En senior stipendiat vid kemiska fakulteten, MSU, Vladimir Bochenkov, tillsammans med sina kollegor från Danmark, har etablerat mekanismen för interaktion mellan silvernanopartiklar och cellerna i immunsystemet. Studien publiceras i tidskriften Naturkommunikation .

"För närvarande, ett stort antal produkter innehåller silvernanopartiklar - antibakteriella läkemedel, tandkräm, polermedel, målar, filter, förpackning, medicinska och textilartiklar. Dessa produkters funktion ligger i att silver löser sig under oxidation och bildar joner Ag+ med bakteriedödande egenskaper. På samma gång, det finns in vitro -forskningsdata som visar silvernanopartiklarnas toxicitet för olika organ, inklusive levern, hjärna och lungor. I detta avseende, det är viktigt att studera de processer som sker med silvernanopartiklar i biologiska miljöer, och de faktorer som påverkar deras toxicitet, säger Vladimir Bochenkov.

Studien ägnas åt proteinkorona - ett lager av adsorberade proteinmolekyler som bildas på ytan av silvernanopartiklarna under deras kontakt med den biologiska miljön, till exempel, i blod. Detta proteinkorona maskerar nanopartiklar och bestämmer till stor del deras öde, inklusive hastigheten för eliminering från kroppen, förmågan att penetrera till en viss celltyp, fördelningen mellan organen, etc.

Enligt den senaste forskningen, proteinkoronan består av två lager:en styv hård korona som består av proteinmolekyler tätt bundna med silvernanopartiklar; och en mjuk korona, som består av svagt bundna proteinmolekyler i en dynamisk jämvikt med lösningen. Tills nu, den mjuka koronan har studerats väldigt lite på grund av experimentella svårigheter - de svagt bundna nanopartiklarna som separerades från proteinlösningen lätt desorberades, lämnar bara den styva koronan på nanopartikelytan.

Storleken på de studerade silvernanopartiklarna var 50 till 88 nm, och diametern på proteinerna som utgjorde kronan var tre till sju nm. Forskare lyckades studera silver -nanopartiklarna med protein corona in situ, utan att ta bort dem från den biologiska miljön. På grund av den lokaliserade ytplasmonresonansen som används för att sondera miljön nära silvernanopartiklarnas yta, funktionerna för den mjuka koronan har i första hand undersökts.

"I arbetet, vi visade att korona kan påverka nanopartiklarnas förmåga att lösa sig till silverkatjoner Ag+, som bestämmer den toxiska effekten. I avsaknad av en mjuk korona (snabbt dela det medellånga proteinskiktet med miljön), silverkatjoner är associerade med de svavelinnehållande aminosyrorna i serummedium, särskilt cystein och metionin, och fälls ut som nanokristaller Ag2S i den hårda koronan, säger Vladimir Bochenkov.

Ag2S (silversulfid) bildas lätt på silverytan även i luften i närvaro av vätesulfidspår. Svavel är också en del av många biomolekyler som finns i kroppen, provocerar silvret att reagera och omvandlas till sulfid. Bildandet av Ag2S nanokristaller på grund av låg löslighet minskar biotillgängligheten för Ag+ jonerna, minska toxiciteten hos silvernanopartiklar till noll. Med en tillräcklig mängd av aminosyrans svavelkällor tillgängliga för reaktion, allt potentiellt giftigt silver omvandlas till den icke -toxiska olösliga sulfiden. Detta är vad som händer i frånvaro av en mjuk korona.

I närvaro av en mjuk korona, Ag2S -silversulfid -nanokristaller bildas i mindre mängder eller bildas inte alls. Forskare tillskriver detta att de svagt bundna proteinmolekylerna överför Ag+ -jonerna från nanopartiklar till lösningen, därigenom lämnar sulfiden okristalliserad. Således, de mjuka korona -proteinerna är bärare för silverjonerna.

Denna effekt, forskare tror, bör beaktas vid analys av stabiliteten hos silvernanopartiklar i en proteinmiljö, och vid tolkning av resultaten av toxicitetsstudierna. Studier av immunförsvarets cellviabilitet (J774 murina linjemakrofager) bekräftade minskningen av celltoxicitet hos silvernanopartiklar vid sulfideringen (i frånvaro av en mjuk korona).

Vladimir Bochenkovs utmaning var att simulera plasmonresonansspektra för de inblandade systemen och skapa den teoretiska modellen som möjliggjorde kvantitativ bestämning av silversulfidinnehållet in situ runt nanopartiklar, efter förändringen i absorptionsbanden i de experimentella spektra. Eftersom plasmonresonans frekvens är känslig för en förändring i dielektrisk konstant nära nanopartikelytan, förändringar i absorptionsspektra innehåller information om mängden silversulfid som bildas.

Kunskap om bildningsmekanismerna och dynamiken i proteinkoronans beteende, och information om dess sammansättning och struktur är oerhört viktig för att förstå giftigheten och farorna med nanopartiklar för människokroppen. Proteinkoronbildning kan användas för att leverera läkemedel i kroppen, inklusive för behandling av cancer.