. Roman'ko
National Scientific Center "Institute of Experimental and Clinical Veterinary Medicine", Kharkiv, Ukraine
Article info
Received28.09.2017 Received in revised form
04.11.2017 Accepted 09.11.2017
Institute of Experimental and Clinical Veterinary Medicine, Pushkinska st., 83, Kharkiv, 61000, Ukraine. Tel. +38-057-707-20-02. Е-mail:
marina_biochem@ukr. net
Roman'ko, M. Y. (2017). Biochemical markers of safety of nano-particles of metals on the model of isolated subcultural fractions of eukaryotes. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 8(4), 564-568. doi:10.15421/021787
Unique sizes and a high level of bioavailability allow nanoparticles of metals (NPMe) to come into direct contact with biological systems, with infectious agents, toxins, as well as with different chemical compounds and separate cell structures (proteins, lipids, nucleic acids). Other biological effects, including less toxicity than in microscopic substances, require attention to be paid to the study of the potential risk of using nanoparticles of each type in a particular way, therefore scientific support is absolutely necessary in this direction. It is believed that the cytotoxicity of nanomaterials is due to genomic and mutagenic effects, but the mechanical forces of interaction of NPMe with cells, obviously, will change not only cytological but also their metabolic reactions. Therefore, the purpose of this research was to determine the biochemical markers of safety (potential toxicity) of NPMe (Au, Ag, Cu, Fe, Co, GFCo, Zn, MnO2) on the model of isolated membrane and cytosolic fractions of eukaryotic test cells of CHO-K1 and U937 lines. Under conditions of preincubation of experimental samples of NPMe at a final concentration of 1 ^g/cm3 by the metal with preparations of subcellular fractions of CHO-K1 and U937 (in the final amount of protein 150-200 ^g/cm3) for 3 minutes at 37 ±1 °C, there was determined the magnitude of membrane ATP-ase and cytosolic LDH-ase activity compared to intact cells ("control"). According to the results of the research, colloidal dispersions of NPAg average size ~30 nm, NPFe ~100 nm, NPCu ~70 nm, and NPMnO2 ~50 nm are safe and biocompatible by their membranotropic effect on subcellular fractions of eukaryotic test cells, as evidenced by an increase in the level of membrane ATPase and cytosolic LDHase of test-cells CHO-K1, and the experimental samples NPCo, NPGFCo and NPZn average size of ~100 nm are membrane-toxic, that is, dangerous. By the nature of the changes in the enzymatic activity of the test cells U937, the discrete dimensions of the membranotropic action of NPAu have been demonstrated: nanoparticles of size ~10 nm caused the inhibition of the membrane Na+,K+-ATPase, and the size of ~30 nm and ~45 nm - its induction; nanoparticles of size ~10, ~20 and ~30 nm induced cytosolic LDHase and the size of ~45 nm - its inhibition relative to the control level of enzymes, so NPAu ~10 and ~45 nm can be considered membrane toxic, and size ~30 nm - safe and biocompatible for eukaryotic cells. Based on the hypothesis about the involvement of metabolism-dependent mechanisms of contact interaction of colloidal dispersions of experimental samples of NPMe with cells through membranotropic properties, the study of their potential danger or biocompatibility in further research can be carried out by determining the intensity of oxidation of the main structural components of biomembranes of cells - lipids and proteins and indicators of their AO-regulation.
Keywords: nanoparticles of metals; membrane ATPase; cytosolic LDHase; safety; biocompatibility; eukaryotic cell
EioxiMiHrn MapKepn 6e3neHHOcri HaHOnacraHOK MeTa^iB Ha Moge^i i3O^bOBaHHx cySK^iTHHHHx ((paRum eyKapioTiB
M. €. PoMaHbKO
Haiiionanbnuu nayKoeuu ^nmp «Incmumym eKcnepuMenmanbnoi i Knininnoi eemepunapnoiMedium» HAAH, Xapxie, YKpaina
