Мембранные эффекты воздействия наностержней и наночастиц оксида цинка на лимфоциты человека

Выявлено снижение микровязкости в гидрофильной области и ее увеличение в гидрофобной области липидного бислоя (внешнего монослоя) мембраны лимфоцитов после воздействия наностержней оксида цинка (ZnO NRs). При этом не обнаружено статистически достоверных изменений исследуемых параметров при действии наночастиц оксида цинка (ZnO NPs). Изучение структурного состояния белкового компонента клеточных мембран выявило увеличение количества NH₂-групп на поверхности мембран только после действия ZnO NRs. Установлено, что экспозиция клеток с ZnO NPs сопровождалась увеличением содержания SH-групп белков на поверхности мембран лимфоцитов, а взаимодействие ZnO NRs с клеткой приводило к окислению белковых сульфгидрильных групп. Согласно результатам сканирующей электронной микроскопии геометрические размеры наночастиц не превышали 30-100 нм, а диаметр наностержней оксида цинка составлял 70-150 нм при их длине до 500 нм. Полученные результаты могут быть частично объяснены возможностью наночастиц проникать внутрь клетки, а предполагаемым механизмом взаимодействия наностержней с клеткой является электростатическое взаимодействие или «прокалывание» цитоплазматической мембраны.

1. Xiong, H. M. ZnO nanoparticles applied to bioimaging and drug delivery / H. M. Xiong // Adv. Mater. - 2013. -Vol. 25, N 37. - P. 5329-5335. https://doi.org/10.1002/adma.201301732

2. Imaging of zinc oxide nanoparticle penetration in human skin in vitro and in vivo / A. V. Zvyagin [et al.] // J. Biomed. Opt. - 2008. - Vol. 13, N 6. - P. 064031. https://doi.org/10.1117/L3041492

3. Ultrasensitive detection of cytokines enabled by nanoscale ZnO arrays / V. Adalsteinsson [et al.] // Anal. Chem. -2008. - Vol. 80, N 17. - P. 6594-6601. https://doi.org/10.1021/ac800747q

4. Predictive value of in vitro assays depends on the mechanism of toxicity of metal oxide nanoparticles / W. S. Cho [et al.] // Part Fibre. Toxicol. - 2013. - Vol. 10, N 1. - P. 55. https://doi.org/10.1186/1743-8977-10-55

5. Application of short-term inhalation studies to assess the inhalation toxicity of nanomaterials / R. Landsiedel [et al.] // Part Fibre Toxicol. - 2014. - Vol. 11, N 1. - P. 16. https://doi.org/10.1186/1743-8977-11-16

6. Toxicity assessment of zinc oxide nanoparticles using sub-acute and sub-chronic murine inhalation models / A. Adam-cakova-Dodd [et al.] // Part Fibre Toxicol. - 2014. - Vol. 11, N 1. - P. 15. https://doi.org/10.1186/1743-8977-11-15

7. Particulate nature of inhaled zinc oxide nanoparticles determines systemic effects and mechanisms of pulmonary inflammation in mice / J. K. Chen [et al.] // Nanotoxicology. - 2014. - Vol. 9, N 1. - P. 43-53. https://doi.org/10.3109/17435390.2014.886740

8. In vitro mechanistic study towards a better understanding of ZnO nanoparticle toxicity / T. Buerki-Thurnherr [et al.] // Nanotoxicology. - 2012. - Vol. 7, N 4. - P. 402-416. https://doi.org/10.3109/17435390.2012.666575

9. Acute exposure to ZnO nanoparticles induces autophagic immune cell death / B. M. Johnson [et al.] // Nanotoxicology. -2014. - Vol. 9, N 6. - P. 737-748. https://doi.org/10.3109/17435390.2014.974709

10. Zinc oxide nanoparticle induced autophagic cell death and mitochondrial damage via reactive oxygen species generation / K. N. Yu [et al.] // Toxicol. in Vitro. - 2013. - Vol. 27, N 4. - P. 1187-1195. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2013.02.010

11. Evaluation of the cytotoxic and inflammatory potential of differentially shaped zinc oxide nanoparticles / B. C. Heng [et al.] // Arch. Toxicol. - 2011. - Vol. 85, N 12. - P. 1517-1528. https://doi.org/10.1007/s00204-011-0722-1

12. Effects of surface-modifying ligands on the colloidal stability of ZnO nanoparticle dispersions in vitro cytotoxicity test media / D. Kwon [et al.] // Int. J. Nanomedicine. - 2014. - Vol. 9, N 2. - P. 57-65. https://doi.org/10.2147/ijn.s57924

13. Jiang, W. Bacterial toxicity comparison between nanoand micro-scaled oxide particles / W. Jiang, H. Mashayekhi, B. Xing // Environ. Pollut. - 2009. - Vol. 157, N 5. - P. 1619-1625. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2008.12.025

14. Optical, nanostructural, and biophysical properties of Zn-induced changes in human erythrocyte membranes / A. Ya. Khairullina [et al.] // Optics and Spectroscopy. - 2011. - Vol. 110, N 4. - P. 534-540. https://doi.org/10.1134/s0030400x11040138

15. Harmaza, Y. M. Zinc essentiality and toxicity. Biophysical aspects / Y. M. Harmaza, E. I. Slobozhanina // Biophysics. -2014. - Vol. 59, N 2. - P. 264-275. https://doi.org/10.1134/s0006350914020092