Trendy

Vliv PEGylovaných nanočástic oxidu grafenu na fagocytární a oxidační aktivitu lidských neutrofilů | Bochkova | Lékařská imunologie

Vědecký a technologický pokrok přispívá k objevování a výrobě inovativních materiálů. Výrazným příkladem je vznik grafenu. Grafen je považován za slibný materiál pro použití v nanobiomedicíně a nanobiotechnologiích, proto je důležité pochopit, jak ovlivňuje lidské imunitní buňky.

Cílem studie bylo zkoumat vliv nanočástic oxidu grafenu o koncentraci 5 a 25 μg/ml s laterálními rozměry 100-200 nm a 1-5 μm, modifikovaných lineárním a rozvětveným polyethylenglykolem, na funkční aktivitu lidských neutrofilů.

Tvorba reaktivních forem kyslíku byla studována pomocí chemiluminiscenčního testu s lucigeninem jako aktivátorem chemiluminiscence v mikrovariantní destičce (96jamková destička) po dobu 60 minut. Dále byl studován vliv 60minutové inkubace neutrofilů s PEGylovanými nanočásticemi oxidu grafenu na životaschopnost těchto buněk s barvením trypanovou modří a 30minutové inkubace na absorpci neutrofilů značených fluorescein isokyanátem. E. coli K-12 (laboratorní kmen). Vzorky byly analyzovány na průtokovém cytometru CytoFlex S. Procento značeného fluorescein isokyanátem (absorbovaného) E. coli) neutrofilů a index absorpce (medián fluorescence v bráně buněk značených fluorescein isothiokyanátem dělený počtem buněk v této bráně). Vzorky bez přidaných nanočástic sloužily jako kontroly.

V testu se stimulovaným zymosanem byl zjištěn pokles indexů chemiluminiscence neutrofilů zesílených lucigeninem pod vlivem dvou typů nanočástic oxidu grafenu: o velikosti 1-5 μm, potažených lineárním polyethylenglykolem, a o velikosti 100-200 nm, potažených rozvětveným polyethylenglykolem, při koncentraci 25 μg/ml. Nebyla zjištěna žádná závislost účinku na velikosti částic a typu polyethylenglykolu. Indexy spontánní chemiluminiscence neutrofilů se po přidání PEGylovaných nanočástic oxidu grafenu nezměnily.

Třicetiminutová inkubace lidských neutrofilů při 37 °C s PEGylovanými nanočásticemi oxidu grafenu s laterálními rozměry 100–200 nm a 1–5 μm neovlivnila životaschopnost těchto buněk ani procento absorbovaných neutrofilů. E. coliLineární polyethylenglykolem modifikovaný oxid grafenu o velikosti 1–5 μm v koncentraci 25 μg/ml však zvýšil množství vychytaných neutrofilů. E. coli na buňku.

Takže při absenci cytotoxicity mají PEGylované částice oxidu grafenu vícesměrné imunomodulační účinky na neutrofily. V tomto případě je důležitá jejich koncentrace, a nikoli velikost částic oxidu grafenu a typ polyethylenglykolu.

Klíčová slova

Podporováno: Práce byla provedena v rámci státního úkolu č. 124021900006-5 s využitím vybavení Centra kolektivního užívání „Výzkum materiálů a látek“ Permského federálního výzkumného centra Uralské pobočky Ruské akademie věd.

O autorech

Ústav ekologie a genetiky mikroorganismů Uralské pobočky Ruské akademie věd – pobočka Federální státní rozpočtové instituce vědy “Permské federální výzkumné centrum Uralské pobočky Ruské akademie věd”
Rusko

Bochková Maria Stanislavovna – PhD, vědecká pracovnice v Laboratoři buněčné imunologie a nanobiotechnologie.

614081, Perm, ul. Goleva, 13

Tel .: 8 (342) 280-77-94

Fax: 8 (342) 280-92-11

Mladší výzkumný pracovník v laboratoři molekulární imunologie.

PhD, vědecký pracovník v laboratoři buněčné imunologie a nanobiotechnologie.

Doktor biologických věd, vedoucí výzkumník v laboratoři buněčné imunologie a nanobiotechnologie.

Reference

1. Bochkova M.S., Timganova V.P., Khramtsov P.V., Uzhviyuk S.V., Shardina K.Yu., Nechaev A.I., Raev M.B., Zamorina S.A. Studie vlivu nanočástic oxidu grafenu na luminol-dependentní chemiluminiscenci lidských leukocytů // Medical Immunology, 2020, roč. 22. č. 5. s. 977-986. doi: 10.15789/1563-0625-SOT-2051.

