Біохімічні ефекти впливу наночастинок на прокаріотичні та еуріотичні клітини

12. Метало-пробіотичні комплекси: перспективи конструювання та застосування / Л.С. Рєзніченко, Т.Г. Грузіна, В.В. Вембер // X Міжнародна науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених "Екологія. Людина. Суспільство", 16-21 травня, 2007 р.: тези доп. - Київ, 2007. - С. 53.

13. Металовмісні пробіотики в біотерапії мікроелементозів та дисбактеріозів людей та тварин / Л.С. Рєзніченко, Т.Г. Грузіна, В.В. Вембер // Конференція "Актуальні проблеми біохімії та біотехнології-2007", 7-8 червня, 2007 р.: тези доп. - Київ, 2007. - С. 36.

14. Пробіотик «Окарін-Вет» у профілактиці та терапії захворювань шлунково-кишкового тракту молодняку сільськогосподарських тварин / Л.С. Рєзніченко, Т.Г. Грузіна, В.В. Вембер // Матеріали ІІ міжнародної конференції молодих учених «Біологія: від молекули до біосфери». - Харків, 19-21 листопада 2007 року. - Х.: Планета-Принт, 2007. - 416 с. - С.103-104.

15. Gold nanoparticles size-dependent interaction with prokaryotic and eukaryotic cancer cells / L. Reznichenko, T. Gruzina, V. Vember, Z. Ulberg // German-Ukrainian Symposium on Nanoscience and Nanotechnology, 22-25 September, 2008: аbstracts. - Essen, Germany, 2008. - P. 143.

16. Особливості контактної взаємодії наночастинок золота із прокаріотичними та еукаріотичними пухлинними клітинами: вплив розміру та концентрації / Л.С. Рєзніченко, Т.Г. Грузіна, В.В. Вембер, З.Р. Ульберг // Всеукраїнська конференція молодих вчених «Сучасне матеріалознавство, матеріали та технології». - 12-14 листопада, 2008 р.: тези доп. - Київ, 2008. - С. 41.

17. Влияние наночастиц золота на биологические системы / Л.С. Резниченко, С.И. Шпилевая, Т.Г. Грузина, С.Н. Дыбкова, З.Р. Ульберг // Научная конференция «Химическая биология - Фундаментальные проблемы бионанотехнологии», 10-14 июня 2009 г.: тезисы докл. - Новосибирск, Россия, 2009. - С. 121.

18. Gold nanoparticles size- and concentration dependent influence on cancer cells / L. Rieznichenko, S. Dybkova, T. Gruzina // E-MRS Spring meeting - 2009. -8-12 June, 2009: аbstracts. - Strasbourg, France, 2009. - MP I 3. - Режим доступу http://www.emrs-strasbourg.com

19. Biochemical mechanisms of gold nanoparticles influence: significance for biotechnology and medicine / L. Rieznichenko, S. Shpyleva, T. Gruzina, S. Dybkova, Z. Ulberg, V. Chekhun // Укр. біохім. журн. [спец. випуск]. - 2009. - Т. 81, № 4. - С.244.

20. Gold nanoparticles genotoxicity / S. Dybkova, M. Roman'ko, T. Gruzina, L. Rieznichenko, V. Ushkalov, Z. Ulberg // Укр. біохім. журн. [спец. випуск]. - 2009. - Т. 81, № 4. - С.291.

21. Metal nanoparticles in the renovation of bacteria production strains' biological properties under the conditions of lyophilization stress / M. Roman'ko, L. Rieznichenko, T. Gruzina, V. Ushkalov, A. Golovko // Укр. біохім. журн. [спец. випуск]. - 2009. - Т. 81, № 4. - С.309.

АНОТАЦІЯ

Рєзніченко Л.С. Біохімічні ефекти впливу наночастинок золота на прокаріотичні та еукаріотичні клітини. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.04 - біохімія. Інститут біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України, Київ, 2010.

Дисертація присвячена вивченню біохімічних ефектів впливу наночастинок золота різного розміру на прокаріотичні та еукаріотичні клітини.

Синтезовані сферичні наночастинки золота середнього розміру 10, 20, 30 і 45 нм. Встановлено, що наночастинки розміром 30 нм підвищують на 20-40 % Н+-АТР-азну активність, на 30-50 % в-лактамазну активність бактерій E. сoli та у концентрації 1,10 мкг/мл за металом стабілізують клітинну оболонку грамнегативних (E. сoli) і грампозитивних (Ent. faecalis) бактеріальних клітин.