ymKaabHi po3Mipu Ta 3Ha^HHfi piBeHb 6iogociynHocri go3BoasK>Tb HaHo^acTHHKaM MeramB (NPMe) BCTynam b npaMHfi KOHTaKT i3 6kmor«HHMH CHCieMaMH, 3 rn^eK^HHHMH arernaMH, ToKCHHaMH, a Tarn® i3 pi3HHMH XiMWHHMH cno^yKaMH Ta oKpeMHMH cipyKiypaMH KniTHH (npoTemaMH, mniaaMH, HyKneiHoBHMH KHC^oTaMH). iHmi 6ionor«m e^eKTH, y ToMy ^Hcm - MeHma ToKcrnmcTb, Hi® y pe^oBHH y MaKpopo3MipHoMy cram, BHMararoTb npHginara yBary bhbtohhk) noTeHuifiHoro pH3HKy BHKopHcraHHa HaHo^acmHoK Ko®Horo BHgy oKpeMHM ^hhom, ToMy HayKoBHH cynpoBig uboro HanpaMy a6co^roTHo Heo6xigHHH. MeTa gocrng®eHb - BH3Hawm 6ioXiM«Hi MapKepu 6e3ne^Hocri (noreHuifiHoi ToKCHHHocTi) NPMe (Au, Ag, Cu, Fe, GFCo, Co, Zn, MnO2) Ha Mogern i3o^boBaHHX MeM6paHHoi Ta uHTCeogbHoi ^paKqifi eyKapioTH^HHX TecT-KniTHH mHifi CHO-K1 Ta U937. 3a npeiHKy6auii gocrngHHX 3pa3KiB NPMe y KiHueBifi KoHueHTpauii 1 MKr/cM3 3a MeragoM i3 npenapaTaMH cy6KniTHHHHX ^paKuifi CHO-K1 i U937 (y KiHueBifi KmbKocri 6mKa 150-200 MKr/cM3) ynpogoB® 3 xbh^hh 3a TeMnepaTypu 37 °C BH3Ha^aaH MeM6paHHy ATP-a3Hy Ta umoeogbHy ^^r-a3Hy aKTHBHicTb nopiBHaHo 3 noKa3HHKaMH iHTaKTHHX KniTHH (Kornpogb). fomoi'aHi
дисперсй NPAg середнього розмiру 30 нм, NPFe 100 нм, ЫРСи 70 нм та ЫРМпОг 50 нм безпечш та бiосумiснi за !х мембранотропно! Д11 щодо субкштинних фракцш еукарiотичних тест-клгтин, про що свщчить пiдвищення рiвня мембранно! АТР-ази та цитозольно! ЛДГ-ази тест-клгтин СНО-К1, а дослвдш зразки NPСо, NPGFСо i NPZn розмiром 100 нм - мембранотоксичш, тобто небезпечнi. За характером змш ферментативно! активност в iзольованих мембранах тест-клiтин и937 доведено дискретш розмiри мембранотропно! дй NPAu: наночастинки металу розмiром 10 нм викликали iнгiбування мембранно! активностi Na+,K+-АТР-ази, а розмiром 30 i 45 нм - й iндукцiю; наночастинки металу розмiром 10, 20 i 30 нм iндукували активнiсть цитозольно! ЛДГ-ази, а розмiром 45 нм - й пригнiчення вiдносно контрольного рiвня ензимiв, тому NPAu розмiром 10 i 45 нм можна вважати мембранотоксичними, а розмiром 30 нм - безпечними та бюсумюними для еукарютичних клiтин.
Ключовi слова: наночастинки меташв; мембранна АТР-аза; цитозольна ЛДГ-аза; безпечшсть; бiосумiснiсть; еукарiотична клiтина
Вступ
Унiкальнi розмри та значний р1вень бюдоступносп дозво-ляють наночастинкам, зокрема наночастинкам металiв (ИРМе), вступати у прямий контакт i3 бiологiчними системами, з шфек-цiйними агентами, токсинами, а також iз рiзними х1мчними сполуками та окремими структурами клгтин (проте!нами, лгт-дами, нуклешовими кислотами) (Elder et al., 2002; Si^, 2004; Oberdorster et al., 2005; Yan et al., 2007; Duta et al., 2007; Owino et al., 2008; Xu et al., 2008; Cardinal et al., 2008). 1нш бюлопчт ефекти, у тому числ! менша токсичтсть (Kagan et al., 2005; Kabanov 2006; Lewinski et al., 2008; Jahnen-Dechent and Simon, 2008), тж у речовин у макророзмрному стат, вимагають при-дiляти увагу вивченню потенцшного ризику використання на-ночастинок кожного виду окремим чином, тому науковий су-провiд у цьому напрямку абсолютно необхщний.
Вiдомi науюж пратц присвячет уявленню цитотоксично! ди наночастинок взагалi на р!вн! культур клшш або стосовно гнших видгв - карбонових нанотрубок, фулеренв, модифжова-них наноалмазв (Weyermann et al., 2005; Chen et al., 2006, 2008; Powers et al., 2006). Цитотоксичтсть наноматерiалiв зумовлена гено- та мутагенними ефектами (Jia et al., 2005; Brunner et al., 2006; Lynch et al., 2007), але мехатчш сили взаемоди ИРМе з клгтинами, очевидно, будуть змшювати не лише циголопчш, а й метаботчт реакци.
1снують роз6!жносп м!ж поглядами вчених щодо небез-печностi наночастинок ауруму (NPAu): одт визначають !х не-токсичними через гнерттсть металу в дiапазоm 0,5-100 нм, а шш1 - цитотоксичними (Goodman et al., 2004; Connor et al., 2005; Shukla et al., 2005). Токсичт ефекти наночастинок ар-гентуму (NPAg), навпаки, вважають очевидними через вщому !х бюцидну дто вщносно клпин мiкроорганiзмiв (Egorova et al., 2001; Alt et al., 2004; Borysevych and Borysevych, 2010); бракуе дослвджень in vitro. Токсичтсть наночастинок купруму (NPCu) i феруму (NPFe) в основному дослщжена в систем in vivo за р!зними шляхами введення та проявляе чгтку розмрну залеж-тсть (Gupta and Gupta, 2005; Zhu et al., 2008; Sljunjaeva, 2012). Публжаци щодо бюлопчних ефектiв наночастинок гнших ме-талш обмежет за юльюстю, не вистачае Грунтовного розумш-ня бкшмчних мехатзмш !х природи.
