Токсичность наночастиц, связанная с реактивными видами кислорода, в биомедицинской сфере

Введение

Наночастицы (НЧ) представляют собой класс новых синтетических частиц размером <100 нм. В зависимости от их формы и размера различные физические и химические характеристики наделяют НЧ различными функциями. НЧ широко используются во многих потребительских товарах, включая текстиль, косметику, очистку воды и упаковку пищевых продуктов [1, 2]. Они также используются в разработке фотокатализаторов, энергетики и оптоэлектроники [3,4,5,6].

В частности, НЧ стали предпочтительным материалом в биомедицинских материалах и широко используются в биосенсорах, доставке миРНК, прицельном нокдауне генов, доставке лекарств и в бионаполненных медицинских материалах [7,8,9,10,11]. Дальнейшее использование НЧ все еще обнаруживается. Например, Дуан и др. [12] показали, что Fe ₃ О ₄ -полиэтиленгликоль-полиамид-амин-матричная металлопротеиназа2 @ хлорин е6 (Fe ₃ О ₄ -PEG-G5-MMP2 @ Ce6) нанозонды значительно ингибировали рост опухоли желудка. В другом случае наночастицы пДНК-полиэтиленимин CeO (НЧ пДНК-PEI-CeO) могут индуцировать еще больший апоптоз клеток фибросаркомы [13]. Кроме того, полые наночастицы рецептора 2 фактора роста эпидермиса человека (HS-Fe-PEG-HER2) силикагель-Fe-полиэтиленгликоль могут избирательно связывать опухолевые клетки и использовались в качестве визуализирующих агентов, чтобы отличить нормальную ткань от раковых клеток [14]. Наконец, наночастицы серебра (НЧ серебра) служат в качестве наноантибиотиков, которые эффективно борются с устойчивыми бактериальными инфекциями, связанными с биопленками [15].

Несмотря на потенциал положительного применения НЧ в различных областях, все большее количество исследований указывает на их неблагоприятное воздействие на организмы [16, 17] и клетки после воздействия НЧ [18, 19]. Токсический потенциал НЧ зависит от их размера и формы, которые определяют их склонность вызывать образование активных форм кислорода (АФК) [20, 21]. Избыточное генерирование ROS может вызывать ряд физиопатологических исходов, включая генотоксичность, апоптоз, некроз, воспаление, фиброз, метаплазию, гипертрофию и канцерогенез [18, 22, 23]. Также было показано, что токсичность НЧ усиливает экспрессию провоспалительных цитокинов и активирует воспалительные клетки, такие как макрофаги, что еще больше увеличивает образование АФК [23, 24]. Было также показано, что повышенное образование АФК после воздействия НЧ вызывает модуляцию клеточных функций, что в некоторых случаях приводит к фатальным результатам [17, 23, 25]. В этом обзоре мы обсуждаем основные механизмы, лежащие в основе всплесков АФК, индуцированных НЧ, анализируем основные причины цитотоксичности НЧ и резюмируем возможные патогенные эффекты НЧ. В нашем настоящем обзоре представлены неопровержимые доказательства того, что избыточная продукция АФК является основной причиной биотоксичности НЧ. Таким образом, новые исследования должны быть направлены на снижение цитотоксичности НЧ путем разработки НЧ, которые вызывают низкую продукцию АФК.

Применение НП в биомедицине

НЧ использовались во множестве медицинских приложений, и несколько новых НЧ проявляют свойства, которые являются многообещающими для их использования в новых биомедицинских материалах. Как показано в Таблице 1, Nano-C60 можно использовать в качестве противоракового агента, который ингибирует пролиферацию раковых клеток как in vivo, так и in vitro [26]. НЧ ZnO использовались в качестве наполнителей в ортопедических и дентальных имплантатах [38]. TiO ₂ могут использоваться как антибактериальные средства, для очистки воздуха и воды, а также для зубных протезов [52,53,54]. Davaeifar et al. сообщили, что наностержень фикоцианин-ZnO может защитить клетку, уменьшая выработку эндогенных АФК [68]. Pacurari et al. указали, что SWCNT могут применяться в качестве клинического диагностического агента и в качестве материалов для биоинженерии [88]. Кроме того, многочисленные НЧ могут использоваться в качестве противомикробных агентов, которые убивают бактерии, вызывая всплески АФК (таблица 1).

Механизмы повышения ROS, индуцированного NP в клетках

АФК представляют собой химически активные частицы, содержащие кислород, в том числе перекись водорода (H ₂ О ₂ ), реактивные супероксид-анион-радикалы (O ^2- ) и гидроксильные радикалы (• OH) [92, 93]. АФК преимущественно генерируются в органеллах, таких как эндоплазматический ретикулум (ЭПР), в пероксисомах и особенно в митохондриях [94]. Во время окислительного фосфорилирования кислород используется для синтеза воды путем присоединения электронов через митохондриальную цепь переноса электронов (ETC). Некоторые из этих электронов принимаются молекулярным кислородом с образованием O ^2- , который может дополнительно преобразовать H ₂ О ₂ и • OH [93].