В експериментах in vitro визначений концентраційний оптимум взаємодії наночастинок золота з пухлинними клітинами лінії U937 (0,1-1,0 нг металу на одну клітину); максимум зв'язування досягається протягом 3-5 хв. Виявлено, що наночастинки золота розміром 30 і 45 нм при взаємодії з клітинами ліній СНО-К1 та U937 не впливають на структурний стан їх ДНК; наночастинки розміром 10 і 20 нм ушкоджують структурний стан ДНК обох типів клітин. Показаний вплив наночастинок золота на Na+,K+-АТР-азну та лактатдегідрогеназну активності пухлинних клітин лінії U937.

Виявлено зміни вмісту білкових фракцій плазми крові тварин-пухлиноносіїв за умов внутрішньовенного введення препаратів наночастинок золота. Проведені дослідження по вивченню особливостей розподілу та накопичення наночастинок золота в органах і пухлинах лабораторних тварин. Встановлено, що у тварин з перещепленою карциномою Герена, резистентною до цисплатину, найвищий, порівняно з вмістом у органах, рівень накопичення наночастинок золота (78,90±5,27 нг Au/г тканини) реєструється у пухлинах через 1 годину після ін'єкції та залишається високим через 24 години.

Ключові слова: наночастинки золота, вплив на прокаріотичні та еукаріотичні клітини, Н+-АТР-азна активність, в-лактамазна активність, Na+,K+-АТР-азна активність, лактатдегідрогеназна активність, ДНК, білкові фракції крові, накопичення золота в органах і пухлинах.

АННОТАЦИЯ

Резниченко Л.С. Биохимические эффекты влияния наночастиц золота на прокариотические и эукариотические клетки. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.04 - биохимия. Інститут биохимии им. А.В. Палладина НАН Украины, Киев, 2010.

Диссертационная работа посвящена изучению биохимических эффектов влияния наночастиц золота разного размера на прокариотические и эукариотические клетки.

Синтезированы сферические наночастицы золота среднего размера 10, 20, 30 и 45 нм и показана их высокая стабильность в модельных системах крови.

Установлено, что наночастицы золота размером 30 нм повышают на 20-40 % Н+-АТР-азную активность мембранных фракций бактериальных клеток, на 30-50 % в-лактамазную активность бактерий E. сoli и в концентрации 1,10 мкг/мл по металлу стабилизируют клеточную оболочку грамотрицательных (E. сoli) и грамположительных (Ent. faecalis) бактериальных клеток. Полученные данные имеют большое значение для перспектив использования наночастиц золота в биотехнологии в качестве стимуляторов и протекторов культуральных, репродуктивных и биологических свойств бактериальных клеток производственных штаммов.

В экспериментах in vitro показана способность опухолевых клеток линии U937 (гистиоцитарной лимфомы человека) активно аккумулировать наночастицы золота как на поверхности, так и внутри клетки. Определен концентрационный оптимум взаимодействия наночастиц золота с опухолевыми клетками линии U937, который составил 0,1-1,0 нг металла на одну клетку; максимум связывания наночастиц клетками линии U937 достигался на протяжении 3-5 минут. Выявлено, что наночастицы золота размером 10 и 20 нм преимущественно локализуются в вакуолях, а наночастицы размером 30 и 45 нм - в лизосомах опухолевых клеток линии U937.

Установлено, что наночастицы золота размером 30 и 45 нм при взаимодействии с клетками линии СНО-К1 (яичника китайского хомячка) и опухолевыми клетками линии U937 не влияют на структурное состояние их ДНК, что свидетельствует о биобезопасности наночастиц этих размеров. Наночастицы золота размером 10 и 20 нм вызывают повреждение структуры ДНК клеток обоих типов.