Отже, визначення особливостей модуляци NPMe бкшмч-них процесгв у клпит в целому та И окремих структурах вщ-кривае нов! перспективи у фундаментальному розумшт !х впливу на стан i функцюнальну активтсть мiкроорганiзмiв. Саме тому мета наших дослщжень - визначити бюх1мчт маркери без-печностi (потенцшно! токсичносп) наночастинок метал1в (Au, Ag, Cu, Fe, GFCo, Co, Zn, MnO2) на моделi iзольованих мем-бранно! та цитозольно! фракцш еукарютичних тест-клпин лгнгй СНО-К1 та U937.
Матер1ал i методи досл1джень
Як бюлопчт моделi використовували лшп пухлинних rai-тин гiстiоцитарно! л1мфоми людини U937 та лшп клгтин яеч-ника китайського хом'ячка СНО-К1.
Тест-клиини лшп U937 культивували у стандартному се-редовищi RPMI 1640, що мютить 10% ембрiонально! сироват-ки ВРХ, а СНО-К1 - у середовищ F10, що мстить 5% ембрю-нально! сироватки ВРХ, за температури 37,0 ± 1,0 °С у СО2-iнкубаторi в атмосферi 5% СО2 до титру 5 • 106 кл./см3.
Життездатmсть клгтин оцшювали за допомогою фарбуван-ня з використанням 0,3% розчину трипанового синього. Кшьюсть живих клiтин складала не менше 90%.
Видшення цитозольна та мембранноï фракцш еукарютич-них тест-клiтин проводили, як описано Maianski et al. (2004): клiтини вщмивали вщ живильного середовища ФСБ, ресуспен-дували у буферi для екстракцп цитозолю (250 мМ сахароза, 70 мМ KCl, 250 мкг/мл диптонш, 1 мМ ФМСФ, 5 мМ ЕДТА на ФСБ-буфера рН 7,4) упродовж 20 хвилин за температури 40 °С за постшного перемшування, центрифугували за 1 000 об./хв, надосад збирали як цитозольну фракцто клiтин; осад ресуспендували у середовищi (50 мМ Трис-HCl, 10 мМ NaCl, 10 мМ MgCl2, 2 мМ ЕДТА, 1% тритон Х100, 10% глщерин, рН 7,5) упродовж 10 хвилин, постгйно перемшуючи, центрифугували за 10 000 g та отримували осад - сумарну мембранну фракцто (СМФ) клгтин
Препарати субклiтинних фракцш характеризували за вмк-том бика методом (Lowry et al., 1951) та зберггали за температури -20 ± 1 °С; повторного заморожування не допускали. Як стандартний бшок для побудови калiбрувальноï крита використовували бичачий сироватковий альбумш (BSA).
У дослвдженМ використан! такi колощт розчини NPMe: наночастинки ауруму (NPAu) середнього розмру 10, 20, 30 та 45 нм iз вихщною концентрац1ею за металом 38,6 мкг/см3 та у дапазоМ розведень 0,12-1,40 мкг/см3; наночастинки аргентуму (NPAg) 30 нм iз концентрац1ею 86,4 мкг/см3; наночастинки феруму (NPFe) 100 нм iз концентращею 3174,0 мкг/см3; наночастинки гексацано-ферату кобальту (NPGFCo) 100 нм iз кощентращею 2 489 мкг/см3; наночастинки кобальту (NPCo) 100 нм iз концернтрац1ею 1 992 мкг/см3; наночастинки купруму (NPCu) 70 нм iз концентра-п1ею 2 679 мкг/см3; наночастинки цинку (NPZn) 100 нм iз концерн-трац1ею 2 407 мкг/см3; наночастинки двоокису мангану (ОТМпО^ 50 нм iз конпентрапjею 2 785 мкг/см3.
Колощт розчини NPMe отримували методом хмчжа кон-денсацц шляхом в1дновлення в1дпов1дних солей метал1в у водному середовищ1 (Percov, 1976), який дозволяе отримувати стшю водн1 дисперс11 наночастинок певного розмру. Середнш розм1р NPMe обчислювали методом лазерно-кореляцшжд спектрометр11 (Zetasizer-3; Malvern Instruments Ltd, Великобригатя), що дозволяе з високою точн^стю визначити константи швидкост1 дифуз11 частинок i обчислити ïх г1дродинам1чний д1аметр, виходячи з при-пущення щодо ïk сферичжа геометрiï (Rawle, 1994).
За прешкубаци дослiдних зразк1в NPMe у кшцевш концен-трацiï 1 мкг/см3 за металом iз препаратами субкл1тинних фракций СНО-К1 i U937 (у кшцевш кшькосп б1лка 150-200 мкг/см3) упродовж 3 хвилин за температури 37 ± 1 °С визначали мембранну АТР-азну та цитозольну ЛДГ-азну активнiсть пор1вня-но з показниками гнтактних клiтин (контроль). У контрольну пробу зам1сть NPMе додавали Трис-HCl буфер або ФСБ.
