РАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И МЕХАНИЗМЫ ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕЛЕНА, КОБАЛЬТА И СЕРЕБРА НА МИТОХОНДРИИ ПЕЧЕНИ КРЫС

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Наноразмерные материалы широко используются в биомедицинских нанотехнологиях, однако механизмы токсических эффектов нанокластеров металлов и неметаллов остаются невыясненными. Цель настоящей работы – оценить размерные характеристики и механизмы токсического действия наночастиц серебра, селена и кобальта на уровне изолированных митохондрий. Методом лазерной абляции получены наночастицы серебра (округлой формы, ~10–20 нм и ~50 нм), кобальта (кубической и призматической формы, ~100–200 нм) и селена (сферические, ~20–30 нм и 135–180 нм), отличающиеся спектральными характеристиками и способные формировать конгломераты. Наночастицы серебра, кобальта, селена (0.1–10 мкг/мл) эффективно ингибировали респираторную активность изолированных митохондрий печени крыс, нарушая сопряжение окисления и фосфорилирования, что сопровождалось падением потенциала митохондриальных мембран. Разобщающий эффект наночастиц может быть связан с переносом электронов от электрон-транспортной цепи митохондрий на положительно заряженную поверхность наночастиц и зависит от размеров и материала наночастиц.

Об авторах

С. С Ануфрик

Гродненский государственный университет имени Янки Купалы

Гродно, Республика Беларусь

А. И Савко

Гродненский государственный университет имени Янки Купалы

Гродно, Республика Беларусь

С. Н Анучин

Гродненский государственный университет имени Янки Купалы

Email: anuchin_sn@grsu.by
Гродно, Республика Беларусь

Т. А Коваленя

Гродненский государственный университет имени Янки Купалы

Гродно, Республика Беларусь

Т. В Ильич

Гродненский государственный университет имени Янки Купалы

Гродно, Республика Беларусь

Т. К Крупская

Гродненский государственный университет имени Янки Купалы

Гродно, Республика Беларусь

Е. А Лапшина

Гродненский государственный университет имени Янки Купалы

Гродно, Республика Беларусь

И. Б Заводник

Гродненский государственный университет имени Янки Купалы

Гродно, Республика Беларусь

Список литературы

  1. Gautam A., Singh D., and Vijayaraghwan R. Dermal exposure of nanoparticles: an understanding. J. Cell. Tissue Res., 2 (1), 2703–2708 (2011).
  2. Teodoro J. S., Simões A. M., Duarte F. V., Rolo A. P., Murdoch R. C., Hussain S. M., and Palmeira C. M. Assessment of the toxicity of silver nanoparticles in vitro: a mitochondrial perspective. Toxicol. in vitro, 25 (3), 664–70 (2011). doi: 10.1016/j.tiv.2011.01.004
  3. Natsuki J., Natsuki T., and Hashimoto Y. A review of silver nanoparticles: synthesis methods, properties and applications. Int. J. Materials Sci. & Applications, 4 (5), 325–332 (2015). doi: 10.11648/j.ijmsa.20150405.17
  4. Berger S., Berger M., Bantz C., Maskos M., and Wagner E. Performance of nanoparticles for biomedical applications: The in vitro/in vivo discrepancy. Biophysics Rev., 3 (1), 011303 (2022). doi: 10.1063/5.0073494
  5. Keservani R. K., Kesharwani R. K., and Sharma A. K. Advances in Novel Formulations for Drug Delivery (WileyScrivener, 2023).
  6. Tsuji T., Iryo K., Watanabe N., and Tsuji M. Preparation of silver nanoparticles by laser ablation in solution. Appl. Surf. Sci., 202, 80–85 (2002).
  7. Wongrakpanich A., Geary S. M., Joiner M.-L. A., Anderson M. E., and Salem A. K. Mitochondria-targeting particles. Nanomedicine, 9, 2531–2543 (2014). doi: 10.2217/nnm.14.161
  8. Daniel M. C. and Astruc D. Gold nanoparticles: Assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology. Chem. Rev., 104 (1), 293–346 (2004). doi: 10.1021/cr030698+
  9. Rufino A. T., Ramalho A., Sousa A., de Oliveira J. M. P. F., Freitas P., Gómez M. A. G., Piñeiro-Redondo Y., Rivas J., Carvalho F., Fernandes E., and Freitas M. Protective role of flavonoids against intestinal pro-inflammatory effects of silver nanoparticles. Molecules, 26, 6610 (2021). doi: 10.3390/molecules26216610
  10. Buchke S., Sharma M., Bora A., Relekar M., Bhanu P., and Kumar J. Mitochondria-targeted, nanoparticle-based drug-delivery systems: therapeutics for mitochondrial disorders. Life, 12 (5), 657 (2022). doi: 10.3390/life12050657
  11. Довнар Р. И., Смотрин С. М., Ануфрик С. С., Соколова Т. Н., Анучин С. Н. и Иоскевич Н. Н. Антибактериальные и физико-химические свойства наночастиц серебра и оксида цинка. Журн. Гродненского гос. мед. ун-та, 20 (1), 98–107 (2022). doi: 10.25298/2221-8785-2022-20-1-98-107
  12. Varlamova E. G., Gudkov S. V., Plotnikov E. Y., and Turovsky E. A. Size-dependent cytoprotective effects of selenium nanoparticles during oxygen-glucose deprivation in brain cortical cells. Int. J. Mol. Sci., 23 (13), 7464 (2022). doi: 10.3390/ijms23137464
