Контактна взаємодія наночастинок золота з пухлинними клітинами: вплив розміру та концентрації
Встановлена виражена концентрацiйна та розмiрна залежнiсть контактної взаємодiї наночастинок золота з пухлинними клiтинами лiнiї U937 i величини акумуляцiї цих частинок даним типом клiтин. Процеси характеризуються швидкою кiнетикою: максимум зв’язування наночастинок золота пухлинними клiтинами досяг...
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2010
|
| Назва видання: | Доповіді НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19594 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Контактна взаємодія наночастинок золота з пухлинними клітинами: вплив розміру та концентрації / Л.С. Рєзнiченко, С. I. Шпильова, Т. Г. Грузiна, С.М. Дибкова, З.Р. Ульберг, В.Ф. Чехун // Доп. НАН України. — 2010. — № 2. — С. 170-174. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-19594 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-195942011-05-12T12:04:37Z Контактна взаємодія наночастинок золота з пухлинними клітинами: вплив розміру та концентрації Рєзніченко, Л.С. Шпильова, С.І. Грузіна, Т.Г. Дибкова, С.М. Ульберг, З.Р. Чехун, В.Ф. Біологія Встановлена виражена концентрацiйна та розмiрна залежнiсть контактної взаємодiї наночастинок золота з пухлинними клiтинами лiнiї U937 i величини акумуляцiї цих частинок даним типом клiтин. Процеси характеризуються швидкою кiнетикою: максимум зв’язування наночастинок золота пухлинними клiтинами досягається протягом 3–5 хв. Вiзуальне пiдтвердження цих процесiв отримано методами конфокальної мiкроскопiї та трансмiсiйної електронної мiкроскопiї. Концентрацiйний оптимум взаємодiї наночастинок золота з клiтинами лiнiї U937 знаходиться в дiапазонi ~ (0,1–1,0) нг металу/кл. для частинок усiх дослiджених розмiрiв (~ 10, ~ 20, ~ 30, ~ 45 нм). Найактивнiшою є акумуляцiя наночастинок золота розмiром ~ 30 нм. It is shown that the gold nanoparticle size and concentration significantly influence its interaction with and the accumulation by U937 tumor cells. The cell-particle interaction is characterized by the fast kinetics and the maximum linkage during 3–5 min. The confocal and transmission electron microscopy methods were used for the visual confirmation of the contact interaction of gold nanoparticles and their accumulation by U937 cells. The concentration optimum for the interaction is ~ (0.1–1.0) ng metal/cell for the particles of all examined sizes. The most effective accumulation of gold nanoparticles by U937 cells is observed for particles with the average dimension ~ 30 nm. 2010 Article Контактна взаємодія наночастинок золота з пухлинними клітинами: вплив розміру та концентрації / Л.С. Рєзнiченко, С. I. Шпильова, Т. Г. Грузiна, С.М. Дибкова, З.Р. Ульберг, В.Ф. Чехун // Доп. НАН України. — 2010. — № 2. — С. 170-174. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19594 577.352.3:616-006.04:57.02:661.859 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Біологія Біологія |
| spellingShingle |
Біологія Біологія Рєзніченко, Л.С. Шпильова, С.І. Грузіна, Т.Г. Дибкова, С.М. Ульберг, З.Р. Чехун, В.Ф. Контактна взаємодія наночастинок золота з пухлинними клітинами: вплив розміру та концентрації Доповіді НАН України |
| description |