Активность питомоï АТРази (КФ 3.6.3.6) у СМФ тест-клпин визначали спектрофотометрично, як описано Prohorova (1982), за швидистю накопичення неорганичного фосфору в результат! гвд-рол1зу АТР у середовищ iнкубапiï (10 мМ трис-HCl, 3 мМ MgCl2, 3 мМ АТР, рН 7,5) упродовж 10 хвилин; виражали у ввдносних одиницях А/До. Реакцто iнiпiювали уведенням до середовища ш-кубапiï 0,1 см3 дослщжа проби (к!льк!сть мембранного 6!лкй - 1520 мкг/см3). Контролем на неферментативний г1дрол!з АТР слугу-вало середовище iнкубапiï за в1дсутност1 в ньому СМФ; контролем на ендогенний Р! - середовище, що мстило лише СМФ у водному розчит.
Активнють ЛДГази (КФ 1.1.1.27) у цщозольнш фракци тест-клпин визначали спектрофотометрично за швидкютю окиснення NADH за довжини хвиж 340 нм, як описано Prohorova (1982), у середовищ1 шкубацц (50 мМ К-фосфатний буфер, 0,3 мМ Na-m-рувату, 9 мМ NADH, рН 7,5); виражали у вщносних одиницях А/Ад.
Реакцю шщювали внесениям до середовища шкубаци 0,1 см3 дослщно! проби цщозольно! фракци Реестрацю показника проводили кожт 30 секунд упродовж 3-5 хвилин, розраховуючи се-редне значення зм1ни оптично! густини проби упродовж 1 хвили-ни. Токсичними вважали зразки NPMe у випадку шпбування активной! АТРази дослщно! проби за взаемоди з такими не менше Щж на 20%, та у випадку стимуляци активном! ЛДГази дослщно! проби за взаемоди з такими не менше шж на 50%, пор1вняно з р!в-нем ферментативно! активном! у контрольн!й проб!. В!рог1дн1сть отриманих результата оцшювали за критер!ем Стьюдента псля перев!рки нормальной! розподту показниюв. Для одержання ста-тистично в!рог!дних результата пд час виконання досл!джень на культурах клпин i субклпинних фракцях, визначення параметр!в проводили у 5-кратн1й повторной! з трьома пробами.
Результати
Результати (рис. 1), св!дчать, що за впливу досл!дних зразюв NPAg, NPFe, NPCu та NPMnO2 не реестрували в!рог!дного галь-
мування активном! мембранно! АТР-ази в!дносно и значень у фракцях штактних тест-клпин СНО-К1 (контроль). Але за контактно! взаемоди !зольованих СМФ тест-клпин !з NPCo i NPGFCo, навпаки, визначали в!роцдне зниження активном! АТРази у се-редньому на 22,3% та 26,1%, а за впливу NPZn - лише тенденщю до зниження активном! цього ензиму, що складало 10,8% в!д-носно ii значень у контрот (СМФ штактних клпин). Внасл!док прешкубацц !зольованих цитозольних фракцш тест-клпин СНО-К1 !з досл!дними зразками вск видв NPMe не реестрували в!ро-цдних зм!н активном! ЛДГази в!дносно И значень в штактних клпин (контроль) (рис. 1). Виняток складало збшьшення р!вня ЛДГазно! активном! за взаемоди з NPGFCo та NPCu в середньому на 19,4% та 38,9% (Р < 0,05), ввдповщно.
Пд час визначення впливу NPAu у д!апазон1 розмрних значень на активнють мембранно! №+Д+-АТРази тест-клпин U937 встановлено (рис. 2), що №Ме в усьому концентрацшному дапа-зон середнього розмру (10 нм) шпбували ферментативну актив-н1сть у середньому на 70%, а розмром 30 ! 45 нм шдукували И у межах 20-40% (Р < 0,05), в!дпов!дно, ввдносно р!вня активном! цього ензиму у СМФ штактних клпин (контроль). Виняток скла-дало зниження (Р < 0,05) активност! цього ензиму у СМФ кл!тин за впливу NPAu середнього розмру (20 нм) у концентраци 0,30 мкг/см3 за металом.
Рис. 1. Активтсть мембранно! АТРази та цитозольно! ЛДГази тест-клитин СНО-К1 за контактно! взаемоди з №Ме (ум. од.): M ± m; n = 5; Р < 0,05 вщносно контролю (СМФ штактних клпин)
№Ме викликають п!двищення !! активном! у д!апазон! кон-центрацш 0,20-1,20 мкг/см3 (NPAu розмром 10 нм) у серед-ньому складало 4,0-4,5 раза, у концентрац!ях 0,18-0,70 мкг/см3 за металом (NPAu розмром 20 ! 30 нм) - 1,5-2,0 раза (Р < 0,05) вщповщно в!дносно !! контрольного р!вня.
