ОБНБиофизика Biophysics

  • ISSN (Print) 0006-3029
  • ISSN (Online) 3034-5278

РАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И МЕХАНИЗМЫ ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕЛЕНА, КОБАЛЬТА И СЕРЕБРА НА МИТОХОНДРИИ ПЕЧЕНИ КРЫС

Код статьи
S0006302925010134-1
DOI
10.31857/S0006302925010134
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Том/ Выпуск
Том 70 / Номер выпуска 1
Страницы
112-121
Аннотация
Наноразмерные материалы широко используются в биомедицинских нанотехнологиях, однако механизмы токсических эффектов нанокластеров металлов и неметаллов остаются невыясненными. Цель настоящей работы – оценить размерные характеристики и механизмы токсического действия наночастиц серебра, селена и кобальта на уровне изолированных митохондрий. Методом лазерной абляции получены наночастицы серебра (округлой формы, ~10–20 нм и ~50 нм), кобальта (кубической и призматической формы, ~100–200 нм) и селена (сферические, ~20–30 нм и 135–180 нм), отличающиеся спектральными характеристиками и способные формировать конгломераты. Наночастицы серебра, кобальта, селена (0.1–10 мкг/мл) эффективно ингибировали респираторную активность изолированных митохондрий печени крыс, нарушая сопряжение окисления и фосфорилирования, что сопровождалось падением потенциала митохондриальных мембран. Разобщающий эффект наночастиц может быть связан с переносом электронов от электрон-транспортной цепи митохондрий на положительно заряженную поверхность наночастиц и зависит от размеров и материала наночастиц.
Ключевые слова
наночастицы токсическое действие митохондриальные мембраны ингибирование респираторная активность
Дата публикации
24.10.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
17