Встановлена виражена концентрацiйна та розмiрна залежнiсть контактної взаємодiї наночастинок золота з пухлинними клiтинами лiнiї U937 i величини акумуляцiї цих частинок даним типом клiтин. Процеси характеризуються швидкою кiнетикою: максимум зв’язування наночастинок золота пухлинними клiтинами досягається протягом 3–5 хв. Вiзуальне пiдтвердження цих процесiв отримано методами конфокальної мiкроскопiї та трансмiсiйної електронної мiкроскопiї. Концентрацiйний оптимум взаємодiї наночастинок золота з клiтинами лiнiї U937 знаходиться в дiапазонi ~ (0,1–1,0) нг металу/кл. для частинок усiх дослiджених розмiрiв (~ 10, ~ 20, ~ 30, ~ 45 нм). Найактивнiшою є акумуляцiя наночастинок золота розмiром ~ 30 нм. |
| format |
Article |
| author |
Рєзніченко, Л.С. Шпильова, С.І. Грузіна, Т.Г. Дибкова, С.М. Ульберг, З.Р. Чехун, В.Ф. |
| author_facet |
Рєзніченко, Л.С. Шпильова, С.І. Грузіна, Т.Г. Дибкова, С.М. Ульберг, З.Р. Чехун, В.Ф. |
| author_sort |
Рєзніченко, Л.С. |
| title |
Контактна взаємодія наночастинок золота з пухлинними клітинами: вплив розміру та концентрації |
| title_short |
Контактна взаємодія наночастинок золота з пухлинними клітинами: вплив розміру та концентрації |
| title_full |
Контактна взаємодія наночастинок золота з пухлинними клітинами: вплив розміру та концентрації |
| title_fullStr |
Контактна взаємодія наночастинок золота з пухлинними клітинами: вплив розміру та концентрації |
| title_full_unstemmed |
Контактна взаємодія наночастинок золота з пухлинними клітинами: вплив розміру та концентрації |
| title_sort |
контактна взаємодія наночастинок золота з пухлинними клітинами: вплив розміру та концентрації |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Біологія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19594 |
| citation_txt |
Контактна взаємодія наночастинок золота з пухлинними клітинами: вплив розміру та концентрації / Л.С. Рєзнiченко, С. I. Шпильова, Т. Г. Грузiна, С.М. Дибкова, З.Р. Ульберг, В.Ф. Чехун // Доп. НАН України. — 2010. — № 2. — С. 170-174. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT rêzníčenkols kontaktnavzaêmodíânanočastinokzolotazpuhlinnimiklítinamivplivrozmírutakoncentracíí AT špilʹovasí kontaktnavzaêmodíânanočastinokzolotazpuhlinnimiklítinamivplivrozmírutakoncentracíí AT gruzínatg kontaktnavzaêmodíânanočastinokzolotazpuhlinnimiklítinamivplivrozmírutakoncentracíí AT dibkovasm kontaktnavzaêmodíânanočastinokzolotazpuhlinnimiklítinamivplivrozmírutakoncentracíí AT ulʹbergzr kontaktnavzaêmodíânanočastinokzolotazpuhlinnimiklítinamivplivrozmírutakoncentracíí AT čehunvf kontaktnavzaêmodíânanočastinokzolotazpuhlinnimiklítinamivplivrozmírutakoncentracíí |
| first_indexed |
2025-07-02T20:25:19Z |
| last_indexed |
2025-07-02T20:25:19Z |
| _version_ |
1836568196784586752 |
| fulltext |
УДК 577.352.3:616-006.04:57.02:661.859
© 2010
Л.С. Рєзнiченко, С. I. Шпильова, Т. Г. Грузiна, С.М. Дибкова,
З. Р. Ульберг, академiк НАН України В.Ф. Чехун
Контактна взаємодiя наночастинок золота
з пухлинними клiтинами: вплив розмiру та концентрацiї
Встановлена виражена концентрацiйна та розмiрна залежнiсть контактної взаємодiї
наночастинок золота з пухлинними клiтинами лiнiї U937 i величини акумуляцiї цих
частинок даним типом клiтин. Процеси характеризуються швидкою кiнетикою: мак-
симум зв’язування наночастинок золота пухлинними клiтинами досягається протягом
3–5 хв. Вiзуальне пiдтвердження цих процесiв отримано методами конфокальної мiкро-
скопiї та трансмiсiйної електронної мiкроскопiї. Концентрацiйний оптимум взаємодiї
наночастинок золота з клiтинами лiнiї U937 знаходиться в дiапазонi ∼ (0,1–1,0) нг
металу/кл. для частинок усiх дослiджених розмiрiв (∼ 10, ∼ 20, ∼ 30, ∼ 45 нм). Най-
активнiшою є акумуляцiя наночастинок золота розмiром ∼ 30 нм.
