Исследование взаимодействия полистирольных нанопластиков с белками плазмы крови

Совместное исследование под руководством Шинджи Кихары и доцента Дункана Макгилливрея из Института Макдиармида (Новая Зеландия) с участием доктора Джитендры Маты из ANSTO, учёных Оклендского университета и доцента Инго Кёпера из Университета Флиндерс способствует лучшему пониманию того, как нанопластики взаимодействуют с белками плазмы крови и другими биологическими молекулами в организме.

Мотивацией для этого исследования, недавно опубликованного в Bioconjugate Chemistry, стали опасения по поводу растущего количества пластиковых отходов в окружающей среде. В природе эти пластики подвергаются физическому и химическому распаду, образуя микро- и наночастицы.

Исследования токсичности искусственных наночастиц показали, что они легко проникают и перемещаются в организме, часто минуя важные биологические барьеры и защитные механизмы. Однако, в отличие от искусственных наночастиц, используемых в биомедицине, потенциальные эффекты и взаимодействия нанопластиков изучены плохо.

Токсичность наночастиц напрямую связана с их физико-химическими свойствами. При попадании в организм наночастицы окружаются слоями белков, образуя "корону". Слабо связанные белки формируют "мягкую корону", а прочно связанные — "жёсткую корону".

На модели полистирольных наночастиц и белка человеческого сывороточного альбумина (HSA) исследователи использовали ряд методов для определения размера, состава и геометрии комплекса "наночастица–белковая корона".

HSA был выбран из-за его естественного обилия, а положительно и отрицательно заряженные наночастицы двух разных размеров использовали для оценки влияния размера частиц на формирование короны в растворе при разных значениях pH. Для определения диаметра наночастиц и характеристики их структурных особенностей учёные применили малоугловое нейтронное рассеяние (SANS) с контрастированием на инструменте Bilby.

Исследование показало, что как размер частиц, так и pH играют роль в определении природы короны. Более крупные частицы способствовали формированию мягкой короны, в то время как жёсткая корона в некоторых случаях полностью отсутствовала. HSA активно участвовал в образовании этих комплексов, покрывая поверхность отрицательно заряженных наночастиц.

Кроме того, было обнаружено, что взаимодействие между мягкой короной и поверхностью наночастицы управляется тонким балансом электростатических сил.

Текущие исследования планируют использовать другие нейтронные инструменты, включая Kookaburra USANS и нейтронный рефлектометр Platypus, чтобы понять, как эти сложные комплексы "корона/нанопластик" взаимодействуют с другими биологическими объектами, например, клеточными мембранами.

Исследователи ожидают, что эти результаты повлияют на дальнейшие изыскания в области токсичности наночастиц, предоставив более чёткую картину их взаимодействия с биомолекулами.