  13. Vodyashkin A. A., Kezimana P., Prokonov F. Y., Vasilenko I. A., and Stanishevskiy Y. M. Current methods for synthesis and potential applications of cobalt nanoparticles: A review. Crystals, 12 (2), 272 (2022). doi: 10.3390/cryst12020272
  14. Станишевская И. Е., Стойнова А. М., Марахова А. И. и Станишевский Я. М. Наночастицы серебра: получение и применение в медицинских целях. Разработка и регистрация лекарственных средств, 14 (1), 66–69 (2016).
  15. Yang L. Y., Gao J. L., Gao T., Dong P., Ma L., Jiang F. L., and Liu Y. Toxicity of polyhydroxylated fullerene to mitochondria. J. Hazard Mater., 301, 119–126 (2016). doi: 10.1016/j.jhazmat.2015.08.046
  16. Ануфрик С. С., Анучин С. Н. и Сергиенко И. Г. Морфология поверхностных наноструктур цветных металлов, осажденных из растворов аблированных наночастиц. Веснік Гродзенскага дзяржаўнага ўніверсітэта імя Янкі Купалы. Сер. 6. Тэхніка, 11 (1), 59–65 (2021).
  17. Dovnar R., Smotrin S., Anufrik S., Anuchin S., Dovnar I., and Iaskevich N. Copper and selenium nanoparticles as a new tool against antibiotic-resistant pathogenic microorganisms. Khirurgiya. Vostochnaya Evropa – Surgery. Eastern Europe. 11 (3), 315–328 (2022). doi: 10.34883/pi.2022.11.3.013
  18. Позняк С. С., Жильцова Ю. В. и Лосева Л. П. МВИ.МН 4092-2011 «Методика выполнения измерений массовой доли химических элементов бария, железа, кадмия, калия, кальция, кобальта, марганца, меди, никеля, свинца, серы, стронция, сурьмы, титана, хлора, хрома, цинка, циркония в почве и донных отложениях методом рентгено-флуоресценции с использованием спектрометра энергий рентгеновского излучения СЕР-01» (МГЭУ им. А.Д. Сахарова, Мн., 2011).
  19. Johnson D. and Lardy H. Isolation of rat liver and kidney mitochondria. Methods Enzymol., 10, 94–96 (1967). doi: 10.1016/0076-6879(67)10018-9
  20. Schummer U., Schiefer H.-G., and Gerhardt U. Mycoplasma membrane potentials determined by potentialsensitive fluorescent dyes. Curr. Microbiol., 2, 191–194 (1979).
  21. Akerman K. E. and Wikström M. K. Safranine as a probe of the mitochondrial membrane potential. FEBS Lett., 6 (2), 191–197 (1976).
  22. Lowry O. H., Rosebrough N. J., Farr A. L., and Randall R. J. Protein measurement with the Folin phenol reagent. J. Biol. Chem., 193 (1), 265–275 (1951).
  23. Santhosh P. B., Penič S., Genova J., Iglič A., KraljIglič V., and Ulrih N. P. A study on the interaction of nanoparticles with lipid membranes and their influence on membrane fluidity. J. Physics: Conf. Ser., 398, 012034 (2012). doi: 10.1088/1742-6596/398/1/012034
  24. Costa C. S., Ronconi J. V. V., Daufenbach J. F., Gonçalves C. L., Rezin G. T., Streck E. L., and da Silva Paula M. M. In vitro effects of silver nanoparticles on the mitochondrial respiratory chain. Mol. Cell Biochem., 342 (1–2), 51–56 (2010). doi: 10.1007/s11010-010-0467-9
  25. Dong P., Li J. H., Xu S. P., Wu X. J., Xiang X., Yang Q. Q., Jin J. C., Liu Y., and Jiang F. L. Mitochondrial dysfunction induced by ultra-small silver nanoclusters with a distinct toxic mechanism. J. Hazard Mater., 308, 139–148 (2016). doi: 10.1016/j.jhazmat.2016.01.017
  26. Zhuang Y., Li L., Feng L., Wang S., Su H., Liu H., Liu H., and Wu Y. Mitochondrion-targeted selenium nanoparticles enhance reactive oxygen species-mediated cell death. Nanoscale, 12, 1389–1396 (2020). doi: 10.1039/C9NR09039H
  27. Chen J., Chen C., Wang N., Wang C., Gong Z., Du J., Lai H., Lin X., Wang W., Chang X., Aschner M., Guo Zh., Wu S., Li H., and Zheng F. Cobalt nanoparticles induce mitochondrial damage and β-amyloid toxicity via the generation of reactive oxygen species. NeuroToxicol., 95, 155–163 (2023). doi: 10.1016/j.neuro.2023.01.010
  28. Zheng F., Luo Z., Lin X., Wang W., Aschner M., Cai P., Wang Y. L., Shao W., Yu G., Guo Z., Wu S., and Li H. Intercellular transfer of mitochondria via tunnelling nanotubes protects against cobalt nanoparticle-induced neurotoxicity and mitochondrial damage. Mol. Pharmacol. 15 (10), 1358–1379 (2021).
  29. Lienemann M. Molecular mechanisms of electron transfer employed by native proteins and biological-inorganic hybrid systems. Comput. Structur. Biotechnol. J., 19, 206–213 (2021). doi: 10.1016/j.csbj.2020.12.004
  30. Fehaid A. and Taniguchi A. The double-edged effect of silver nanoparticles is determined by their physical characteristics. Nano Biomedicine, 11 (2), 49–56 (2019). doi: 10.11344/nano.11.49
  31. Liu W., Wu Y., Wang C., Li H. C., Wang T., Liao C. Y., Cui L., Zhou Q. F., Yan B., and Jiang G. B. Impact of silver nanoparticles on human cells: effect of particle size. Nanotoxicology, 4 (3), 319–330 (2010). doi: 10.3109/17435390.2010.483745

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».