Аналiз механiзмiв взаємодiї наночастинок металiв iз бiологiчними системами вiдкриває новi
перспективи щодо фундаментального розумiння їх впливу на стан та функцiональну актив-
нiсть бiологiчних клiтин, а також дозволяє ефективно використовувати наночастинки у всiх
сферах дiяльностi людини. Особливо актуальним є їх медичне застосування [1, 2].
Серед усього рiзноманiття синтезованих на цей час наночастинок металiв особливу ува-
гу привертають наночастинки золота, використання яких у створеннi засобiв дiагностики та
терапiї захворювань рiзної етiологiї, як векторiв для цiльової доставки бiологiчних i фарма-
цевтичних речовин та iн., стає все бiльш поширеним [3–5]. Разом з тим особливостi взаємодiї
наночастинок золота з бiологiчними клiтинами, особливо їх розмiрна та концентрацiйна за-
лежнiсть, є недостатньо дослiдженими.
Мета проведеного нами дослiдження полягала у вивченнi особливостей контактної вза-
ємодiї наночастинок золота рiзного розмiру та концентрацiї з пухлинними клiтинами.
Дослiдження проводили з використанням клiтин лiнiї гiстiоцитарної лiмфоми людини
U937 з колекцiї Iнституту експериментальної патологiї, онкологiї i радiобiологiї iм. Р.Є. Ка-
вецького НАН України. Клiтини культивували в середовищi RPMI 1640 (“Sigma”, США),
що мiстило 10% ембрiональної телячої сироватки (“Gibco”, США). Життєздатнiсть клiтин
оцiнювали iз застосуванням 0,4% водного розчину трипанового синього. Кiлькiсть живих
клiтин пiд час проведення експериментiв становила не менш нiж 90%.
Сферичнi частинки золота iз середнiм розмiром 10, 20, 30 та 45 нм синтезованi шляхом
вiдновлення водного розчину золотохлористоводневої кислоти за методом Девiса [6]. Розмiр
отриманих наночастинок обчислено методом лазерно-кореляцiйної спектрометрiї (Zetasi-
zer-3, “Malvern Instruments Ltd”, Великобританiя) та трансмiсiйної електронної мiкроскопiї
(JEM-1230, “JEOL”, Японiя).
Процеси контактної взаємодiї дослiджували методом мембранного фiльтрування (фiль-
три № 4 та № 5 МФА, “Владипор”, Росiя). Вiзуальне пiдтвердження взаємодiї клiтин лi-
нiї U937 з наночастинками золота отримано методами конфокальної мiкроскопiї (LSM 510
META, “Carl Zeiss”, Нiмеччина) та трансмiсiйної електронної мiкроскопiї.
Статистичну обробку результатiв проводили як описано в посiбнику [7] iз застосуванням
критерiю Стьюдента.
170 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №2
Рис. 1. Контактна взаємодiя наночастинок золота розмiром ∼ 10 нм (а) та ∼ 30 нм (б ) з клiтинами лiнiї
U937
Отриманi результати дозволили встановити виражений вплив концентрацiї та розмiру
наночастинок золота на процеси контактної взаємодiї з клiтинами лiнiї U937 i їх акуму-
ляцiю цими клiтинами. Так, у дiапазонi концентрацiй 101–106 кл./мл, або вiдповiдно до
концентрацiї наночастинок золота 1 ·10−1–1 ·10−6 мкг металу/кл. (кiлькiсть металу на одну
клiтину), є наявними чiткi концентрацiйнi максимуми зв’язування близько 103–104 кл./мл
(10−3–10−4 мкг металу/кл.) для наночастинок усього розмiрного дiапазону.
На рис. 1 наведенi кривi, що характеризують процеси контактної взаємодiї наночастинок
золота розмiром ∼ 10 та ∼ 30 нм з клiтинами лiнiї U937.
Рiзкi змiни ефективностi контактної взаємодiї, якi спостерiгаються щодо всiх розмiрних
дiапазонiв наночастинок золота, найбiльш iмовiрно пов’язанi: в областi малих концентрацiй
клiтин — з токсичним впливом наночастинок золота, в областi високих концентрацiй клi-
тин — iз зменшенням площi активної поверхнi контакту клiтин з наночастинками у зв’язку
з переважною мiжклiтинною взаємодiєю. Тобто iснує певна критична концентрацiя компо-
нентiв у системi “наночастинки золота — клiтини”, яка визначає ефективнiсть зв’язування.
