Белковая "корона" наночастиц серебра влияет на их токсичность
Учёные из МГУ и Дании установили механизм взаимодействия наночастиц серебра с клетками иммунной системы. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Наночастицы серебра широко используются в антибактериальных препаратах, зубной пасте, красках, фильтрах, упаковке и медицинских изделиях. Их действие основано на способности серебра окисляться с образованием ионов Ag⁺, обладающих бактерицидными свойствами. Однако данные in vitro показывают токсичность наночастиц для различных органов, включая печень, мозг и лёгкие. Поэтому важно изучать процессы, происходящие с ними в биологических средах.
Что такое белковая корона?
При контакте с биологической средой (например, кровью) на поверхности наночастиц серебра образуется белковая корона — слой адсорбированных молекул белка. Она маскирует наночастицы и определяет их судьбу в организме: скорость выведения, способность проникать в определённые клетки, распределение по органам.
Корона состоит из двух слоёв:
- Жёсткая корона (hard corona) — белки, прочно связанные с поверхностью наночастиц.
- Мягкая корона (soft corona) — слабо связанные белки, находящиеся в динамическом равновесии с раствором.
До сих пор мягкую корону почти не изучали из-за экспериментальных сложностей: слабо связанные белки легко десорбируются при выделении наночастиц из раствора.
Метод исследования
Учёные исследовали наночастицы серебра размером 50–88 нм с белковой короной in situ, не извлекая их из биологической среды. Для этого использовали локальный поверхностный плазмонный резонанс, позволяющий зондировать среду вблизи поверхности частиц. Это позволило впервые детально изучить функции мягкой короны.
Ключевое открытие: роль короны в токсичности
Исследование показало, что корона влияет на способность наночастиц растворяться с образованием токсичных катионов Ag⁺.
Без мягкой короны (когда слой белков быстро обменивается со средой) ионы Ag⁺ связываются с серосодержащими аминокислотами (цистеин, метионин) в сыворотке и осаждаются в виде нанокристаллов Ag₂S (сульфида серебра) в жёсткой короне.
- Образование нерастворимого Ag₂S резко снижает биодоступность ионов Ag⁺, сводя токсичность наночастиц к нулю.
При наличии мягкой короны нанокристаллы Ag₂S образуются в меньших количествах или не образуются вовсе.
- Слабо связанные белки мягкой короны переносят ионы Ag⁺ от наночастиц в раствор, не давая серебру кристаллизоваться в виде сульфида. Таким образом, мягкая корона действует как транспорт для ионов серебра.
Подтверждение и значение
Исследования жизнеспособности клеток иммунной системы (макрофаги мышиной линии J774) подтвердили снижение токсичности наночастиц серебра при их сульфидировании (в отсутствие мягкой короны).
Авторы подчёркивают, что этот эффект необходимо учитывать при анализе стабильности наночастиц серебра в белковой среде и интерпретации исследований их токсичности.
Теоретическая часть
Владимир Боченков смоделировал спектры плазмонного резонанса и создал теоретическую модель, позволившую количественно определять содержание сульфида серебра in situ вокруг наночастиц по изменению полос поглощения в экспериментальных спектрах.
Понимание механизмов формирования и динамики белковой короны крайне важно для оценки токсичности наночастиц. В перспективе управление образованием короны можно использовать для целевой доставки лекарств в организме.