В ТПУ установили механизмы воздействия наночастиц серебра на клетки

Совместное исследование молекулярных механизмов воздействия наночастиц серебра на здоровые и раковые клетки провели ученые Томского политехнического университета (ТПУ) и их коллеги из мексиканских вузов, 30 апреля сообщает пресс-служба ТПУ.

В результате исследования было установлено, что воздействие наночастиц запускает адаптивный стрессовый ответ, а не прямой апоптоз (регулируемый процесс самоуничтожения клеток). Полученные данные позволят в будущем «настраивать» наночастицы под конкретную медицинскую задачу.

Все результаты ученые представили в статье «Различия в транскриптомных и цитотоксических реакциях на стабилизированные поливинилпирролидоном наночастицы серебра в клетках рака молочной железы и фибробластах кожи человека» (Differential transcriptomic and cytotoxic responses to polyvinylpyrrolidone-stabilized silver nanoparticles in breast cancer cells and human dermal fibroblasts), опубликованной в журнале Scientific Reports (Q1, IF: 3,9).

Благодаря своим антимикробным и противоопухолевым свойствам наночастицы серебра широко используются в биомедицине. Однако точные молекулярные механизмы их воздействия на разные виды клеток в настоящее время изучены мало, что ограничивает их безопасное применение.

Решая эту проблему, команда ученых из ТПУ и мексиканских вузов исследовали воздействие двух видов наночастиц серебра, стабилизированных поливинилпирролидоном, — AgNP1 и AgNP2 на здоровые клетки кожных фибробластов и раковые клетки молочной железы, сравнив уровень их воздействия.

Учеными были проведены функциональные тесты жизнеспособности клеток и анализ транскриптома (набора всех молекул РНК — транскриптов — в клетке) после воздействия на них наночастицами обоих видов, чтобы понять, как меняется при этом активность генов и биологические процессы внутри клеток.

Один из авторов исследования, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских исследований ТПУ Алексей Пестряков рассказал:

«Несмотря на схожий состав наночастиц, результаты исследования показали, что в зависимости от структуры их воздействие на клетки будет отличаться. Так, в клетках кожи наночастицы серебра усиливали выработку так называемых тепловых шоковых белков и помогали справляться со стрессом внутри клетки — это механизмы защиты белков».

Однако, отметил ученый, их действие на раковые клетки было противоположным: наночастицы стимулировали изменения обработки РНК и регуляции активности генов (биогенез рибонуклеопротеиновых комплексов и сплайсинг — процесс «редактирования» РНК).

Исследователи установили, что действие наночастиц на клетки шло не через апоптоз или некроз, а с помощью адаптивного стрессового механизма. При этом включался механизма адаптации клеток к воздействию, и они не сразу погибали, а пытались приспособиться к этому воздействию.

Исследователи особое внимание обратили на цитотоксичность (способность повреждать клетки) наночастиц серебра. Ими было установлено, что на раковые клетки сильнее действовали частицы AgNP1. Так, для получения полумаксимальной ингибирующей концентрации (количество вещества, способное снизить жизнеспособность клеток на 50%) потребовалось взять всего 125 мкг/мл.

Однако до полумаксимальной ингибирующей концентрации наночастиц серебра в случае клеток кожных фибробластов потребовалось не менее 203 мкг/мл. То есть сильное воздействие на здоровые клетки возникало при большей концентрации наночастиц.

«Благодаря сочетанию современных методов оценки влияния на клетки нам удалось не просто увидеть эффект такого влияния, а понять, как он возникает на молекулярном уровне. Это важные данные для разработки лекарств. Поскольку размер, покрытие и другие параметры наночастиц можно „настраивать“ под конкретные цели, например, усилить действие на раковые клетки и снизить токсичность на здоровые», — добавил профессор ТПУ.

Свои будущие исследования команда ученых намерена посвятить уточнению влияния размера и покрытия наночастиц на их поведение в организме, проведя исследования in vivo на клетках.

В команду исследователей, кроме ученых Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, вошли специалисты Монтеррейского технологического института и Национального автономного университета из Мексики.