За впливу NPAu середнього розмру 45 нм у концентрацш-ному д!апазон! 0,20-0,60 мкг/см3 за металом, навпаки, реестру-вали !нг!бування активност! цитозольно! ЛДГази, зниження значень склало в середньому 5,0 раза (Р < 0,05) в!дносно !! базового р!вня (контроль).
Обговорення
Еукарютичт кл!тини мають вищу оргатзацто пор!вняно з прокарютичними, що знаходить вщображення в !х метаботч-них процесах (Artjuhov and Nakvasina, 2000). АТРаза - один !з ключових фермент!в енергетичного метабол!зму кл!тини, зав-дяки якому в!дбуваеться формування р!зниц! електрох!м!чних потенщал1в на мембран! (Basnak'jan et al., 1981; Ulberg, 2005; Danylovych et al., 2007). Фермент локал!зуеться у плазматичн!й мембран! кл!тини таким чином, що його субодиниц! експоно-ван! як до цитоплазми, так ! до зовн!шнього середовища, тому активн!сть може бути використана як !ндикатор стресового впливу будь-якого фактора ризику.
Рис. 2. Активтсть мембранно! №+Д+-АТРази (А/А0, %) тест-клпин U937 за контактно! взаемоди з NPAu середнього
розмру: 1 - 10 нм, 2 - 20 нм, 3 - 30 нм, 4 - 45 нм (n = 5, Р < 0,05 - в!дносно контролю (СМФ штактних клпин) - А0): за 100% прийнято величину АТРазно! активном! СМФ штактних клпин лши U937 (контроль) за вщсутном! впливу NPAu
Дослвдження впливу дослщних NPAu на активнють ЛДГази цитозольно! фракц!! тест-кл!тин U937 показало (рис. 3), що
Поряд !з десятьма цитозольними ферментами, як! перетворю-ють глюкозу на труват, ЛДГаз! у тому чист властиво забезпечу-вати синтез АТР за вщсушосп оксигену, в анаеробних умовах (Artjuhov and Nakvasina, 2000). При цьому акцептором пцрогену слугуе шровиноградна кислота, яка перетворюеться на лактат, що виконуе функцию резервуара вщновлених екв!валент1в.
0,2 0,4 и,6 О,К 1,0 1,1 1,4 Koimtirrpauin изночасшвок Ауруму, мкг/см1 за металом
Рис. 3. Активтсть цитозольно! ЛДГази (А/А0, %) тест-клпин
U937 за контактно! взаемоди з NPAu середнього розмру:
1 - 10 нм, 2 - 20 нм, 3 - 30 нм, 4 - 45 нм (n = 5, Р < 0,05 -вщносно контролю (цитозольна фракцш штактних клгтин) -
А0): за 100% прийнято ЛДГазну активтсть цитозольно! фракцй штактних клгтин лшп U937 (контроль) за вадсутносп впливу NPAu
Виходячи з того, що цитоплазматична мембрана клгтин уш-коджуеться у першу чергу, оскшьки вона слугуе бар'ером м1ж поза- та внутршньоклпинним оточенням i забезпечуе селектив-ний транспорт речовин (Rapoport et al., 1982; Ivanytsia and Rakhi-mova, 2002; Kharchuk, 2005), установлен! нами змши активност! АТРази та ЛДГази у субклпинних фракц1ях еукарютичних тест-клпин за контактно! взаемоди з дослщними зразками №Ме доз-воляють використовувати ферментативну активтсть як систем-ний бюхмчний маркер гид час тестування безпечносп та бюсу-мсносп in vitro. Отримат результати щодо мембранотоксично! дй колощних дисперсш NPСо, NPGFСо i NPZn розмром 100 нм та NPAu розмром 10 i 45 нм вимагають в1дпов1дального подходу щц час !х використання у сучасних бютехнолопях, а з шшого боку -подальшого вивчення механ1зм1в потенцино! небезпечносп та бюсумсносп NPМе !з залученням шших маркер!в тестування як у систем! in vitro, так i in vivo. Колощт дисперсй NPAg 30 нм, NPFe 100 нм, NPCu 70 нм та NPMnO2 50 нм, навпаки, слад вважати без-печними та бюсумсними за мембранотропною Дею щодо субкл-тинних фракций еукарютичних тест-клпин, про що вказуе пщви-щення р!вня мембранно! АТРази та цитозольно! ЛДГази (Р < 0,05) СНО-К1.
Низка автор!в (Yamakoshi et al., 2003; Li et al., 2003; Shvedova et al., 2004; Garcon et al., 2006) вважае, що механзми цитотоксич-них ефекпв наноматерiалiв р!зного походження (карбонових на-нотрубок, NPМе, фулеренв, нанопорошк1в тощо) гов'язат з фор-муванням окиснювального стресу та накопиченням токсичних процукпв лшопероксицацй, тому вважаемо за доцтьне у подаль-ших експериментах зосередитися на визначенн впливу дослщних зразюв NPМе на структурно-функцюнальний стан основних компонента бюмембран клпин - липдав i протешв.
Висновки
За результатами досладжень установлено, що колощт диспер-с1! NPAg 30 нм, NPFe 100 нм, NPCu 70 нм та NPMnO2 50 нм без-печн та бюсумст за мембранотропною дею щодо субклпинних фракц1й еукарютичних тест-клпин, про що свщчить пщвищення р!вня мембранно! АТРази та цитозольно! ЛДГази (Р < 0,05) СНО-К1, а дослвдт зразки NPСо, NPGFСо i NPZn розмром 100 нм - мембранотоксичт, тобто небезпечт.
За характером змш ферментативно! активност! у субклпин-них фракц1ях U937 доведен! дискретн розмри мембранотропно!
д!! NPAu: наночастинки розмром 10 нм викликали iнгiбування мембранно! №+Д+-АТРази, а розмром 30 i 45 нм - й шдукщю; наночастинки розмром 10, 20 i 30 нм справляли шдукщю цитозольно! ЛДГази, а розмром 45 нм - й пригтачення ввдносно контрольного р!вня. Тому NPAu розмром 10 i 45 нм можна вважати мембранотоксичними, а 30 нм - безпечними та бюсумсними для еукарютичних клпин.
Спираючись на висунуту ппотезу щодо учасп метаботзм-за-лежних механ1зм1в контактно! взаемодй колощних зразюв NPМе з кллинами через мембранотропт властивосп, стан !х потенцино! небезпечносп або бюсумсносп у подальших дослвдженнях може бути з'ясований через визначення штенсивносп окиснення основних компонента бюмембран клпин - лшщв та бшюв, а також показникв !х АО-регуляцй.
Автор висловлюе подяку канд. бюл. наук Т. Г. Грузшш i канд. бюл. наук Л. С. Резшченко (1нститут бюколощно! х!ми !меш Ф. Д. Овчарен-ка НАН Укра!ни) за допомогу в синтез! наночастинок метал1в.
References
Alt, V., Bechert, T., Steinrucke, P., Wagener, M., Seidel, P., Dingeldein, E., Dor-mann, E., & Schnettler, R. (2004). An in vitro assessment of the antibacterial properties and cytotoxicity of nanoparticulate silver bone cement. Biomaterials, 25(18), 4383-4391.
Artjuhov, V. G., & Nakvasina, M. A. (2000). Biologicheskie membrany: Strukturnaja organizacija, funkcii, modifikacija fiziko-himicheskimi agentami [Biological membranes: Structural organization, functions, modification to physicochemical agents]. Izdatel'stvo Voronezhskogo Universiteta, Voronezh (in Russian).
Basnak'jan, I. A., Borovkova, V. M., & Kuz'min, S. I. (1981). Patologija i fizio-logija mikrobov [Pathology and physiology of microbes]. Zhurnal Mikrobio-logii, Jepidemiologii i Immunobiologii, 9, 14-19 (in Russian).
Borysevych, V. B., & Borysevych, B. V. (2010). Antibacterial properties and chemotherapeutic activity of nanoacquachelates of metals [Antybakterialni vlastyvosti ta khimioterapevtychna aktyvnist nanoakvakhelativ metaliv]. In: Borysevych, V. B., & Kaplunenko, V. H. (Eds.). Nanomaterials in biology. Basic nanoveterinary [Nanomaterialy v biolohii. Osnovy nanoveterynarii]. Avitsena, Kyiv. pp. 27-33 (in Ukrainian).
Brunner, T. J., Wick, P., Manser, P., Spohn, P., Grass, R. N., Limbach, L. K., Bruinink, A, & Stark, W. J. (2006). In vitro cytotoxicity of oxide nanoparti-cles: Comparison to asbestos, silica, and the effect of particle solubility. Environmental Science and Technology, 40(14), 4374-4381.
Cardinal, J., Klune, J. R., Chory, E., Jeyabalan, G., Kanzius, J. S., Nalesnik, M., & Geller, D. A. (2008). Non-invasive radiofrequency ablation of cancer targeted by gold nanoparticles. Surgery, 144(2), 125-132.
Chen, P. C., Mwakwari, S. C., & Oyelere, A. K. (2008). Gold nanoparticles: From nanomedicine to nanosensing. Nanotechnology, Science and Applications, 1, 45-65.
Chen, Z., Meng, H., Xing, G., Chen, C., Zhao, Y., Jia, G., Wang, T., Yuan, H., Ye, C., Zhao, F., Chai, Z., Zhu, C., Fang, X., Ma, B., & Wan, L. (2006). Acute toxicological effects of copper nanoparticles in vivo. Toxicology Letters, 163(2), 109-120.
Connor, E. E., Mwamuka, J., Gole, A., Murphy, C. J., & Wyatt, M. D. (2005). Gold nanoparticles are taken up by human cells but do not cause acute cytotoxicity. Small, 1(3), 325-327.
