Хімія, фізика та технологія поверхні, 2019, 10 (3), 312-323.

Вплив вуглецевих наночастинок різної природи на мікров’язкість мембран еритроцитів експериментальних тварин



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp10.03.312

N. T. Kartel, L. V. Ivanov, A. N. Lyapunov, O. A. Nardid, Ya. O. Cherkashina, E. V. Shcherbak, O. A. Gurova, A. V. Okotrub

Анотація


Мікров’язкість мембран еритроцитів безпосередньо пов’язана з їхньою цілісністю, порушення якої в присутності сторонніх об’єктів проявляється в різкому підвищенні показника мікров’язкості, що безумовно свідчить про ступінь цитотоксичного впливу об’єктів, що контактують з клітинами живого організму.

Методом спінових зондів проведено порівняльне вивчення впливу ряду вуглецевих наночастинок на мікров’язкість мембран еритроцитів щурів. Встановлено, що присутність окисненого графену (ОГ) у суспензії еритроцитів практично не впливає на показник мікров’язкості мембран. У присутності вуглецевих нанотрубок (УНТ) різної структури при тривалій (24 год) їх інкубації з еритроцитами відзначається збільшення показника мікров’язкості мембран еритроцитів у 1.5–2 рази. Найбільший вплив мають окиснені багатостінні нанотрубки. Менший вплив чинять гідрофобні багатостінні УНТ, а одностінні нанотрубки характеризуються незначним впливом на мембрани. Інкубація еритроцитів з вуглецевими нанохорнами (УНХ) призводить до істотного збільшення мікров’язкості мембран еритроцитів на 60 % і вище; через 1 год інкубації полярність поверхні ліпідного шару мембран стрибкоподібно зростає, мабуть, внаслідок деструкції мембрани і потрапляння туди молекул води, а також разупорядкування фосфоліпідів. Введення наночастинок детонаційного наноалмазу (ДНА) у суспензію еритроцитів в концентрації 25 мкг/мл не робило помітної зміни показника мікров’язкості мембран. Підвищення концентрації ДНА в суспензії еритроцитів до 50 і 75 мкг/мл призводило до зниження показника мікров’язкості мембран еритроцитів (підвищення плинності мембран) відповідно на 20 і 28 %. Таким чином, серед вуглецевих наночастинок цитотоксичність можуть проявляти нанотрубки і нанохорни, що обумовлено, головним чином, їхньою структурою, розмірами і формою.


Ключові слова


наночастинки; спінові зонди; мікров'язкість мембран; графен; нанотрубки; нанохорни; наноалмази; цитотоксичність

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


1. Feng L., Wu L., Qu X. New horizons for diagnostics and therapeutic applications of graphene and graphene oxide. Adv. Mater. 2013. 25(2): 168. https://doi.org/10.1002/adma.201203229

2. Sinha N., Yeow J.T.-W. Carbon nanotubes for biomedical applications. IEEE Transactions Nanobioscience. 2005. 4(2): 180. https://doi.org/10.1109/TNB.2005.850478

3. Rey D.A., Batt C.A., Miller J.C. Carbon nanotubes in biomedical applications. Nanotechnology Law @ Business. 2006. 3(3): 263.

4. Yang W., Thordarson P., Gooding J.J., Ringer S. Carbon nanotubes for biological and biomedical application. Nanotechnology. 2007. 18(41): l. https://doi.org/10.1088/0957-4484/18/41/412001

5. Yakovlev R.Yu., Solomatin A.S., Leonidov N.B., Kulakova I.I., Lisichkin G.V. Detonation nanodiamond - a promising carrier for the creation of drug delivery systems. Russ. Chem. J. 2012. 56(56): 114. [in Russian].

6. Dolmatov V.Yu. Detonation synthesis ultradispersed diamonds: properties and applications. Russ. Chem. Rev. 2001. 70(7): 607. [in Russian]. https://doi.org/10.1070/RC2001v070n07ABEH000665

7. Hurt R.H., Monthioux M., Kane A. Toxicology of carbon nanomaterials: Status, trends, and perspectives on the special issue. Carbon. 2006. 44(6): 1028. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2005.12.023

8. Kartel M.T., Ivanov L.V., Kovalenko S.N., Tereschenko V.P. Carbon nanotubes: biorisks and biodefence. In: Biodefence: Advanced Materials and Methods for Health Protection. (Springer Science+Business Media, 2011). P. 11-22. https://doi.org/10.1007/978-94-007-0217-2_2

9. Liechtenstein G.I. The Method of Spin Labels in Molecular Biology. (Moscow: Science, 1974). [in Russian].

10. Berliner L. The Method of Spin Labels. Theory and Applications. (Moscow: Mir, 1979). [in Russian].

11. Kartel N.T., Ivanov L.V., Karachevtsev V.A., Lyapunov A.N., Nardid O.A., Cherkashina Ya.O., Leontiev V.S., Ivanov A.Yu. Estimation of the interaction of oxidized graphene with rat's erythrocyte membranes and blood plasma proteins by the method of spin probes. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. 2017. 8: 71. [in Russian].

12. Okotrub A.V., Shevtsov Yu.V., Nasonova L.I. Synthesis of monolayered closed carbon particles in electric arc discharge. Inorganic Materials. 1996. 32(8): 974. [in Russian].

13. Gurova O.A., Omelyanchuk L.V., Dubatolova T.D., Antokhin E.I., Eliseev V.S., Yushina I.V., Okotrub A.V. Synthesis and modification of carbon nanohorns structure for hyperthermic application. Journal of Structural Chemistry. 2017. 58(6): 1253. [in Russian]. https://doi.org/10.1134/S0022476617060191

14. Porter A.E., Gass M., Muller K., Skepper J.N., Midgley P.A., Welland M. Direct imaging of single-walled carbon nanotubes in cells. Nat. Nanotechnol. 2007. 2(11): 713. https://doi.org/10.1038/nnano.2007.347

15. Kartel N.T., Ivanov L.V., Lyapunov A.N., Nardid O.A., Okotrub A.V., Kirilyuk I.A., Cherkashina Ya.O. Estimation of the effect of carbon nanotubes on the microviscosity of erythrocyte membranes. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. 2015. 3: 114. [in Russian].

16. Kartel N.T., Ivanov L.V., Lyapunov A.N., Nardid O.A., Cherkashina Ya.O., Gurova O.A., Ocotrub A.V. Assessment of the effect of carbon nanohorns on the microviscosity of membranes of erythrocytes and rat plasma proteins by the method of spin probes. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. 2017. 12: 73. [in Russian].

17. Miyawaki J., Yudasaka M., Azami T., Kubo Y., Iijima S. Toxicity of single-walled carbon nanohorns. ACS Nano. 2008. 2(2): 213. https://doi.org/10.1021/nn700185t




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp10.03.312

Copyright (©) 2019 N. T. Kartel, L. V. Ivanov, A. N. Lyapunov, O. A. Nardid, Ya. O. Cherkashina, E. V. Shcherbak, O. A. Gurova, A. V. Okotrub