Ukr.Biochem.J. 2019; Том 91, № 2, березень-квітень, c. 41-50

doi: https://doi.org/10.15407/ubj91.02.041

Взаємодія чотирьох алотропних модифікацій карбонових наночастинок із тканинами організму

10.04.2019   Uncategorized   No comments

С. Я. Парижак1, T. І. Думич1, С. M. Пешкова1,2,
Є. Є. Біла2, О. Д. Луцик1, A. Баррас3,
Р. Букерруб3, С. Сзунерітс3, Р. O. Білий1

1Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, Україна;
2Львівський національний університет імені Івана Франка, Україна;
3Лілльський університет, НЦНД, Центральний Лілль, ВІЕЦТ, Університет Валансьєна, Лілль, Франція;
e-mail: r.bilyy@gmail.com

Забруднення навколишнього середовища та технологічний прогрес призводять до утворення вуглецевих наночастинок, які становлять серйозний ризик для здоров’я. Вони присутні в сажі, пилу, тонері для друку і можуть виникати за шліфування та фрезерування матеріалів. Нейтрофіли людини здатні ізолювати чужорідний матеріал шляхом утворення нейтрофільних позаклітинних пасток (НПП), останні здатні стимулювати сильну запальну відповідь. У роботі було порівняно прозапальні властивості різних наноструктур на основі вуглецю: нанодіамантів, графен оксиду, фулеренів С60 і вуглецевих точок. Було протестовано ад’ювантні властивості вуглецевих наночастинок у моделі імунізації мишей за дослідження гуморальної (специфічні IgG і IgM антитіла) та клітинної (гіперчутливість сповільненого типу) імунної відповіді. Здатність НПП секвеструвати наночастинки вивчено на моделі повітряної кишені мишей, а активацію нейтрофілів перевірено шляхом відстеження флуоресцентно мічених нанодіамантів in vivo, та флуоресцентним аналізом із застосуванням нейтрофілів людини ex vivo. Усі вуглецеві наночастинки виявляли прозапальні ад’ювантні властивості, стимулюючи продукцію специфічних IgG, але не IgM антитіл (гуморальна імунна відповідь). Ад’ювантні властивості зменшувались у порядку від нанодіамантів, графен оксиду, фулеренів С60 до вуглецевих точок. Жодна із досліджуваних вуглецевих наноструктур не спричинювала поя­ву реакції гіперчутливості сповільненого типу (клітинна імунна відповідь). Нанодіаманти і фулерени C60 були секвестровані в організмі НПП, що підтверджено на моделі повітряної кишені, і шляхом відстеження флуоресцентно мічених нанодіамантів in vivo.

Ключові слова: , , ,

Посилання:

  1. Pieterse E, Jeremic I, Czegley C, Weidner D, Biermann MH, Veissi S, Maueröder C, Schauer C, Bilyy R, Dumych T, Hoffmann M, Munoz LE, Bengtsson AA, Schett G, van der Vlag J, Herrmann M. Blood-borne phagocytes internalize urate microaggregates and prevent intravascular NETosis by urate crystals. Sci Rep. 2016 Dec 5;6(1):38229.   PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  2. Mulay SR, Desai J, Kumar SV, Eberhard JN, Thomasova D, Romoli S1, Grigorescu M1, Kulkarni OP, Popper B, Vielhauer V, Zuchtriegel G, Reichel C, Bräsen JH, Romagnani P, Bilyy R, Munoz LE, Herrmann M, Liapis H, Krautwald S, Linkermann A, Anders HJ. Cytotoxicity of crystals involves RIPK3-MLKL-mediated necroptosis. Nat Commun. 2016 Jan 28;7:10274. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  3. Schauer C, Janko C, Munoz LE, Zhao Y, Kienhöfer D, Frey B, Lell M, Manger B, Rech J, Naschberger E, Holmdahl R, Krenn V, Harrer T, Jeremic I, Bilyy R, Schett G, Hoffmann M, Herrmann M. Aggregated neutrophil extracellular traps limit inflammation by degrading cytokines and chemokines. Nat Med. 2014 May;20(5):511-7. PubMed,  CrossRef
  4. Muñoz LE, Bilyy R, Biermann MH, Kienhöfer D, Maueröder C, Hahn J, Brauner JM, Weidner D, Chen J, Scharin-Mehlmann M, Janko C, Friedrich RP, Mielenz D, Dumych T, Lootsik MD, Schauer C, Schett G, Hoffmann M, Zhao Y, Herrmann M. Nanoparticles size-dependently initiate self-limiting NETosis-driven inflammation. Proc Natl Acad Sci USA. 2016 Oct 4;113(40):E5856-E5865. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  5. Brinkmann V, Reichard U, Goosmann C, Fauler B, Uhlemann Y, Weiss DS, Weinrauch Y, Zychlinsky A. Neutrophil extracellular traps kill bacteria. Science. 2004 Mar 5;303(5663):1532-5. PubMed, CrossRef
  6. Kirchner T, Möller S, Klinger M, Solbach W, Laskay T, Behnen M. The impact of various reactive oxygen species on the formation of neutrophil extracellular traps. Mediators Inflamm. 2012;2012:849136. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  7. Bilyy R, Fedorov V, Vovk V, Leppkes M, Dumych T, Chopyak V, Schett G, Herrmann M. Neutrophil Extracellular Traps Form a Barrier between Necrotic and Viable Areas in Acute Abdominal Inflammation. Front Immunol. 2016 Oct 10;7:424. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  8. Podolska MJ, Mahajan A, Knopf J, Hahn J, Boeltz S, Munoz L, Bilyy R, Herrmann M. Autoimmune, rheumatic, chronic inflammatory diseases: Neutrophil extracellular traps on parade. Autoimmunity. 2018 Sep;51(6):281-287.  PubMed, CrossRef
  9. Sin YM, Sedgwick AD, Chea EP, Willoughby DA. Mast cells in newly formed lining tissue during acute inflammation: a six day air pouch model in the mouse. Ann Rheum Dis. 1986 Oct;45(10):873-7. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  10. Chorna I, Bilyy R, Datsyuk L, Stoika R. Comparative study of human breast carcinoma MCF-7 cells differing in their resistance to doxorubicin: effect of ionizing radiation on apoptosis and TGF-beta production. Exp Oncol. 2004 Jun;26(2):111-7. PubMed
  11. Ngan J, Kind LS. Suppressor T cells for IgE and IgG in Peyer’s patches of mice made tolerant by the oral administration of ovalbumin. J Immunol. 1978 Mar;120(3):861-5. PubMed
  12. O’Hagan DT, Jeffery H, Davis SS. Long-term antibody responses in mice following subcutaneous immunization with ovalbumin entrapped in biodegradable microparticles. Vaccine. 1993;11(9):965-9. PubMed, CrossRef
  13. Mota I, Wong D. Homologous and heterologous passive cutaneous anaphylactic activity of mouse antisera during the course of immunization. Life Sci. 1969 Aug 15;8(16):813-20.  PubMed, CrossRef
  14. Allen IC. Delayed-type hypersensitivity models in mice. Methods Mol Biol. 2013;1031:101-7.  PubMed, CrossRef
  15. Bilyy R, Paryzhak S, Turcheniuk K, Dumych T, Barras A, Boukherroub R, et al. Aluminum oxide nanowires as safe and effective adjuvants for next-generation vaccines. Mater Today. 2019; 22:58-66. CrossRef
  16. Stephen J, Scales HE, Benson RA, Erben D, Garside P, Brewer JM. Neutrophil swarming and extracellular trap formation play a significant role in Alum adjuvant activity. NPJ Vaccines. 2017 Jan 23;2(1):1.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  17. Biermann MH, Podolska MJ, Knopf J, Reinwald C, Weidner D, Maueröder C, Hahn J, Kienhöfer D, Barras A, Boukherroub R, Szunerits S, Bilyy R, Hoffmann M, Zhao Y, Schett G, Herrmann M, Munoz LE. Oxidative Burst-Dependent NETosis Is Implicated in the Resolution of Necrosis-Associated Sterile Inflammation. Front Immunol. 2016 Dec 1;7:557. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  18. Bianco A. Graphene: safe or toxic? The two faces of the medal. Angew Chem Int Ed Engl. 2013 May 3;52(19):4986-97.  PubMed, CrossRef
  19. Li C, Ye R, Bouckaert J, Zurutuza A, Drider D, Dumych T, Paryzhak S, Vovk V, Bilyy RO, Melinte S, Li M, Boukherroub R, Szunerits S. Flexible Nanoholey Patches for Antibiotic-Free Treatments of Skin Infections. ACS Appl Mater Interfaces. 2017 Oct 25;9(42):36665-36674. PubMed, CrossRef
  20. Prylutska S, Bilyy R, Schkandina T, Bychko A, Cherepanov V, Andreichenko K, Stoika R, Rybalchenko V, Prylutskyy Y, Scharff P, Ritter U. Effect of iron-doped multi-walled carbon nanotubes on lipid model and cellular plasma membranes. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2012 Aug 1;32(6):1486-9. PubMed, CrossRef
  21. Lategan K, Fowler J, Bayati M, Fidalgo de Cortalezzi M, Pool E. The Effects of Carbon Dots on Immune System Biomarkers, Using the Murine Macrophage Cell Line RAW 264.7 and Human Whole Blood Cell Cultures. Nanomaterials (Basel). 2018 May 31;8(6). pii: E388. PubMed, PubMedCentral,CrossRef
  22. Chen BX, Wilson SR, Das M, Coughlin DJ, Erlanger BF. Antigenicity of fullerenes: antibodies specific for fullerenes and their characteristics. Proc Natl Acad Sci USA. 1998 Sep 1;95(18):10809-13. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  23. Andreev SM, Babakhin AA, Petrukhina AO, Romanova VS, Parnes ZN, Petrov RV. Immunogenic and allergenic properties of fulleren conjugates with aminoacids and proteins. Dokl Biochem. 2000 Jan-Feb;370(1-6):4-7. PubMed
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.