Danylovych, G. V., Gruzina, T. G., Ulberg, Z. R., & Kosterin, S. O. (2007). Vplyv ionnoho ta koloidnoho zolota na ATR-hidrolazni fermentni systemy v membrani mikroorhanizmiv Bacillus sp. B4253 ta Bacillus sp. V4851 [Effect of ionic and colloid gold on ATP-hydrolase fermentative systems in membrane of Bacillus sp. B4253 and Bacillus sp. B4851]. Ukrainskyi Biokhimichnyi Zhurnal, 79(4), 46-51 (in Ukrainian).
Dutta, D., Sundaram, S. K., Teeguarden, J. G., Riley, B. J., Fifield, L. S., Jacobs, J. M., Addleman, S. R., Kaysen, G. A., Moudgil, B. M., & Weber, T. J. (2007). Adsorbed proteins influence the biological activity and molecular targeting of nanomaterials. Toxicological Sciences, 100, 303-315.
Egorova, E. M., Revina, A. A., Rostovshhikova, T. N., & Kiseleva, O. I. (2001). Baktericidnye i katalicheskie svojstva stabil'nyh metallicheskih nanochastic v obratnyh micellah [Bactericidal and catalytic properties of stable metallic nanoparticles in inverse micelles]. Vestnik Moskovskogo universiteta. Serija 2: Himija, 42(5), 332-338 (in Russian).
Elder, A. C. P., Gelein, R., Azadniv, M., Frampton, M., Finkelstein, J., & Oberdorster, G. (2002). Systemic interactions between inhaled ultrafine particles and endotoxin. The Annals of Occupational Hygiene, 46(s1), 231-234.
Garçon, G., Dagher, Z., Zerimech, F., Ledoux, F., Courcot, D., Aboukais, A., Puskaric, E., & Shirali, P. (2006). Dunkerque City air pollution particulate matter-induced cytotoxicity, oxidative stress and inflammation in human epithelial lung cells (L132) in culture. Toxicology in Vitro, 20(4), 519-528.
Goodman, C. M., McCusker, C. D., Yilmaz, T., & Rotello, V. M. (2004). Toxicity of gold nanoparticles fonctionalized with cationic and anionic side chains. Bioconjugate Chemistry, 15(4), 897-900.
Gupta, A. K., & Gupta, M. (2005). Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials, 26(18), 3995-4021.
Ivanytsia, V. I., & Rakhimova, E. L. (2002). Zhiznesposobnost' liofilizirovannyh kletok Myxococcus xanthus UCM 10041 i Polyangium cellulosum UCM 10043 v prisutstvii razlichnyh antioksidantov [The viability of lyophilized Myxococcus xanthus cells UCM 10041 and Polyangium cellulosum UCM 10043 in the presence of various antioxidants]. Mikrobiologichny Zhurnal, 64(5), 3-9 (in Russian).
Jahnen-Dechent, W., & Simon, U. (2008). Function follows form: Shape complementarity and nanoparticle toxicity. Nanomedicine, 3(5), 601-603.
Jia, G., Wang, H., Yan, L., Wang, X., Pei, R., Yan, T., Zhao, Y., & Guo, X. (2005). Cytotoxicity of carbon nanomaterials: Single-wall nanotube, multiwall nanotube, and fullerene. Environmental Science and Technology, 39(5), 1378-1383.
Kabanov, A. V. (2006). Polymer genomics: An insight into pharmacology and toxicology of nanomedicines. Advanced Drug Delivery Reviews, 58(15), 1597-1621.
Kagan, V. E., Bayir, H., & Shvedova, A. A. (2005). Nanomedicine and nanotoxi-cology: Two sides of the same coin. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 1(4), 313-316.
Kharchuk, I. A. (2005). Anabioz: Osnovne ponjatija i soprovozhdajushhie ego pro-cessy (obzor) [Anabiosis: Laws and accompanying its processes (Review)]. Jekologija Morja, 70, 62-78 (in Russian).
Lewinski, N., Colvin, V., & Drezek, R. (2008). Cytotoxicity of nanoparticles. Small, 4(1), 26-49.
Li, N., Sioutas, C., Cho, A., Schmitz, D., Misra, C., Sempf, J., Wang, M., Oberley, T., Froines, J., & Nel, A. (2002). Ultrafine particulate pollutants induce oxidative stress and mitochondrial damage. Environmental Health Perspectives, 111(4), 455-460.
Lowry, O. H., Rosenbrough, N. J., Fair, A. L., & Randall, R J. (1951). Protein measurement with the Folin phenol reagent. Journal of Biological Chemistry, 193(1), 265-275.
Lynch, I., Cedervall, T., Lundqvist, M., Cabaleiro-Lago, C., Linse, S., & Dawson, K. A. (2007). The nanoparticle-protein complex as a biological entity; A complex fluids and surface science challenge for the 21st century. Advances in Colloid and Interface Science, 134-135, 167-174.
Maianski, N. A, Blink, E., Roos, D., & Kuijpers, T. (2004). Rol' Omi/HtrA2 v kas-pazonezavisimoj kletochnoj gibeli nejtrofilov cheloveka [Role of Omi/HtrA2 in a caspase-independent cell death of human neutrophils]. Citokiny i Vospale-nie, 3(2), 47-51 (in Russian).