2. Babin K., Goncalves DM, Girard, D. Nanočástice zvyšují schopnost lidských neutrofilů vykonávat fagocytózu mechanismem závislým na Syk. Biochim. Biophys. Acta, 2015, sv. 1850, s. 2276–2282.

3. Bellier N., Baipaywad P., Ryu N., Lee JY, Park H. Nedávný biomedicínský pokrok v nanokompozitních nanonosičích na bázi oxidu grafenu a redukovaného oxidu grafenu. Biomater. Res., 2022, sv. 26, 65. doi: 10.1186/s40824-022-00313-2.

4. Bisso PW, Gaglione S, Guimarães PPG, Mitchell MJ, Langer R. Interakce nanomateriálů s lidskými neutrofily. ACS Biomater. Sci. Eng., 2018, sv. 4, č. 12, s. 4255–4265.

5. Choe G., Kim S., Park J., Park J., Kim S., Kim YS, Lee JY Mikrogely z redukovaného oxidu grafenu/alginátu s antioxidační aktivitou: Zapouzdření mezenchymálních kmenových buněk a regenerace infarktových srdcí. Biomaterials, 2019, 119513. doi: 10.1016/j.biomaterials.2019.119513.

6. Feng R., Yu F., Xu J., Hu X. Mezery ve znalostech v oblasti imunitní odpovědi a imunoterapie s využitím nanomateriálů: Databáze a umělá inteligence pro návrh materiálů. Biomaterials, 2021, sv. 266, 120469. doi: 10.1016/j.biomaterials.2020.120469.

7. Ghosh S., Chatterjee K. Poly(ethylenglykolem) funkcionalizovaný oxid grafenu v tkáňovém inženýrství: Přehled nedávných pokroků. Int. J. Nanomed., 2020, sv. 15, s. 5991–6006.

8. Ghulam AN, dos Santos OAL, Hazeem L, Pizzorno Backx B, Bououdina M, Bellucci S. Materiály na bázi oxidu grafenu (GO) – aplikace a toxicita pro živé organismy a životní prostředí. J. Function. Biomater., 2022, sv. 13, č. 2, 77. doi: 10.3390/jfb13020077.

9. Juarez-Moreno K., Ayala M., Vazquez-Duhalt R. Antioxidační kapacita poly(ethylenglykolu) (PEG) jako ochranný mechanismus proti inaktivaci peroxidáz peroxidem vodíku. Appl. Biochem. Biotechnol., 2015, sv. 177, č. 6, s. 1364-1373.

10. Keshavan S., Calligari P., Stella L., Fusco L., Delogu LG, Fadeel B. Nano-bio interakce: pohled na neutrofily. Cell Death Dis., 2019, sv. 10, 569. doi: 10.1038/s41419-019-1806-8.

11. Khramtsov P., Bochkova M., Timganova V., Nechaev A., Uzhviyuk S., Shardina K., Maslennikova I., Rayev M., Zamorina S. Interakce oxidu grafenu modifikovaného lineárním a rozvětveným PEG s monocyty izolovanými z lidské krve. Nanomaterials, 2022, roč. 12, č. 1, 126. doi: 10.3390/nano12010126.

12. Malisz K., Świeczko-Żurek B. Výroba grafenu a biomedicínské aplikace: Přehled. Krystaly, 2023, sv. 13, 1413. doi: 10.3390/cryst13101413.

13. Qiu Y., Wang Z., Owens AC, Kulaots I., Chen Y., Kane AB, Hurt RH Antioxidační chemie materiálů na bázi grafenu a její role v technologii ochrany proti oxidaci. Nanoscale, 2014, sv. 6, č. 20, s. 11744-11755.

14. Savčenko AA, Kudrjavcev IV, Borisov AG Metody odhadu a role respiračního vzplanutí v patogenezi infekčních a zánětlivých onemocnění. Ruský časopis pro infekce a imunitu, 2017, roč. 7, č. 4, s. 327-340. doi: 10.15789/2220-7619-2017-4-327-340.

15. Xu Z., Wang S., Li Y., Wang M., Shi P., Huang X. Kovalentní funkcionalizace oxidu grafenu biokompatibilním poly(ethylenglykolem) pro dodávání paklitaxelu. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, sv. 6, s. 17268–17276.