Een senior fellow bij de faculteit Scheikunde, MSU, Vladimir Bochenkov, samen met zijn collega's uit Denemarken, hebben het mechanisme van interactie van zilveren nanodeeltjes met de cellen van het immuunsysteem vastgesteld. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

"Momenteel, een groot aantal producten bevat zilveren nanodeeltjes - antibacteriële geneesmiddelen, tandpasta, poetsmiddelen, verven, filters, verpakking, medische en textielartikelen. De werking van deze producten ligt in het vermogen van zilver om onder oxidatie op te lossen en ionen Ag+ te vormen met kiemdodende eigenschappen. Tegelijkertijd, er zijn in vitro onderzoeksgegevens die de toxiciteit van zilveren nanodeeltjes voor verschillende organen aantonen, inclusief de lever, hersenen en longen. In dit verband, het is essentieel om de processen te bestuderen die plaatsvinden met zilveren nanodeeltjes in biologische omgevingen, en de factoren die hun toxiciteit beïnvloeden, ", zegt Vladimir Bochenkov.

De studie is gewijd aan de eiwitcorona - een laag geadsorbeerde eiwitmoleculen die wordt gevormd op het oppervlak van de zilveren nanodeeltjes tijdens hun contact met de biologische omgeving, bijvoorbeeld, in bloed. Deze eiwitcorona maskeert nanodeeltjes en bepaalt grotendeels hun lot, inclusief de snelheid van de eliminatie uit het lichaam, het vermogen om door te dringen tot een bepaald celtype, de verdeling tussen de organen, enzovoort.

Volgens het laatste onderzoek de eiwitcorona bestaat uit twee lagen:een stijve harde corona bestaande uit eiwitmoleculen die stevig zijn gebonden met zilveren nanodeeltjes; en een zachte corona, bestaande uit zwak gebonden eiwitmoleculen in een dynamisch evenwicht met de oplossing. Tot nu, de zachte corona is heel weinig bestudeerd vanwege experimentele problemen - de zwak gebonden nanodeeltjes die werden gescheiden van de eiwitoplossing desorbeerden gemakkelijk, waardoor alleen de stijve corona op het oppervlak van de nanodeeltjes achterblijft.

De grootte van de bestudeerde zilveren nanodeeltjes was 50 tot 88 nm, en de diameter van de eiwitten die de kroon vormden, was drie tot zeven nm. Wetenschappers zijn erin geslaagd om de zilveren nanodeeltjes met het eiwit corona in situ te bestuderen, zonder ze uit de biologische omgeving te verwijderen. Vanwege de gelokaliseerde oppervlakte-plasmonresonantie die wordt gebruikt voor het onderzoeken van de omgeving nabij het oppervlak van de zilveren nanodeeltjes, de functies van de zachte corona zijn voornamelijk onderzocht.

"In productie, we hebben aangetoond dat de corona het vermogen van de nanodeeltjes om op te lossen tot zilverkationen Ag+ kan beïnvloeden, die het toxische effect bepalen. Bij afwezigheid van een zachte corona (snel de medium eiwitlaag delen met de omgeving), zilverkationen worden geassocieerd met de zwavelhoudende aminozuren in serummedium, met name cysteïne en methionine, en precipiteren als nanokristallen Ag2S in de harde corona, ", zegt Vladimir Bochenkov.

Ag2S (zilversulfide) vormt zich op beroemde wijze gemakkelijk op het zilveroppervlak, zelfs in de lucht in aanwezigheid van de waterstofsulfidesporen. Zwavel maakt ook deel uit van veel biomoleculen in het lichaam, waardoor het zilver reageert en wordt omgezet in sulfide. De vorming van Ag2S-nanokristallen vanwege de lage oplosbaarheid vermindert de biologische beschikbaarheid van de Ag+-ionen, het verminderen van de toxiciteit van zilveren nanodeeltjes tot nul. Met een voldoende hoeveelheid van de aminozuurzwavelbronnen die beschikbaar zijn voor reactie, al het potentieel giftige zilver wordt omgezet in het niet-toxische onoplosbare sulfide. Dit is wat er gebeurt bij afwezigheid van een zachte corona.

In aanwezigheid van een zachte corona, de Ag2S zilversulfide nanokristallen worden in kleinere hoeveelheden of helemaal niet gevormd. Wetenschappers schrijven dit toe aan het feit dat de zwak gebonden eiwitmoleculen de Ag+-ionen van nanodeeltjes naar de oplossing overbrengen, waardoor het sulfide ongekristalliseerd blijft. Dus, de zachte corona-eiwitten zijn voertuigen voor de zilverionen.

Dit effect, wetenschappers geloven, moet in aanmerking worden genomen bij het analyseren van de stabiliteit van zilveren nanodeeltjes in een eiwitomgeving, en bij het interpreteren van de resultaten van de toxiciteitsstudies. Studies van de levensvatbaarheid van de cellen van het immuunsysteem (J774 murine lijn macrofagen) bevestigden de vermindering van de celtoxiciteit van zilveren nanodeeltjes bij de sulfidatie (in afwezigheid van een zachte corona).

De uitdaging van Vladimir Bochenkov was om de plasmonresonantiespectra van de betrokken systemen te simuleren en het theoretische model te creëren dat kwantitatieve bepaling van het zilversulfidegehalte in situ rond nanodeeltjes mogelijk maakte, na de verandering in de absorptiebanden in de experimentele spectra. Aangezien de frequentie van de plasmonresonantie gevoelig is voor een verandering in de diëlektrische constante nabij het oppervlak van de nanodeeltjes, veranderingen in de absorptiespectra bevatten informatie over de hoeveelheid gevormd zilversulfide.

Kennis van de mechanismen van vorming en dynamiek van het gedrag van de eiwitcorona, en informatie over de samenstelling en structuur zijn uiterst belangrijk voor het begrijpen van de toxiciteit en gevaren van nanodeeltjes voor het menselijk lichaam. Proteïne-corona-vorming zou kunnen worden gebruikt om medicijnen in het lichaam af te leveren, ook voor de behandeling van kanker.