CC BY
92
----—
ИС СЛЕДОВАНИЕ ФАГОЦИТОЗА
РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ НАНОЧАСТИЦ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ ЛЕЙКОЦИТАМИ ЧЕЛОВЕКА
М.И. Дедкова, С.А. Фирстов, О.А. Куликов, О.В. Минаева
Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева Медицинский институт
Лаборатория фармакокинетики и таргетной фармакотерапии Саранск
Исследовано влияние различных типов ферромагнитных наночастиц и полимерных капсул с включением магнетита на активность и интенсивность фагоцитоза нейтрофилами при инкубации с клетками крови человека. Эффективность фагоцитоза наночастиц ферромагнетиков зависит от типа частиц и вида применяемого стабилизатора. Активность и интенсивность фагоцитоза наночастиц магнетита, стабилизированных лимонной кислотой, и полимерных капсул на их основе в два раза ниже контроля (дрожжи). Наночастицы магнетита, стабилизированные олеинатом натрия, не подвергаются фагоцитозу и снижают количество жизнеспособных нейтрофилов.
Ключевые слова: ферромагнитные наночастицы, магнетит, фагоцитоз, нейтрофилы, олеинат натрия, полиэлектролитные капсулы.
Ферромагнитные наночастицы признаны перспективными для конструирования систем направленной доставки лекарств, пригодных для внутривенного введения [3]. Введение в кровоток инородных частиц активирует защитные механизмы, реализуемые лейкоцитами крови в виде фагоцитоза и выброса биологически активных веществ. Современные данные о взаимодействии наночастиц ферромагнетиков с клетками крови противоречивые и недостаточные [1, 2]. Поэтому актуально изучение взаимодействия фагоцитов крови с различными видами наночастиц.
Цель работы: проанализировать некоторые параметры реакции фагоцитоза различных видов наноматериалов, содержащих магнетит, с лейкоцитами крови человека in vitro.
Материалы и методы. В качестве объектов исследования были выбраны 3 вида наноматериалов, самостоятельно полученных в нашей лаборатории. Тип 1: наночастицы магнетита (НЧМ1), стабилизированные олеинатом натрия, средний размер частиц 7,1 ± 1,2 нм, концентрация магнетита 6,0 мг/мл. Тип 2: наночастицы магнетита (НЧМ2), стабилизированные лимонной кислотой (биосовместимый стабилизатор) полученные по методу [4]; размер частиц 9 ± 1,4 нм; концентрация магнетита 6,7 мг/мл. Тип 3: полиэлектролитные капсулы (ПЭК) с инкорпорированными в оболочку НЧМ2, полученные по методу G.B. Sukhorukov et al. [5]. Средний размер капсул — 390 ± 49 нм; концентрация капсул 1,6 X 108/мл. Для тестов использовались наночастицы, полученные из одного синтеза. Размер частиц контролировался методом фотонной
корреляционной спектроскопии (наносайзер Microtrac, США), структура и размеры полиэлектролитных капсул охарактеризованы с помощью сканирующей электронной микроскопии (Quanta 200 I 3D FEI). В качестве материала исследования использовалась кровь здоровых доноров. За основу методики была взята реакция фагоцитоза суспензии пекарских дрожжей (контроль). После инкубации исследуемых частиц с кровью готовили мазки и производили подсчет 100 лейкоцитов и количества поглощенных частиц в них. Рассчитывали активность и интенсивность фагоцитоза. Жизнеспособность оценивалась как процент неокрашенных клеток после суправитальной окраски образцов красителем трипановым синим (Trypan blue, Sigma Aldrich).
Результаты. Представлены в таблице 1. Обработка клеток наночастицами магнетита, стабилизированными олеинатом натрия (группа 2), приводила к достоверному снижению количества жизнеспособных нейтрофилов до 86,3 ± 1,4 (p1-2 = 0,04), что согласуется с ранее полученными данными о токсичности данного вида частиц [6]. Выявлено, что НЧМ1 не подвергаются фагоцитозу. При микроскопии образцов данной группы визуализировались относительно интактные полиморфоядерные лейкоциты (ПМЯЛ), не содержащие включений магнетита, и отдельно лежащие мелкие скопления (0,5—1 мкм) НЧМ1 коричневого и красно-коричневого цвета. Вероятно, наличие полярного липо-фильного стабилизатора (олеинат натрия) препятствует опсонизации и последующему захвату частиц фагоцитирующими клетками.
—-г^е^б^-—
— 4 —
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999
Fundamental studies --
ISSN 2226-7425
Таблица 1
Показатели фагоцитоза различных наноматериалов с магнетитом после инкубации с клетками крови
Характер-ка иссл. частиц, конц. для обработки клеток Группа 1 (дрожжи) Группа 2 НЧМ1 1,5 мкг/мл Группа 3 НЧМ2 1,675 мкг/мл Группа 4 ПЭК с НЧМ2 1,6 х 108/мл
Жизнеспособность нейтрофилов, % 93,7 ± 2,3 86,3 ± 1,4 (Р1-2= 0,04) 94,2 ± 2,7 90,6±3,3
Активность фагоцитоза, % 93% ± 8,5 0 37% ± 7,1 (Р1-3 = 0,002) 44,7% ± 5,4 (p1-4 = 0,002) (Р3-4> 0,2)
Интенсивность фагоцитоза, у.е. 8,6 ± 1,1 - - 3,6 ± 1,2 (Р1-4= 0,03)
Инкубация клеток крови с наночастицами магнетита, стабилизированными лимонной кислотой (группа 3), а также полиэлектролитными капсулами с НЧМ2 инкорпорированными в их оболочку (группа 4), не привела к значимому изменению показателей жизнеспособности фагоцитов. Микроскопия образцов 3-й и 4-й групп показала, что НЧМ2 и ПЭК с НЧМ2 подвергаются фагоцитозу. В мазках крови визуализировались одиночные нейтрофилы и групповые скопления ПМЯЛ, содержащие включения магнетита коричневого цвета. Активность фагоцитоза НЧМ2 и ПЭК была в два раза ниже контроля (р1-3 = 0,002; р1-4 = 0,002). Достоверных различий фагоцитарной активности между показателями 3-й и 4-й групп не выявлено. Интенсивность фагоцитоза НЧМ2 не определялась, так как размер частиц не позволял их идентифицировать и подсчитать при световой микроскопии. ПЭК внутри фагоцитов визуализировались достаточно четко. Интенсивность фагоцитоза ПЭК в 2 раза ниже контрольной величины (р1-4 = 0,02). Вероятно, биосовместимый стабилизатор — лимонная кислота — делает поверхность частиц доступной для взаимодействия с фагоцитами в водной фазе, однако отсутствие антигенных детерминант обуславливают низкую активность фагоцитоза. Следует отметить, что сам факт захвата наночастиц фагоцитами не проясняет дальнейшую судьбу и возможную биодеградацию исследуемых наномате-риалов.
Выводы
1. Степень фагоцитоза наночастиц магнетита зависит от типа частиц и вида применяемого стабилизатора.
2. Наночастицы магнетита, стабилизированные олеинатом натрия, не подвергаются фагоцитозу при инкубации с клетками крови человека. При этом отмечается снижение количества жизнеспособных нейтрофилов.
3. Наночастицы магнетита стабилизированные лимонной кислотой и полиэлектролитные капсулы на их основе подвергаются фагоцитозу при инкубации с клетками крови человека. При этом активность и интенсивность фагоцитоза в 2 раза ниже, чем контрольные величины.
4. Наночастицы магнетита стабилизированные лимонной кислотой и полимерные капсулы не влияют на жизнеспособность нейтрофилов.
ЛИТЕРАТУРА
1. In vitro cytotoxicity of oxide nanoparticles: comparison to asbestos, silica, and the effect of particle solubility / T. Brunner, P. Wick, P. Manser et al. // Environ. Sci. Tech-nol. 2006. V. 40. P. 4374—4381.
2. Characterization of aqueous dispersions of Fe3O4 nanoparticles and their biomedical applications / F.Y. Cheng, C.H. Su, Y.S. Yang et al. // Biomaterials. 2005. N 26. P. 729—738.
