Сравнение механизмов токсичности наночастиц оксида цинка и оксида церия на основе их свойств растворения и окислительного стресса

Наноматериалы (НМ) обладают новыми физико-химическими свойствами, определяющими их взаимодействие с биологическими субстратами и процессами. Три наночастицы оксидов металлов, в настоящее время производимые в больших объемах, — TiO2, ZnO и CeO2 — были синтезированы методом пламенного пиролиза распыления и сравнены в рамках механистического исследования для выявления физико-химических характеристик, определяющих поглощение клетками, субклеточную локализацию и токсические эффекты, с использованием тестовой парадигмы, первоначально разработанной для оценки окислительного стресса и цитотоксичности в клеточных линиях RAW 264.7 и BEAS-2B. ZnO вызывал токсичность в обоих типах клеток, приводя к образованию активных форм кислорода (АФК), окислительному повреждению, активации воспаления и гибели клеток. С помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) и флуоресцентно меченого ZnO было установлено, что растворение ZnO может происходить в культуральной среде и эндосомах. Нерастворившиеся наночастицы ZnO проникали в кавеолы клеток BEAS-2B, но в клетках RAW 264.7 попадали в лизосомы, где растворялись более мелкие остатки частиц. Напротив, флуоресцентно меченые наночастицы CeO2 поглощались в неизмененном виде и локализовались в эндосомальных компартментах, положительных по caveolin-1 и LAMP-1, в клетках BEAS-2B и RAW 264.7 соответственно, не вызывая воспаления или цитотоксичности. Вместо этого CeO2 подавлял образование АФК и повышал устойчивость клеток к экзогенному источнику окислительного стресса. Флуоресцентно меченый TiO2 проходил по тем же путям поглощения, что и CeO2, но не вызывал ни неблагоприятных, ни защитных эффектов. Эти результаты показывают, что наночастицы оксидов металлов вызывают широкий спектр биологических ответов — от цитотоксических до цитопротекторных, — которые можно корректно понять только с помощью многоуровневой стратегии тестирования, подобной разработанной нами для изучения окислительного стресса и адаптированной для исследования других аспектов токсичности наночастиц.