Хемилюминесцентная активность нейтрофильных гранулоцитов при воздействии магнитных наночастиц ферригидрита (in vitro)

В статье описываются результаты исследования по оценке воздействия магнитных наночастиц ферригидрита на нейтрофильные гранулоциты крови человека (in vitro) для определения биосовместимости и экотоксичности. Объектами исследования являлись нейтрофильные гранулоциты крови, выделенные у 29 условно здоровых доноров крови и наночастицы, доза препаратов в минимальной концентрации составила 25 мг и в максимальной – 50 мг на 10⁶ клеток в 1 мл. В работе использован золь наночастиц ферригидрита, полученный биогенным синтезом в результате культивирования микроорганизмов Klebsiella oxytoca. Функциональную активность нейтрофильных гранулоцитов крови определяли с помощью люминол-зависимой хемилюминесценции. Наночастицы вносили в опытные пробы непосредственно перед хемилюминесцентным анализом, а также после инкубации в течение 30 минут при температуре 37 °С. В результате оценки раннего ответа нейтрофильных гранулоцитов на воздействие максимальной концентрации НЧ in vitro было обнаружено статистически достоверное уменьшение в 1,6 раза интенсивности, в 2,1 раза площади под кривой в зимозан-индуцированной хемилюминесцентной реакции, а также в 2,3 раза индекса активации. При оценке позднего ответа нейтрофильных гранулоцитов на воздействие максимальной концентрации наночастиц in vitro было обнаружено статистически достоверное снижение времени выхода на пик в 10 раз спонтанной хемилюминесцентной реакции, а также происходит значительное снижение максимальной интенсивности в 6 раз и в 5,6 раза снижается площадь под кривой зимозан-индуцированной хемилюминесценции при воздействии НЧ. При снижении в 3,7 раза индекса активации. Установлено, что наночастицы ферригидрита интенсивно снижают функциональную активность нейтрофильных гранулоцитов. Интенсивность воздействия повышается при предварительной инкубации клеток с НЧ. При этом кратковременный эффект НЧ на нейтрофильные гранулоциты может быть модулирующим и зависит от исходного уровня реактивности клеток. Выявлено, что действие НЧ реализуется только на активированные клетки.

хемилюминесценция, люминол, нейтрофильные гранулоциты, магнитные наночастицы ферригидрита, функциональная активность

1. Коленчукова О.А., Столяр С.В., Ладыгина Л.П. Исследование функциональных характеристик нейтрофильных гранулоцитов при воздействии железосодержащих наночастиц ферригидрита // Российский иммунологический журнал, 2019. Т. 13, № 22. С. 801-803.

2. Baldi F., Minacci A., Pepi M., Scozzafava A. Gel sequestration of heavy metals by Klebsiella oxytoca isolated from iron mat. FEMS Microbiol. Ecol., 2001, Vol. 36, no. 2-3, pp. 169-174.

3. Brzicova T., Javorkova E., Vrbova K., Zajicova A., Holan V., Pinkas D., Philimonenko V., Sikorova J., Klema J., Topinka J., Rossner P.Jr. Molecular responses in THP-1 macrophage-like cells exposed to diverse nanoparticles. Nanomaterials (Basel), 2019, Vol. 9, no. 5, pii: E687. doi: 10.3390/nano9050687.

4. de Sole P., Lippa S., Lixxarru G. Whole blood chemiluminescence: a new technical approach to access oxygen-dependent microbial activity of granulocytes. J. Clin. Lab. Autom., 1983, Vol. 3, pp. 391-400.

5. Dobretsov K., Stolyar S., Lopatin A. Magnetic nanoparticles: a new tool for antibiotic delivery to sinonasal tissues. Results of preliminary studies. Acta Otorhinolaryngol. Ital., 2015, Vol. 35, pp. 97-102.

6. Gao G., Li J., Zhang Y., Chang Y.Z. Cellular iron metabolism and regulation. Adv. Exp. Med. Biol., 2019, Vol. 1173, pp. 21-32.

7. Holan V., Javorkova E., Vrbova K., Vecera Z., Mikuska P., Coufalik P., Kulich P., Skoupy R., Machala M., Zajicova A., Rossner P. A murine model of the effects of inhaled CuO nanoparticles on cells of innate and adaptive immunity – a kinetic study of a continuous three-month exposure. Nanotoxicology, 2019, Vol. 13, no. 7, pp. 952-963.

8. Kianpour S., Ebrahiminezhad A., Mohkam M., Tamaddon A.M., Dehshahri A., Heidari R., Ghasemi Y. Physicochemical and biological characteristics of the nanostructured polysaccharide-iron hydrogel produced by microorganism Klebsiella oxytoca. J. Basic Microbiol., 2017, Vol. 57, no. 2, pp. 132-140.

9. Kreitinger J.M., Beamer C.A., Shepherd D.M. Environmental immunology: lessons learned from exposure to a select panel of immunotoxicants. J. Immunol., 2016, Vol. 196, no. 8, pp. 3217-3225.

10. Poh T.Y., Ali NABM, Mac Aogáin M., Kathawala M.H., Setyawati M.I., Ng K.W., Chotirmall S.H. Inhaled nanomaterials and the respiratory microbiome: clinical, immunological and toxicological perspectives. Part. Fibre Toxicol., 2018, Vol. 15, no. 1, 46. doi: 10.1016/j.cellimm.2014.07.007.

11. Pedata P., Petrarca C., Garzillo E.M., di Gioacchino M. Immunotoxicological impact of occupational and environmental nanoparticles exposure: The influence of physical, chemical, and combined characteristics of the particles. Int. J. Immunopathol. Pharmacol., 2016, Vol. 29, no. 3, pp. 343-353.

12. Roach K.A., Stefaniak A.B., Roberts J.R. Metal nanomaterials: Immune effects and implications of physicochemical properties on sensitization, elicitation, and exacerbation of allergic disease. J. Immunotoxicol., 2019, Vol. 16, no. 1, pp. 87-124.

13. Stolyar S.V., Balaev D.A., Ladygina V.P., Dubrovskiy A.A., Krasikov A.A., Popkov S.L., Bayukov O.A., Knyazev Y.V., Yaroslavtsev R.N., Volochaev M.N., Iskhakov R.S., Dobretsov K.G., Morozov F.V., Falaleev O.V., Inzhevatkin, E.V., Kolenchukova O.A., Chizhova I.A. Bacterial ferrihydrite nanoparticles: preparation, magnetic properties, and application in medicine. J. Supercond. Nov. Magn., 2018, Vol. 31, pp. 2297-2304.