_ Investigarea ucigașilor de celule: un instrument avansat sistem de analiză a citotoxicității silicei în funcție de dimensiune

Nanomaterialele metalice au devenit o parte indispensabilă a domeniilor industriale și medicale datorită proprietăților lor unice și versatile. Dimensiunea lor, care le conferă proprietățile fizico-chimice dorite, este, de asemenea, motivul preocupărilor legate de mediu și sănătate. Particulele de dimensiuni nanometrice din nanomateriale au arătat o reactivitate ridicată față de biomolecule și adesea chiar toxicitate față de celulele biologice.

Oamenii de știință au atribuit acest comportament al nanoparticulelor metalice în interacțiunea cu biomoleculele unor fenomene precum inflamația sau stresul oxidativ. Cu toate acestea, pentru a asigura utilizarea în siguranță a nanoparticulelor metalice, este nevoie de a explora mecanismele moleculare responsabile de toxicitate și de a înțelege modul în care absorbția nanoparticulelor de către celule variază în funcție de forma, dimensiunea, morfologia și alte aspecte ale acestora.

Pentru a face lumină asupra acestei probleme, profesorul asistent Yu-ki Tanaka și prof. Yasumitsu Ogra, ambii de la Școala Absolventă de Științe Farmaceutice de la Universitatea Chiba, au estimat acum aportul celular de nanoparticule de silice (SiNP) pe baza dimensiunilor lor. .

În descoperirea lor recentă publicată în Archives of Toxicology, cercetătorii au dezvoltat un sistem AF4-ICP-MS (fracționare asimetrică a fluxului de câmp cu spectrometrie de masă cu plasmă cuplată inductiv), care a separat SiNP-urile de cinci dimensiuni diferite ( 10, 30, 50, 70 și 100 nm) și a permis evaluarea cantitativă a citotoxicității SiNP-urilor în celulele HepG2.

„SiNP-urile au câștigat avânt în diferite domenii, cum ar fi administrarea de medicamente, imagistica biomedicală, catalizatori, de asemenea ca remediere a mediului pentru îndepărtarea contaminanților din apă și sol. Cu toate acestea, există, de asemenea, o îngrijorare semnificativă cu privire la toxicitatea asupra mediului și impactul potențial asupra organismelor vii”, spune dr. Tanaka când a fost întrebat despre motivația din spatele acestui studiu.

„Deci, pentru a găsi un remediu pentru comerț. - între disponibilitatea industrială și toxicitate, am decis să dezvoltăm o tehnică pentru a înțelege potențialele efecte adverse ale SiNP-urilor prin combinarea datelor cantitative privind absorbția celulară și răspunsurile toxicologice."

Tehnici de analiză a dimensiunii, cum ar fi microscopia electronică și laserul- împrăștierea dinamică a luminii nu a reușit să observe specimenele de nanoparticule în straturi adânci și să elucideze compozițiile chimice ale nanoparticulelor.Pentru a contracara aceste probleme, echipa a adoptat noua tehnică de analiză a dimensiunii AF4-ICP-MS, care nu numai că a depășit aceste probleme, ci și a detectat nanoparticule. cu o dimensiune de până la 10 nm. Acest lucru nu ar fi fost posibil cu metodele convenționale ICP-MS.

Echipa a folosit metoda bazată pe AF4 pentru a evalua absorbția celulară a SiNP-urilor în hepatomul uman cultivat în laborator. celule HepG2. Măsurătorile au arătat că aproximativ 17% din SiNP-urile expuse la celulele HepG2 au fost absorbite. Microscopia electronică cu transmisie (TEM) efectuată de echipă a observat prezența agregatelor SiNP în celule, indicând capacitatea nanoparticulelor mici de a se stabili în mediul de cultură și de a pătrunde cu ușurință în celule.

„Noi a constatat că SiNP-urile mai mici au prezentat o toxicitate mai mare față de celulele HepG2 decât cele mai mari, dar analiza AF4-ICP-MS nu a găsit nicio diferență semnificativă dependentă de dimensiune în volumul particulelor absorbite de celule”, remarcă dr. Tanaka, subliniind rezultatele. a experimentelor de toxicitate. Aceste rezultate au sugerat că comportamentul citotoxic crescut al SiNP-urilor mici a fost înrădăcinat în suprafața mare în raport cu volumul particulelor în comparație cu cele mai mari.

Cercetătorii au investigat și mecanismele chimice asociate cu citotoxicitatea. Datele au indicat că necroza celulară a fost parțial legată de stresul oxidativ cauzat de producerea de specii reactive de oxigen (ROS). În plus, interacțiunile grupărilor silanol de pe suprafața SiNP și fosfolipidele din membrana celulară au fost responsabile pentru deteriorarea celulară asociată.

În general, rezultatele prezintă noua tehnică AF4-ICP-MS ca un instrument puternic pentru determinând cantitativ citotoxicitatea indusă de nanoparticulele metalice de dimensiuni diferite. Perspectivele din acest studiu oferă, de asemenea, o bază solidă pentru studiile viitoare care analizează evaluarea riscurilor expunerii la nanoparticule și povara potențială a acestora asupra corpului uman.

„Scopul studiului nostru a fost de a veni cu o tehnică de analiză simplă care ar ajuta la misiunea de a minimiza potențialele daune asupra sănătății cauzate de nanoparticule. Suntem speranți că informațiile toxicologice furnizate de studiul nostru vor ajuta la stabilirea criteriilor pentru utilizarea și reglementarea corectă a nanoparticulelor în industrii, domeniul medical și chiar în articolele de uz zilnic care conțin nanoparticule”, conchide dr. Tanaka.

(Fluierul)