Библиография

  1. 1. Gautam A., Singh D., and Vijayaraghwan R. Dermal exposure of nanoparticles: an understanding. J. Cell. Tissue Res., 2 (1), 2703–2708 (2011).
  2. 2. Teodoro J. S., Simões A. M., Duarte F. V., Rolo A. P., Murdoch R. C., Hussain S. M., and Palmeira C. M. Assessment of the toxicity of silver nanoparticles in vitro: a mitochondrial perspective. Toxicol. in vitro, 25 (3), 664–70 (2011). DOI: 10.1016/j.tiv.2011.01.004
  3. 3. Natsuki J., Natsuki T., and Hashimoto Y. A review of silver nanoparticles: synthesis methods, properties and applications. Int. J. Materials Sci. & Applications, 4 (5), 325–332 (2015). DOI: 10.11648/j.ijmsa.20150405.17
  4. 4. Berger S., Berger M., Bantz C., Maskos M., and Wagner E. Performance of nanoparticles for biomedical applications: The in vitro/in vivo discrepancy. Biophysics Rev., 3 (1), 011303 (2022). DOI: 10.1063/5.0073494
  5. 5. Keservani R. K., Kesharwani R. K., and Sharma A. K. Advances in Novel Formulations for Drug Delivery (WileyScrivener, 2023).
  6. 6. Tsuji T., Iryo K., Watanabe N., and Tsuji M. Preparation of silver nanoparticles by laser ablation in solution. Appl. Surf. Sci., 202, 80–85 (2002).
  7. 7. Wongrakpanich A., Geary S. M., Joiner M.-L. A., Anderson M. E., and Salem A. K. Mitochondria-targeting particles. Nanomedicine, 9, 2531–2543 (2014). DOI: 10.2217/nnm.14.161
  8. 8. Daniel M. C. and Astruc D. Gold nanoparticles: Assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology. Chem. Rev., 104 (1), 293–346 (2004). DOI: 10.1021/cr030698+
  9. 9. Rufino A. T., Ramalho A., Sousa A., de Oliveira J. M. P. F., Freitas P., Gómez M. A. G., Piñeiro-Redondo Y., Rivas J., Carvalho F., Fernandes E., and Freitas M. Protective role of flavonoids against intestinal pro-inflammatory effects of silver nanoparticles. Molecules, 26, 6610 (2021). DOI: 10.3390/molecules26216610
  10. 10. Buchke S., Sharma M., Bora A., Relekar M., Bhanu P., and Kumar J. Mitochondria-targeted, nanoparticle-based drug-delivery systems: therapeutics for mitochondrial disorders. Life, 12 (5), 657 (2022). DOI: 10.3390/life12050657
  11. 11. Довнар Р. И., Смотрин С. М., Ануфрик С. С., Соколова Т. Н., Анучин С. Н. и Иоскевич Н. Н. Антибактериальные и физико-химические свойства наночастиц серебра и оксида цинка. Журн. Гродненского гос. мед. ун-та, 20 (1), 98–107 (2022). DOI: 10.25298/2221-8785-2022-20-1-98-107
  12. 12. Varlamova E. G., Gudkov S. V., Plotnikov E. Y., and Turovsky E. A. Size-dependent cytoprotective effects of selenium nanoparticles during oxygen-glucose deprivation in brain cortical cells. Int. J. Mol. Sci., 23 (13), 7464 (2022). DOI: 10.3390/ijms23137464
  13. 13. Vodyashkin A. A., Kezimana P., Prokonov F. Y., Vasilenko I. A., and Stanishevskiy Y. M. Current methods for synthesis and potential applications of cobalt nanoparticles: A review. Crystals, 12 (2), 272 (2022). DOI: 10.3390/cryst12020272
  14. 14. Станишевская И. Е., Стойнова А. М., Марахова А. И. и Станишевский Я. М. Наночастицы серебра: получение и применение в медицинских целях. Разработка и регистрация лекарственных средств, 14 (1), 66–69 (2016).
  15. 15. Yang L. Y., Gao J. L., Gao T., Dong P., Ma L., Jiang F. L., and Liu Y. Toxicity of polyhydroxylated fullerene to mitochondria. J. Hazard Mater., 301, 119–126 (2016). DOI: 10.1016/j.jhazmat.2015.08.046
  16. 16. Ануфрик С. С., Анучин С. Н. и Сергиенко И. Г. Морфология поверхностных наноструктур цветных металлов, осажденных из растворов аблированных наночастиц. Веснік Гродзенскага дзяржаўнага ўніверсітэта імя Янкі Купалы. Сер. 6. Тэхніка, 11 (1), 59–65 (2021).
  17. 17. Dovnar R., Smotrin S., Anufrik S., Anuchin S., Dovnar I., and Iaskevich N. Copper and selenium nanoparticles as a new tool against antibiotic-resistant pathogenic microorganisms. Khirurgiya. Vostochnaya Evropa – Surgery. Eastern Europe. 11 (3), 315–328 (2022). DOI: 10.34883/pi.2022.11.3.013
  18. 18. Позняк С. С., Жильцова Ю. В. и Лосева Л. П. МВИ.МН 4092-2011 «Методика выполнения измерений массовой доли химических элементов бария, железа, кадмия, калия, кальция, кобальта, марганца, меди, никеля, свинца, серы, стронция, сурьмы, титана, хлора, хрома, цинка, циркония в почве и донных отложениях методом рентгено-флуоресценции с использованием спектрометра энергий рентгеновского излучения СЕР-01» (МГЭУ им. А.Д. Сахарова, Мн., 2011).
  19. 19. Johnson D. and Lardy H. Isolation of rat liver and kidney mitochondria. Methods Enzymol., 10, 94–96 (1967). DOI: 10.1016/0076-6879(67)10018-9
  20. 20. Schummer U., Schiefer H.-G., and Gerhardt U. Mycoplasma membrane potentials determined by potentialsensitive fluorescent dyes. Curr. Microbiol., 2, 191–194 (1979).
  21. 21. Akerman K. E. and Wikström M. K. Safranine as a probe of the mitochondrial membrane potential. FEBS Lett., 6 (2), 191–197 (1976).
  22. 22. Lowry O. H., Rosebrough N. J., Farr A. L., and Randall R. J. Protein measurement with the Folin phenol reagent. J. Biol. Chem., 193 (1), 265–275 (1951).
  23. 23. Santhosh P. B., Penič S., Genova J., Iglič A., KraljIglič V., and Ulrih N. P. A study on the interaction of nanoparticles with lipid membranes and their influence on membrane fluidity. J. Physics: Conf. Ser., 398, 012034 (2012). DOI: 10.1088/1742-6596/398/1/012034
  24. 24. Costa C. S., Ronconi J. V. V., Daufenbach J. F., Gonçalves C. L., Rezin G. T., Streck E. L., and da Silva Paula M. M. In vitro effects of silver nanoparticles on the mitochondrial respiratory chain. Mol. Cell Biochem., 342 (1–2), 51–56 (2010). DOI: 10.1007/s11010-010-0467-9
  25. 25. Dong P., Li J. H., Xu S. P., Wu X. J., Xiang X., Yang Q. Q., Jin J. C., Liu Y., and Jiang F. L. Mitochondrial dysfunction induced by ultra-small silver nanoclusters with a distinct toxic mechanism. J. Hazard Mater., 308, 139–148 (2016). DOI: 10.1016/j.jhazmat.2016.01.017
  26. 26. Zhuang Y., Li L., Feng L., Wang S., Su H., Liu H., Liu H., and Wu Y. Mitochondrion-targeted selenium nanoparticles enhance reactive oxygen species-mediated cell death. Nanoscale, 12, 1389–1396 (2020). DOI: 10.1039/C9NR09039H
  27. 27. Chen J., Chen C., Wang N., Wang C., Gong Z., Du J., Lai H., Lin X., Wang W., Chang X., Aschner M., Guo Zh., Wu S., Li H., and Zheng F. Cobalt nanoparticles induce mitochondrial damage and β-amyloid toxicity via the generation of reactive oxygen species. NeuroToxicol., 95, 155–163 (2023). DOI: 10.1016/j.neuro.2023.01.010
  28. 28. Zheng F., Luo Z., Lin X., Wang W., Aschner M., Cai P., Wang Y. L., Shao W., Yu G., Guo Z., Wu S., and Li H. Intercellular transfer of mitochondria via tunnelling nanotubes protects against cobalt nanoparticle-induced neurotoxicity and mitochondrial damage. Mol. Pharmacol. 15 (10), 1358–1379 (2021).
  29. 29. Lienemann M. Molecular mechanisms of electron transfer employed by native proteins and biological-inorganic hybrid systems. Comput. Structur. Biotechnol. J., 19, 206–213 (2021). DOI: 10.1016/j.csbj.2020.12.004
  30. 30. Fehaid A. and Taniguchi A. The double-edged effect of silver nanoparticles is determined by their physical characteristics. Nano Biomedicine, 11 (2), 49–56 (2019). DOI: 10.11344/nano.11.49
  31. 31. Liu W., Wu Y., Wang C., Li H. C., Wang T., Liao C. Y., Cui L., Zhou Q. F., Yan B., and Jiang G. B. Impact of silver nanoparticles on human cells: effect of particle size. Nanotoxicology, 4 (3), 319–330 (2010). DOI: 10.3109/17435390.2010.483745
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека