Михайленко В.М., Єлейко-Хемич Л.О.
Інститут експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. Р.Є. Кавецького НАН України, Київ, Україна
Виробництво вуглецевих наночастинок (ВНЧ) займає перше місце серед усіх наноматеріалів. Однак, унікальні характеристики наночастинок, які обумовлюють перспективність їх використання в промисловості, медицині і побуті, є потенційним джерелом небезпеки для живих організмів. Основні небезпеки від застосування наночастинок пов'язані із нанорозмірними особливостями, зокрема, великою площею поверхні і посиленою хімічною реактивністю, та недостатньо вивченим впливом на живі організми і екосистеми, що вимагає розробки нових підходів до оцінки їх впливу на організменному та клітинному рівнях.
Метою даного дослідження була оцінка впливу ВНЧ на морфологічні зміни в органах мишей, структурні зміни в клітинних мембранах, енергетичний обмін, вільнорадикальний гомеостаз і генотоксичні пошкодження в нормальних та пухлинних клітинах, що можуть бути використані при створенні системи біомаркерів для оцінки біобезпеки застосування наноматеріалів.
В якості ВНЧ використано багатошарові вуглецеві нанотрубки (БшВНТ), які синтезували в Інституті хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України (дослідження in vivo) та фулерен С60 (дослідження in vitro)("Sigma", США). Дослідження проводили на білих нелінійних самцях мишей частині з яких інтраперитонеально перещеплювали асцитну карциному Ерліха (АКЕ). Тваринам вводили суспензію БшВНТ внутрішньоочеревинно у концентраціях 0,25-1,5 мг на тварину тривалість дії яких становила 3-48 год. Вміст фосфорвмісних макроергічних сполук, фосфоліпідів та біоенергетичний статус в клітинах оцінювали методом 31Р ЯМР-спектроскопії, рівень вільнорадикальних сполук визначали за допомогою флуоресцентних зондів, пошкодження ДНК реєстрували методом гель-електрофорезу ізольованих клітин.
Морфологічні дослідження внутрішніх органів мишей виявили залежні від дози і часу дії БшВНТ суттєві дистрофічні зміни в печінці та значні зміни гемодинаміки в нирках, а також розширення площі білої пульпи за рахунок перифолікулярної проліферації лімфоцитів в селезінці. Виявлено, що БшВНТ спричиняють пропорційне до часу експозиції зростання рівня реактивних форм кисню та азоту в сироватці крові тварин, гепатоцитах та клітинах АКЕ, однак рівень вільних радикалів у нормальних клітинах був більшим ніж у пухлинних. Зростання рівня вільних радикалів супроводжувалось генотоксичним ефектом в лімфоцитах периферичної крові. Показано, що вміст основних фосфоліпідів знижувався при дії низької концентрації БшВНТ або фулерену, проте, експозиція клітин АКЕ до високої дози ВНТ спричиняла зростання рівня фосфоліпідів. Висока доза БшВНТ та фулерену С60 спричиняли зниження проникності клітинних мембран, хоча низька доза БшВНТ мала протилежну дію. Дія ВНЧ викликала дозозалежні зміни енергетичного метаболізму та зниження ефективності утилізації кисню клітинами АКЕ. Менша доза БшВНТ спричиняла пригнічення енергетичного метаболізму, більша — його активацію у пухлинних клітинах. Фулерени спричиняли посилення енергетичного метаболізму, зниження рівня гіпоксії клітин, пригнічення синтезу складових фосфоліпідів у клітинах АКЕ. Зміни фізико-хімічних властивостей мембран проявлялись у активації синтезу компонентів мембран за високої дози БшВНТ і зниженні вмісту основних структурних фосфоліпідів за їх низької концентрації. Ці зміни супроводжувались посиленням апоптозу у клітинах АКЕ.
Отримані результати можуть бути використані при створенні системи маркерів для оцінки ризиків взаємодії ВНЧ з біологічними об'єктами.
Робота виконана за підтримки Державної цільової науково-технічної програми "Нанотехнології та наноматеріали", а також цільової комплексної програми фундаментальних досліджень НАН України "Фундаментальні проблеми наноструктурних систем, наноматеріалів, нанотехнологій".