Концентрацiйний оптимум взаємодiї наночастинок золота з клiтинами лiнiї U937 знаходить-
ся в дiапазонi ∼ (0,1–1,0) нг металу/кл. для частинок усiх дослiджених розмiрiв.
Процеси контактної взаємодiї та акумуляцiї наночастинок характеризуються швидкою
кiнетикою: максимум зв’язування наночастинок золота пухлинними клiтинами в усiх до-
слiджених розмiрних дiапазонах частинок досягається протягом 3–5 хв (рис. 2). Найбiльш
ефективне зв’язування наночастинок золота, майже 100%, виявлено у розмiрному дiапазо-
нi ∼ 20 та ∼ 30 нм, ефективнiсть процесу для наночастинок розмiром ∼45 нм становила
близько 80%. Для частинок розмiром ∼ 10 нм пiсля досягнення певного критичного значе-
ння має мiсце зворотний ефект, можливим механiзмом якого є здатнiсть пухлинних клiтин
до активного викиду (“efflux”) токсичних для них речовин (див. рис. 2, а).
Експериментальнi данi, отриманi методами конфокальної та трансмiсiйної електронної
мiкроскопiї (рис. 3, 4), пiдтверджують виражене накопичення наночастинок золота як на
поверхнi, так i в серединi клiтини. Так, найбiльш виражена спорiдненiсть наночастинок
золота до клiтин лiнiї U937 виявляється для розмiру ∼ 30 нм (див. рис. 3, б ). Незначна
кiлькiсть акумульованих наночастинок золота розмiром ∼ 10 нм та збереження цiлiсностi
структури клiтини (див. рис. 3, а) вказують на ймовiрний активний “викид” наночастинок
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №2 171
Рис. 2. Кiнетика процесу контактної взаємодiї клiтин лiнiї U937 з наночастинками золота розмiром ∼ 10 нм
(а) та ∼ 30 нм (б )
Рис. 3. Контактна взаємодiя наночастинок золота розмiром ∼ 10 нм (а) та ∼ 30 нм (б ) з клiтинами лiнiї
U937 за даними конфокальної мiкроскопiї (LSM 510 META, “Carl Zeiss”, Нiмеччина)
золота цього розмiру даним типом клiтин, механiзм якого подiбний до протидiї пухлинних
клiтин хiмiотерапевтичним препаратам [8].
На користь зробленого припущення свiдчать данi електронної мiкроскопiї (див. рис. 4).
Так, при контактi клiтин з наночастинками розмiром ∼ 10 та ∼ 20 нм виявлено їх пе-
реважне накопичення у вакуолях, бiльш виражене для частинок розмiром ∼ 10 нм, без
помiтних змiн їх зовнiшнього вигляду та форми (див. рис. 4, а). Однак наночастинки роз-
мiром ∼ 30 нм акумулюються переважно лiзосомами — органелами, якi виконують лiтичнi
функцiї та беруть участь у перетравлюваннi екзогенних речовин [9]. Про активну бiотранс-
формацiю наночастинок золота розмiром ∼ 30 нм свiдчать також змiни форми та розмiру
тих частинок, якi контактують з лiзосомами (див. рис. 4, б ).
Таким чином, встановлено чiтку концентрацiйну та розмiрну залежнiсть впливу нано-
частинок золота на клiтини лiнiї U937, а також швидку кiнетику цього процесу з концен-
трацiйним оптимумом взаємодiї наночастинок золота в дiапазонi ∼ (0,1–1,0) нг металу/кл.
