Молекулярные взаимодействия — ключ к поведению наночастиц в клетках

Наночастицы перспективны для решения множества задач — от точной медицинской диагностики до создания альтернативных источников энергии и более прочных материалов. Однако учёные ещё не до конца определили, как именно эти крошечные частицы взаимодействуют со своим окружением (будь то внутри человека или в окружающей среде) и могут ли эти взаимодействия быть токсичными.

В недавнем исследовании учёные из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) обнаружили клеточные взаимодействия наночастиц на молекулярном уровне, которые могут помочь понять, как эти частицы влияют на живые системы. Результаты будут опубликованы в журнале Nanotoxicology.

Понимание механизмов и молекул, влияющих на клеточные взаимодействия наночастиц с определёнными физическими и химическими свойствами, позволит лучше предсказывать их воздействие на биологические системы.

Это понимание также поможет государственным агентствам и научным ассоциациям устанавливать реалистичные стандарты использования наночастиц, обеспечивая безопасность для здоровья человека и окружающей среды и ускоряя инновации в энергетике, медицине и материаловедении.

Исследователи сосредоточились на выявлении базовых механизмов, управляющих взаимодействием наночастиц с определёнными свойствами и клетками. Используя высокочувствительную флуоресцентную микроскопию с интервальной съёмкой в EMSL (объекте Министерства энергетики США в PNNL), команда изучала аморфные наночастицы диоксида кремния в макрофагах — части иммунной системы человека.

Высокочувствительный микроскоп позволил отслеживать отдельные наночастицы в реальном времени: их попадание в клетку, взаимодействие внутри живой клетки и дальнейшую судьбу. Было обнаружено, что наночастицы имеют тенденцию перемещаться вместе с определённым белком макрофагов — Scavenger Receptor A.

Когда этот рецептор экспрессировался в клетках, которые обычно его не производят, такие клетки связывались с большим количеством наночастиц. Когда же экспрессия рецептора подавлялась в макрофагах, клетки связывались с меньшим числом частиц. Однако опосредующая роль рецептора в основном была связана с отдельными (одиночными) наночастицами. Когда же наночастицы агломерировались, образуя более крупные скопления (что для них характерно), лишь небольшая их часть ассоциировалась с этим рецептором.