Oberdörster, G., Oberdörster, E., & Oberdörster, J. (2005). Nanotoxicology: An emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environmental Health Perspectives, 113(7), 823-839.
Owino, J. H., Arotiba, O. A., Hendricks, N., Songa, E. A., Jahed, N., Waryo, T. T., Ngece, R. F., Baker, P. G. L., & Iwuoha, E. I. (2008). Electrochemical immunosensor based on polythionine/gold nanoparticles for the determination of aflatoxin B1. Sensors (Basel), 8(12), 8262-8274.
Percov, A. V. (Ed.). (1976). Metodicheskie razrabolki k praktikumu po kolloidnoj himii [Methodical developments for the workshop on colloid chemistry]. Izdatel'stvo Moskovskogo Universiteta, Moscow (in Russian).
Powers, K. W., Brown, S. C., Krishna, V. B., Wasdo, S. C., Moudgil, B. M., & Roberts, S. M. (2006). Research strategies for safety evaluation of nanomaterials. Part VI. Characterization of nanoscale particles for toxicological evaluation. Toxicological Sciences, 90(2), 296-303.
Prohorova, M. I. (Ed.). (1982). Metody biohimicheskih issledovanij (lipidnyj i jener-geticheskij obmen) [Methods of biochemical research (lipid and energy metabolism)] Izdatel'stvo Leningradskogo Universiteta, Leningrad (in Russian).
Rapoport, A. I., Markovskij, A. B., & Beker, M. E. (1982). O povyshenii proni-caemosti vnutrikletochnyh membran pri obezvozhivanii-regidratacii drozh-zhej Sacharomyces cerevisiae [On increasing the permeability of intracellular membranes during dehydration-yeast rehydration Sacharomyces cerevisiae]. Mikrobiologija, 51(6), 901-904 (in Russian).
Shukla, R., Bansal, V., Chaudhary, M., Basu, A., Bhonde, R. R., & Sastry, M. (2005). Biocompatibility of gold nanoparticles and their endocytotic fate inside the cellular compartment: A microscopic overview. Langmuir, 21(23), 10644-10654.
Shvedova, A. A., Kisin, E., & Murray, A. R. (2004). Exposure of human bronchial cells to carbon nanotubes caused oxidative stress cytotoxicity. Proceedings of the Society for Free Radical Research Meeting. European Section (Ioannina, Greece, 26-29 June 2003), 91-103.
Shvedova, A. A., Kisin, E., Keshava, N., Murray, A. R., Gorelik, O., Arepalli, S., Gandelsman, V. Z., & Castranova, V. (2004). Cytotoxic and genotoxic effects of single wall carbon nanotube exposure on human keratinocytes and bronchial epithelial cells. The 227th American Chemistry Society National Meeting (Anaheim, CA, 28 March-1 April 2004): Abstracts.
Silva, G. A. (2004). Introduction to nanotechnology and its applications to medicine. Surgical Neurology, 61(3), 216-220.
Sljunjaeva, M. K. (2012). Izmenenie aktivnosti indikatornyh fermentov syvorotki krovi pri podkozhnom vvedenii nanochastic zheleza [Change in the activity of indicator serum enzymes with subcutaneous injection of iron nanoparti-cles]. Bjulleten' Medicinskih Internet-Konferencij, 2(4), 181 (in Russian).
Ulberg, Z. R. (2005). Kolloidno-himicheskie svojstva biologicheskih nanosistem. Biomembrany [Colloid-chemical properties of biological nanosystems. Biomembranes]. In: Ulberg, Z. R. (Ed.). Kolloidno-himicheskie osnovy nano-nauki [Colloid-chemical fundamentals of nanoscience] Akademperiodika, Kiev. pp. 199-237 (in Russian).
Weyermann, J., Lochmann, D., & Zimmer, A. (2005). A practical note on the use of cytotoxicity assays. International Journal of Pharmaceutics, 288(2), 369-376.
Xu, C., Tung, G. A., & Sun, S. (2008). Size and concentration effect of gold nanoparticles on X-ray attenuation as measured on computed tomography. Chemistry of Materials, 20(13), 4167-4169.
Yamakoshi, Y., Umezawa, N., Ryu, A., Arakane, K., Miyata, N., Goda, Y., Masumizu, T., & Nagano, T. (2003). Active oxygen species generated from photoexcited fullerene (C60) as potential medicines: O2- versus 1O2. Journal ofthe American Chemical Society, 125(42), 12803-12809.
Yan, F., Chen, J., & Ju, H. (2007). Immobilization and electrochemical behavior of gold nanoparticles modified leukemia K562 cells and application in drug sensitivity test. Electrochemistry Communications, 9(2), 293-298.
Zhu, M.-T., Feng, W.-Y., Wang, B., Wang, T.-C., Gu, Y.-Q., Wang, M., Wang, Y., Ouyang, H., Zhao, Y. L., & Chai, Z.-F. (2008). Comparative study of pulmonary responses to nano- and submicron-sized ferric oxide in rats. Toxicology, 247(2-3), 102-111.