для частинок усiх дослiджених розмiрiв. Найбiльш вираженою є акумуляцiя наночасти-
нок золота клiтинами лiнiї U937 у розмiрному дiапазонi ∼ 30 нм. Взаємодiя з пухлинними
клiтинами наночастинок розмiром ∼ 10, ∼ 20 i ∼ 45 нм є значно менш ефективною. Для
172 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №2
Рис. 4. Контактна взаємодiя наночастинок золота розмiром ∼ 10 нм (а) та ∼ 30 нм (б ) з клiтинами лiнiї
U937 за даними трансмiсiйної електронної мiкроскопiї (JEM-1230, “JEOL”, Японiя)
наночастинок розмiром ∼ 10 нм це може бути обумовлено iснуванням механiзму “викиду”
в пухлинних клiтинах. Наведенi результати є необхiдними при використаннi наночасти-
нок золота у нанотехнологiях створення високоефективних засобiв дiагностики та цiльової
терапiї онкозахворювань.
Колектив авторiв висловлює подяку канд. фiз.-мат. наук, ст. наук. спiвр. В.Ф. Горчеву за
допомогу в проведеннi лазерно-кореляцiйної спектрометрiї та конфокальної мiкроскопiї i пров.
iнженеру З.О. Панiнiй за допомогу в проведеннi електронної мiкроскопiї зразкiв.
Робота виконана за фiнансової пiдтримки КПФД НАН України “Наноструктурнi системи,
наноматерiали, нанотехнологiї”, проект № 01 080 005 964.
1. Jain K.K. Nanotechnology-based drug delivery for cancer // Technol. Cancer Res. and Treatment. – 2005. –
4, No 4. – P. 407–416.
2. Otsuka H., Nagasaki Y., Kataoka K. PEGylated nanoparticles for biological and pharmaceutical applicati-
ons // Adv. Drug Delivery Rev. – 2003. – 55. – P. 403–419.
3. Jahnen-Dechent W., Simon U. Function follows form: shape complementarity and nanoparticles toxicity //
Nanomedicine. – 2008. – 3, No 5. – P. 601–603.
4. Chen P.C., Mwakwari S. C., Oyelere A.K. Gold nanoparticles: from nanomedicine to nanosensing //
Nanotechnology, Sci. and Appl. – 2008. – 1. – P. 45–66.
5. Дыкман Л.А., Богатырев В.А. Наночастицы золота: получение, функционализация, использование
в биохимии и иммунохимии // Успехи химии. – 2007. – 76, № 2. – С. 199–213.
6. Методические разработки к практикуму по коллоидной химии / Под ред. А.В. Перцова. – Москва:
Изд-во Моск. ун-та, 1976. – 132 с.
7. Лакин Г.Ф. Биометрия: Учебное пособие для биол. специальностей ВУЗов. – Москва: Высш. шк.,
1990. – 352 с.
8. Chekhun V.F., Kulik G. I., Yurchenko O.V. et al. Role of DNA hypomethylation in the development of
the resistance to doxorubicin in human MCF-7 breast adenocarcinoma cells // Cancer Lett. – 2006. – 231,
No 1. – P. 87–93.
9. Ролан Ж.-К., Селоши А., Селоши Д. Атлас по биологии клетки / Под ред. Ю.С. Ченцова. – Москва:
Мир, 1978. – 119 с.
Надiйшло до редакцiї 04.06.2009Iнститут бiоколоїдної хiмiї
iм. Ф.Д. Овчаренка НАН України, Київ
Iнститут експериментальної патологiї,
онкологiї i радiобiологiї
iм. Р. Є. Кавецького НАН України, Київ
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №2 173
L. S. Rieznichenko, S. I. Shpyleva, T. G. Gruzina, S.N. Dybkova, Z.R. Ulberg,
Academician of the NAS of Ukraine V.F. Chekhun
Cancer cells—gold nanoparticles contact interaction determined by their
size and concentration
It is shown that the gold nanoparticle size and concentration significantly influence its interacti-
on with and the accumulation by U937 tumor cells. The cell-particle interaction is characterized
by the fast kinetics and the maximum linkage during 3–5 min. The confocal and transmission
electron microscopy methods were used for the visual confirmation of the contact interaction of gold
nanoparticles and their accumulation by U937 cells. The concentration optimum for the interaction
is ∼ (0.1–1.0) ng metal/cell for the particles of all examined sizes. The most effective accumulation
of gold nanoparticles by U937 cells is observed for particles with the average dimension ∼ 30 nm.
174 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №2
|