Sølv nanopartikler protein corona påvirker deres toksicitet

Seniorstipendiat ved Det Kemiske Fakultet, MSU, Vladimir Bochenkov, sammen med sine kolleger fra Danmark, har etableret mekanismen for interaktion mellem sølvnanopartikler og cellerne i immunsystemet. Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Naturkommunikation .

"I øjeblikket, et stort antal produkter indeholder sølvnanopartikler - antibakterielle lægemidler, tandpasta, polere, maling, filtre, emballage, medicinske og tekstilartikler. Disse produkters funktion ligger i sølvets evne til at opløses under oxidation og danne ioner Ag+ med bakteriedræbende egenskaber. På samme tid, der er in vitro-forskningsdata, der viser sølvnanopartiklers toksicitet for forskellige organer, inklusive leveren, hjerne og lunger. I denne forbindelse det er vigtigt at studere de processer, der foregår med sølvnanopartikler i biologiske miljøer, og de faktorer, der påvirker deres toksicitet, " siger Vladimir Bochenkov.

Undersøgelsen er viet til proteinet corona - et lag af adsorberede proteinmolekyler, der dannes på overfladen af ​​sølvnanopartiklerne under deres kontakt med det biologiske miljø, for eksempel, i blod. Dette protein corona maskerer nanopartikler og bestemmer i høj grad deres skæbne, inklusive hastigheden af ​​elimineringen fra kroppen, evnen til at trænge ind til en bestemt celletype, fordelingen mellem organerne, etc.

Ifølge den seneste forskning, proteinkoronaen består af to lag:en stiv hård corona bestående af proteinmolekyler tæt bundet med sølvnanopartikler; og en blød corona, bestående af svagt bundne proteinmolekyler i en dynamisk ligevægt med opløsningen. Indtil nu, den bløde korona er blevet undersøgt meget lidt på grund af eksperimentelle vanskeligheder - de svagt bundne nanopartikler, der blev adskilt fra proteinopløsningen, desorberes let, efterlader kun den stive korona på nanopartikeloverfladen.

Størrelsen af ​​de undersøgte sølvnanopartikler var 50 til 88 nm, og diameteren af ​​proteinerne, der udgjorde kronen, var tre til syv nm. Forskere formåede at studere sølvnanopartikler med proteinet corona in situ, uden at fjerne dem fra det biologiske miljø. På grund af den lokaliserede overfladeplasmonresonans, der bruges til at sondere miljøet nær overfladen af ​​sølvnanopartikler, den bløde koronas funktioner er primært blevet undersøgt.

"I arbejdet, vi viste, at koronaen kan påvirke nanopartiklernes evne til at opløses til sølvkationer Ag+, som bestemmer den toksiske effekt. I fravær af en blød corona (hurtigt at dele det mellemstore proteinlag med miljøet), sølvkationer er forbundet med de svovlholdige aminosyrer i serummediet, især cystein og methionin, og udfældes som nanokrystaller Ag2S i den hårde korona, " siger Vladimir Bochenkov.

Ag2S (sølvsulfid) dannes som bekendt let på sølvoverfladen selv i luften i nærvær af svovlbrintesporene. Svovl er også en del af mange biomolekyler i kroppen, provokere sølvet til at reagere og blive omdannet til sulfid. Dannelse af Ag2S nanokrystaller på grund af lav opløselighed reducerer biotilgængeligheden af ​​Ag+ ionerne, reducere toksiciteten af ​​sølvnanopartikler til nul. Med en tilstrækkelig mængde af aminosyresvovlkilderne til rådighed til reaktion, alt det potentielt giftige sølv omdannes til det ugiftige uopløselige sulfid. Dette er, hvad der sker i fravær af en blød corona.

I nærværelse af en blød corona, Ag2S sølvsulfid nanokrystallerne er dannet i mindre mængder eller slet ikke dannet. Forskere tilskriver dette det faktum, at de svagt bundne proteinmolekyler overfører Ag+ ionerne fra nanopartikler til opløsningen, hvorved sulfidet efterlades ukrystalliseret. Dermed, de bløde koronaproteiner er bærere for sølvionerne.

Denne effekt, videnskabsmænd mener, bør tages i betragtning, når stabiliteten af ​​sølvnanopartikler analyseres i et proteinmiljø, og ved fortolkning af resultaterne af toksicitetsundersøgelserne. Undersøgelser af cellelevedygtigheden af ​​immunsystemet (J774 murine linje makrofager) bekræftede reduktionen i celletoksicitet af sølv nanopartikler ved sulfidering (i fravær af en blød corona).

Vladimir Bochenkovs udfordring var at simulere plasmonresonansspektrene for de involverede systemer og at skabe den teoretiske model, der tillod kvantitativ bestemmelse af sølvsulfidindhold in situ omkring nanopartikler, efter ændringen i absorptionsbåndene i de eksperimentelle spektre. Da frekvensen af ​​plasmonresonansen er følsom over for en ændring i dielektricitetskonstanten nær nanopartikeloverfladen, ændringer i absorptionsspektrene indeholder information om mængden af ​​dannet sølvsulfid.

Kendskab til dannelsesmekanismerne og dynamikken i proteinets coronas adfærd, og information om dens sammensætning og struktur er ekstremt vigtig for at forstå toksiciteten og farerne ved nanopartikler for den menneskelige krop. Protein corona dannelse kunne bruges til at levere lægemidler i kroppen, herunder til behandling af kræft.