CC BY
4я а ФИЗИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ ПРИЛОЖЕНИИ
Изучение влияния лазерного пробоя на свойства двух модельных белков при добавлении к ним металлических наночастиц
Нагаев Е.И., Матвеева Т.А.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва Е-mail: nagaev_e@kapella. gpi.ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-194-195
Применение лазеров в медицине позволило уменьшить сложность традиционных хирургических воздействий, а также проводить новые, ранее не доступные с помощью других методов (например, лазерную коагуляцию). В зависимости от длины волны, режима работы и мощности, возможно проводить широкий спектр воздействий: гипертермия, эвапорация, абляция с целью удаления ткани, коагуляция. Лазеры, работающие в непрерывном режиме, способны оказывать термическое воздействие на большие объемы тканей. Однако, когда речь заходит о минимально инвазивных операциях, предпочтение отдается импульсным лазерам, обладающим локальным воздействием. Импульсные лазеры способны уничтожать камни в почках, удалять татуировки, сшивать ткани (к примеру, операции на сетчатке глаза при помощи фемтосекудного лазера). Взаимодействие импульсного лазерного излучения с биологическими тканями хорошо изучено, однако, мало информации о взаимодействии с биологическими молекулами, к примеру, с белками. Белки выполняют огромное число разных функций в организме. Так, они являются строительным материалом клеток, участвуют в работе иммунной системы, помогают в восстановлении других белков. Функции, которыми наделен белок, определяются его пространственной структурой - конформацией. При изменении конформации белок может потерять изначальные функции и приобрести новые. Так же, в процессе изменения конформации возможно образование белковых олигомеров, аморфных агрегатов и амилоидных фибрилл. Поэтому понимание того, как импульсное лазерное излучение воздействует на данные молекулы, является интересным.
Ранее нами было изучено влияние импульсного излучения Nd:YAG лазера на оптические свойства растворов бычьего
ш А 5ЕЕЕЕ1 22-24 0КтабРЯ 2024 Г-
сывороточного альбумина. Было показано, что после 30-минутного воздействия подавляющее большинство молекул БСА (99 %>) оставались в виде мономеров. Однако, была обнаружена частичная агрегация и фрагментация молекул. Известно, что в присутствии металлических наночастиц увеличивается вероятность оптического пробоя. Поэтому в данной работе рассмотрено влияние лазерного пробоя, вызванного Nd:YAG лазером, на свойства комплексов белок-наночастица. В качестве белков были взяты лизоцим и человеческий иммуноглобулин IgG. К растворам белков добавляли наночастицы золота и FeзO4, покрытые цитратной оболочкой. Параметры лазерного излучения были следующими: длина волны 532 нм (вторая гармоника), частота следования импульсов 1 кГц, длительность импульса 3,6 нс, ширина перетяжки ~40 мкм. В качестве методов анализа использовали спектроскопию поглощения УФ -видимого диапазонов, флуоресцентную спектроскопию с возможностью построения карт эмиссия-возбуждение, динамическое светорассеяние, рефрактометрию. В результате показано, что при воздействии на комплекс белок-наночастица импульсного лазерного излучения происходит частичная агрегация молекул белка, их фрагментация и денатурация (например частичное разрушение «белковой короны» для экспериментов с лизоцимом).
Авторы выражают благодарность заведующему центром биофотоники, д.б.н. Гудкову С.В. и к.б.н. Саримову Р.М. за помощь в постановке задачи и обсуждение результатов, к.ф.-м.н. Симакину С.В. за помощь в проведении экспериментов по лазерному пробою.
