Исследование клеточных убийц: Продвинутая система для анализа цитотоксичности кремнезема в зависимости от размера
Наночастицы металлов широко используются в промышленности и медицине благодаря их уникальным свойствам. Однако их наноразмер, обеспечивающий эти свойства, также вызывает опасения для окружающей среды и здоровья из-за высокой реакционной способности и потенциальной токсичности по отношению к биологическим клеткам.
Чтобы понять молекулярные механизмы токсичности и то, как поглощение клетками зависит от размера, формы и морфологии наночастиц, доцент Юки Танака и профессор Ясумицу Огра из Высшей школы фармацевтических наук Университета Тиба исследовали поглощение клетками наночастиц диоксида кремния (SiNPs) в зависимости от их размера.
В исследовании, опубликованном в Archives of Toxicology, ученые разработали систему AF4-ICP-MS (асимметричная потоковая полевая потоковая фракционизация с масс-спектрометрией на индуктивно связанной плазме). Эта система позволила разделить SiNPs пяти разных размеров (10, 30, 50, 70 и 100 нм) и количественно оценить их цитотоксичность в клетках гепатомы человека HepG2.
«SiNPs набирают популярность в доставке лекарств, биомедицинской визуализации, катализе и очистке окружающей среды. Однако существует серьезная обеспокоенность их экологической токсичностью и потенциальным воздействием на живые организмы», — говорит доктор Танака.
Новая методика AF4-ICP-MS преодолела ограничения электронной микроскопии и динамического светорассеяния, позволив детектировать наночастицы размером до 10 нм.
Эксперименты показали, что около 17% SiNPs, экспонированных с клетками HepG2, поглощались. Просвечивающая электронная микроскопия (TEM) подтвердила наличие агрегатов SiNPs внутри клеток.
Ключевой результат: меньшие SiNPs (например, 10 нм) проявляли более высокую токсичность по отношению к клеткам, чем крупные, хотя количественный анализ AF4-ICP-MS не выявил значимой разницы в поглощенном объеме частиц в зависимости от размера. Это указывает, что повышенная цитотоксичность мелких частиц связана с их большей удельной поверхностью относительно объема.
Исследование также выявило химические механизмы токсичности:
- Гибель клеток частично связана с окислительным стрессом из-за генерации активных форм кислорода (ROS).
- Повреждение клеток также вызывается взаимодействием силанольных групп (Si–OH) на поверхности SiNPs с фосфолипидами клеточной мембраны.
Вывод: Методика AF4-ICP-MS представляет собой мощный инструмент для количественного определения цитотоксичности, индуцированной наночастицами металлов разного размера. Эти данные закладывают основу для оценки рисков воздействия наночастиц и их потенциальной нагрузки на организм человека.
«Наша цель — создать простой метод анализа, который поможет минимизировать потенциальный вред наночастиц для здоровья. Мы надеемся, что токсикологическая информация из нашего исследования поможет установить критерии для правильного использования и регулирования наночастиц в промышленности, медицине и повседневных товарах», — заключает доктор Танака.