Молекулярная природа цитотоксичности наноструктур оксида цинка

Проведен сравнительный анализ молекулярных процессов, вызванных воздействием наноструктурированного оксида цинка разной формы (стержни и сферические частицы), а также хлоридом цинка как источника свободных ионов на лимфоциты человека. Выявлено снижение процента жизнеспособных клеток при инкубации их в течение 20 и 40 ч с наноструктурами оксида цинка и хлоридом цинка за счет увеличения внутриклеточной концентрации лабильного пула Zn²⁺. Обнаружено, что наименьшей цитотоксичностью обладают наностержни оксида цинка, а наибольшей - хлорид цинка. Возможным механизмом цитотоксичного действия данных агентов выступает Zn-опосредованная активация свободнорадикальных процессов в клетке - увеличение накопления активных форм кислорода в модифицированных лимфоцитах. Таким образом, форма наноматериала и его способность «отдавать» ионы цинка вносят основной вклад в обнаруженные клеточные молекулярные процессы in vitro.

1. The size of zinc oxide nanoparticles controls its toxicity through impairing autophagic flux in A549 lung epithelial cells / B. Wang [et al.] // Toxicol. Lett. - 2018. - Vol. 285. - P. 51-59. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2017.12.025

2. Size-dependent cytotoxicity study of ZnO nanoparticles in HepG2 cells / P. Chen [et al.] // Ecotoxicol. Environ. Saf. -2019. - Vol. 171. - P. 337-346. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.12.096

3. Zinc overload mediated by zinc oxide nanoparticles as innovative anti-tumor agent / N. Wiesmann [et al.] // J. Trace Elem. Med. Biol. - 2019. - Vol. 51. - P. 226-234. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2018.08.002

4. A review on ZnO nanostructured materials: energy, environmental and biological applications / J. Theerthagiri [et al.] // Nanotechnology. - 2019. - Vol. 30, N 39. - P. 392001. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab268a

5. Влияние внутриклеточного уровня ионов цинка на перераспределение фосфатидилсерина в мембранах и жизнеспособность эритроцитов человека / Ю. М. Гармаза [и др.] // Новости мед.-биолог. наук. - 2011. - Т. 3, № 1. - С. 90-95.

6. 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

7. Singh, S. Zinc oxide nanoparticles impacts: cytotoxicity, genotoxicity, developmental toxicity, and neurotoxicity / S. Singh // Toxicol. Mech. Methods. - 2019. - Vol. 29, N 4. - P. 300-311. https://doi.org/10.1080/15376516.2018.1553221

8. Гармаза, Ю. М. Мембранные эффекты воздействия наностержней и наночастиц оксида цинка на лимфоциты человека / Ю. М. Гармаза, А. В. Тамашевский, Е. И. Слобожанина // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. - 2019. - Т. 63, № 1. - С. 72-78. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2019-63-1-72-78

9. Tabas, I. Secretory sphingomyelinase / I. Tabas // Chem. Phys. Lipids. - 1999. - Vol. 102, N 1-2. - P. 123-130. https://doi.org/10.1016/s0009-3084(99)00080-8

10. Measuring zinc in living cells. A new generation of sensitive and selective fluorescent probes / K. R. Gee [et al.] // Cell Calcium. - 2002. - Vol. 31, N 5. - P. 245-251. https://doi.org/10.1016/s0143-4160(02)00053-2

11. Внутриклеточный цинк: роль в Н2О2-индуцированном окислительном стрессе в эритроцитах человека / Ю. М. Гармаза [и др.] // Биофизика. - 2016. - Т. 61, вып. 6. - С. 1149-1158.

12. Гармаза, Ю. M. Zn-дефицитные состояния в эритроцитах человека in vitro и свободнорадикальные процессы / Ю. М. Гармаза, А. В. Тамашевский // Журн. Белорус. гос. ун-та. Экология. - 2017. - № 3. - С. 54-63.

13. Zinc-induced cortical neuronal death with features of apoptosis and necrosis: mediation by free radicals / Y. H. Kim [et al.] // Neuroscience. - 1999. - Vol. 89, N 1. - P. 175-182. https://doi.org/10.1016/s0306-4522(98)00313-3

14. Choi, D. W. Zinc and brain injury / D. W. Choi, J. Y. Koh // Annu. Rev. Neurosci. - 1998. - Vol. 21, N 1. - P. 347-375. https://doi.org/10.1146/annurev.neuro.21.1.347

15. Quantitative multiwell myeloid differentiation assay using dichlorodihydrofluorescein diacetate (H2DCF-DA) or dihydrorhodamine 123 (H2R123) / I. D. Trayner [et al.] // J. Immun. Meth. - 1995. - Vol. 186, N 2. - P. 2725-284. https://doi.org/10.1016/0022-17592(95)00152-z