3. LbL multilayer capsules: recent progress and future outlook for their use in life sciences / del Mercato, L. Rivera-Gil P, A.Z. Abbasi et al. // Nanoscale. 2010. N 2. P. 458— 467.
4. Poly electrolyte stabilized nanowires from Fe3O4 nanoparticles via magnetic field induced self-assembly / R. Sheparovych, Y. Sahoo, M. Motornov et al. // Chemistry of materials. 2006. V. 18. P. 591—593.
5. Porous calcium carbonate microparticles as templates for encapsulation of bioactive compounds / G.B. Su-khorukov, D.V. Volodkin, Günther et al. // Journal of Materials Chemistry. 2004. V. 14. P. 2073—2081.
—-г^е^б^-—
— 5 —
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
6. Исследование острой токсичности магнитной жидкости на основе магнетита Ре304, стабилизированного олеиновой кислотой / О.В. Минаева, Н.Н. Зырня-ева, Г. С. Столяров, и др. // Материалы III Всероссийской
научной конференции. «Наноонкология» Саратов, 6— 7 сентября 2011 г. Электрон. Сборник. — Режим доступа: URL http://www.ntsr.info/nor/structure/sections/ medical-biologic/6706.htm (дата обращения: 21.10.2014).
A STUDY OF PHAGOCYTOSIS
OF VARIOUS TYPES OF FERROMAGNETIC NANOPARTICLES BY HUMAN WHITE BLOOD CELLS
M.I. Dedkova, S.A. Firstov, O.A. Kulikov, O. V. Minaeva
Ogarev Mordovia State University, Institute of Medicine Laboratory of Pharmacokinetics and Targeted Drug Delivery Saransk
The authors studied the influence of different types of ferromagnetic nanoparticles and polyelectrolyte microcapsules with magnetite on the activity and intensity of phagocytosis by neutrophils during incubation with human white blood cells. The activity of phagocytosis of ferromagnetic nanoparticles depends on the type of used particles and stabilizers. Efficiency and intensity of phagocytosis of polyelectrolyte microcapsules and of magnetite nanoparticles stabilized with citric acid was lower than in the control group (phagocytosis of yeast). Magnetite nanoparticles stabilized with sodium oleinate do not undergo phagocytosis and reduce the number of viable neutrophils.
Key words: ferromagnetic nanoparticles, magnetite, phagocytosis, neutrophils, sodium oleinate, polyelectrolyte microcapsules.
REFERENCES
1. Brunner T., Wick P., Manser P. et al., In vitro cytotoxicity of oxide nanoparticles: comparison to asbestos, silica, nd the effect of particle solubility / Environ. Sci. Tech-nol, 2006, vol. 40, pp. 4374—4381.
2. Cheng F.Y., Su C.H., Yang Y.S. et al. Characterization of aqueous dispersions of Fe3O4 nanoparticles and their biomedical applications, Biomaterials, 2005, no. 26. pp. 729— 738.
3. del Mercato, L. Rivera-Gil P, A.Z. Abbasi et al. LbL multilayer capsules: recent progress and future outlook for their use in life sciences, Nanoscale, 2010, no. 2, pp. 458— 467.
4. Sheparovych R., Sahoo Y., Motornov M. et al. Polyelectrolyte stabilized nanowires from Fe3O4 nanoparticles
via magnetic field induced self-assembly, Chemistry of materials, 2006, vol. 18, pp. 591—593.
5. Sukhorukov G.B., Volodkin D.V., Günther et al. Porous calcium carbonate microparticles as templates for encapsulation of bioactive compounds, Journal of Materials Chemistry, 2004, vol. 14, pp. 2073—2081.
6. Minaeva O.V., Zyrnyaeva N.N., Stolyarov G.S. i dr. Issledovanie ostroi toksichnosti magnitnoi zhidkosti na osno-ve magnetita Fe3O4, stabilizirovannogo oleinovoi kislotoi, Materialy III Vserossiiskoi nauchnoi konferentsii «Nano-onkologiya» Saratov, 6—7 sentyabrya 2011 g. Elektron. Sbornik, available at: http://www.ntsr.info/nor/structure/ sections/medical-biologic/6706.htm.