Показано, что наблюдается активный «выброс» из опухолевых клеток линии U937 наночастиц золота размером 10 нм. Наночастицы этого размера ингибируют на 70 % Na+,K+-АТР-азную активность мембранной фракции и стимулируют в 4-4,5 раза лактатдегидрогеназную активность цитозольной фракции опухолевых клеток линии U937. Наночастицы размером 30 нм активно аккумулируются в опухолевых клетках гистиоцитарной лимфомы человека, на 20-40% повышают Na+,K+-АТР-азную активность и в 1,5 -2,5 раза - лактатдегидрогеназную активность клеточных фракций. Полученные данные свидетельствуют о возможности влияния наночастиц золота определенного размера на некоторые ферментативные активности опухолевых клеток линии U937, что открывает новые перспективы в использовании наночастиц золота в онкологии.

Выявлены изменения содержания белковых фракций плазмы крови животных-опухоленосителей при внутривенном введении препаратов наночастиц золота. Проведены исследования по определению особенностей распределения и накопления наночастиц золота в органах и опухолях лабораторных животных. Установлено, что у лабораторных крыс с привитой карциномой Герена, резистентной к цисплатину, наивысший, по сравнению с органами, уровень накопления наночастиц золота (78,90±5,27 нг Au/г ткани) регистрируется в опухоли через 1 час после инъекции. Через 24 часа содержание золота в опухолях остается на высоком уровне и составляет 31,7±2,69 нг Au/г ткани, что свидетельствует о высокой афинности наночастиц золота к опухолевым клеткам и коррелирует с данными in vitro.

Способность наночастиц золота проявлять биохимическую активность в бактериальных клетках штаммов-пробионтов и производственных штаммов-продуцентов иммунобиологических препаратов в условиях стресса лиофилизации свидетельствует о перспективности использования наночастиц в биотехнологии в качестве протекторов и стимуляторов бактериальных клеток.

Обнаруженная в экспериментах in vitro и in vivo высокая афинность наночастиц золота к опухолевым клеткам составляет основу для конструирования средств диагностики и целевой доставки лекарственных препаратов в онкологии.

Ключевые слова: наночастицы золота, влияние на прокариотические и эукариотические клетки, Н+-АТР-азная активность, в-лактамазная активность, Na+,K+-АТР-азная активность, лактатдегидрогеназная активность, ДНК, белковые фракции крови, накопление золота в органах и опухолях.

SUMMARY

Rieznichenko L.S. Biochemical effects of gold nanoparticles influence on prokaryotic and eukaryotic cells. - Manuscript.

Dissertation for the scientific degree of Candidate of Biological Sciences by speciality 03.00.04 - biochemistry. O.V. Palladin Institute of Biochemistry of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2010.

The dissertation is devoted to study of the biochemical effects of different size gold nanoparticles influence on the prokaryotic and eukaryotic cells.

Spherical gold nanoparticles with average size 10, 20, 30 and 45 nm have been synthesized. It has been determined, that gold nanoparticles with average size 30 nm stimulate on 20-40% the Н+-АТР-аse activity of bacteria cells' membrane fraction, on 30-50% - в-lactamase activity of E. сoli bacteria and in concentration 1,10 mcg/ml by metal stabilize the cell wall of gramnegative (E. сoli) as well as grampositive (Ent. faecalis) bacteria cells.

The concentration optimum (0,1-1,0 ng metal per cell) and fast kinetics (3-5 min) of the process of gold nanoparticles contact interaction with eukaryotic tumor U937 cells have been determined in the in vitro experiments. It has been revealed, that gold nanoparticles with average size 30 and 45 nm under the conditions of interaction with СНО-К1 cells as well as U937 tumor cells have not an influence on their DNA structure; 10 and 20 nm gold nanoparticles damage DNA structure of both types of the cells. Gold nanoparticles influence on Na+,K+-АТР-ase and lactate dehydrogenase activities of U937 tumor cells has been shown.

The changes in blood protein fractions' content after intravenous injection of gold nanoparticles have been determined for animals with inoculated Gu-rin's carcinoma, resistant to cisplatin. The peculiarities of gold nanoparticles distribution and accumulation in organs and tumors of the laboratory animals have been studied. It has been determined gold nanoparticles maximum accumulation in the tumors (78,90±5,27 ng Au/g tissue), in comparison with the organs, in 1 hour after intravenous injection. The gold content in tumors stays on high level after 24 hours.

Key words: gold nanoparticles, influence on prokaryotic and eukaryotic cells, Н+-АТР-ase activity, в-lactamase activity, Na+,K+-АТР-ase activity, lactate dehydrogenase activity, DNA, blood protein fraction, gold accumulation in organs and tumors.

Размещено на Allbest.ru