Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Мексики провели исследования и описали молекулярные механизмы воздействия наночастиц серебра на здоровые и раковые клетки. Результаты исследования показали, что наночастицы запускают адаптивный стрессовый ответ, а не прямой апоптоз. Эти данные позволят в будущем «настраивать» наночастицы под конкретную задачу.
Результаты работы ученых опубликованы в журнале Scientific Reports (Q1, IF: 3,9).
Наночастицы серебра являются перспективными веществами в медицине. Они обладают антимикробными свойствами и потенциальной противоопухолевой активностью. Однако точные молекулярные механизмы их воздействия на разные виды клеток до сих пор мало изучены.
Ученые Томского политеха совместно с коллегами из Мексики провели исследование с двумя видами наночастиц серебра, стабилизированных поливинилпирролидоном, — AgNP1 и AgNP2. Ученые сравнили их по уровню воздействия на здоровые клетки кожных фибробластов и раковые клетки молочной железы. Для оценки влияния наночастиц на клетки ученые проводили функциональные тесты жизнеспособности клеток и анализ транскриптома. Это позволило увидеть, как меняется активность генов и биологические процессы внутри клеток.
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. В раковых клетках действие было противоположным: наночастицы стимулировали изменения обработки РНК и регуляции активности генов (биогенез рибонуклеопротеиновых комплексов и сплайсинг (процесс «редактирования» РНК — ред.)),
— отмечает один из авторов исследования, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских исследований ТПУ Алексей Пестряков.
По словам ученых, наночастицы действовали на клетки с помощью адаптивного стрессового механизма, а не через прямое взаимодействие (апоптоз или некроз). Это позволило «включить» механизм адаптации клеток к воздействию: они пытались приспособиться, а не сразу погибали.
Особое внимание в исследовании было обращено на цитотоксичность (способность повреждать клетки — ред.). Результаты исследования показали, что наночастицы AgNP1 сильнее действовали на раковые клетки, для полумаксимальной ингибирующей концентрации (количество вещества, способное снизить жизнеспособность клеток на 50 % — ред.) потребовалось всего 125 мкг/мл. В клетках кожных фибробластов наночастицам серебра до полумаксимальной ингибирующей концентрации потребовалось от 203 мкг/мл — для воздействия на здоровые клетки требуется больше вещества.
«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», — добавляет профессор ТПУ.
В будущих исследованиях ученые сконцентрируются на том, чтобы уточнить, как размер и покрытие наночастиц влияют на их поведение в организме, а также проведут in vivo исследования на клетках.
В исследовании приняли участие ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха, Монтеррейского технологического института (Мексика) и Национального автономного университета Мексики.