В физиологическом контексте АФК образуются как естественный ответ на нормальный метаболизм кислорода [95] и играют жизненно важную роль в различных клеточных сигнальных путях [96, 97]. Dröge, Holmstrom et al. сообщили, что ROS могут активировать многочисленные сигнальные каскады, включая рецептор эпидермального фактора роста (EGF), каскады митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK), протеин-активатор фактора транскрипции-1 (AP-1) и ядерный фактор-KB ( NF-κB) и в дальнейшем участвовал в процессе роста, пролиферации и дифференцировки млекопитающих [98, 99]. Дальнейшие исследования показали, что АФК также регулируют заживление ран [100], выживаемость после гипоксии [101], гомеостаз внутриклеточного pH [102] и врожденный иммунитет [103].

Тем не менее, после воздействия НЧ внутриклеточная генерация АФК может резко увеличиваться, вызывая всплески АФК в клетках [20] (Таблица 1). Основные механистические объяснения всплесков АФК заключаются в том, что ионы металлов, высвобождаемые НЧ, способствуют сверхэкспрессии АФК, нарушая митохондриальное дыхание [30, 104].

Было показано, что ионы металлов, высвобождаемые НЧ, участвуют в окислительно-восстановительном цикле и хемокатализе посредством реакции Фентона [H ₂ О ₂ + Fe ²⁺ → Fe ³⁺ + HO ^- + • OH] или реакция типа Фентона [Ag ⁺ H ₂ О ₂ + H ⁺ =Ag ⁺ + • OH + H ₂ O] [23, 105, 106]. Диссоциированный ион металла (т.е. Ag ⁺ ) также вызывает дезактивацию клеточных ферментов, нарушение структуры мембраны [31, 107], нарушение процесса перемещения электронов [108], истощение уровней окислительно-восстановительного потенциала, снижение потенциалов митохондриальной мембраны (MMP) [109] и дальнейшее усиление накопления внутриклеточных АФК. Сообщалось также, что НЧ способствуют накоплению внутриклеточных АФК, нарушая процесс переноса электронов [32, 110], увеличивая НАДФ ⁺ Отношение / НАДФН [30] и нарушение функции митохондрий [18]. НЧ также препятствуют экспрессии генов, связанных с окислительным стрессом, таких как soxS , soxR , oxyR , и ahpC [58]; гены-антиоксиданты, такие как sod1 и gpx 1 [111, 112]; и ген, связанный с выработкой НАДФН met9 [30]. Нестабильность экспрессии окислительных и антиоксидантных генов, вызванная НЧ, ускоряет накопление внутриклеточных АФК.

Интересно, что повышенное производство ROS тесно связано с определенными размерами и формой НЧ [113, 114]. Например, TiO ₂ НЧ способствовали генерации внутриклеточных АФК, что приводило к повреждению нуклеиновых кислот и белков [10]. Liao et al. обнаружили, что 10 нм TiO ₂ НЧ имели более высокую генотоксичность, чем другие исследованные размеры, и, следовательно, могли индуцировать большее образование АФК [115]. В другом случае НЧ Se стимулировали продукцию АФК в клетках, и выход внутриклеточных АФК сильно зависел от диаметра НЧ Se. В этом случае диаметр 81 нм индуцировал больше продукции АФК, чем другие исследованные размеры [113]. Cho et al. далее показали, что форма НЧ сильно влияет на их способность индуцировать продукцию АФК. Металлические наночастицы, имитирующие дневные цветы (D-NP), приводят к значительно более высокому производству ROS, чем металлические наночастицы, имитирующие ночные цветы (N-NP), что приводит к усиленному эффекту уничтожения клеток [114] (Рис. 1).

Продукция АФК индуцируется НЧ в окружающем растворе и клетках [32]. Электроны, генерируемые НЧ, могут проникать в клетки и нарушать функции дыхательной цепи, а затем усиливать внутриклеточную продукцию АФК. Электроны также могут реагировать с O ₂ напрямую и увеличил образование внеклеточных АФК

НЧ могут вызывать внутриклеточные всплески АФК при очень низкой концентрации (показано в Таблице 1), например, Nano-C60 в концентрации 1 мкг / мл может значительно увеличить апоптоз клеток, вызывая окислительный стресс [26, 27]. Примечательно, что большинство НЧ обладают дозозависимым эффектом, как сообщалось для VO ₂ НЧ [60, 61] и НЧ CuO [74, 75].

Катастрофические последствия НЧ для клеток из-за увеличения производства АФК

НЧ, попадающие в клетку, часто оказывают на нее неблагоприятное воздействие. Наиболее поддерживаемое объяснение цитотоксичности НЧ состоит в том, что окислительный стресс вызывается вспышкой АФК. Всплески АФК, вызванные НЧ, приводят к окислительной модификации биомакромолекул, повреждению клеточных структур, развитию лекарственной устойчивости, мутации генов и канцерогенезу [116, 117]. Кроме того, всплески АФК изменили нормальные физиологические функции клеток, как в случае с триггером воспаления, которое в конечном итоге блокирует функции клеток и повреждает организм [23, 118, 119]. Обычно НЧ сначала адсорбируются на поверхности клетки, а затем проходят через мембрану в клетку, где вызывают генерацию АФК [36]. Из-за своего сильного окислительного потенциала, АФК вызывает сильный стресс для клетки [46] и атакует почти все типы биомолекул в клетке, включая углеводы, нуклеиновые кислоты, ненасыщенные жирные кислоты, белки и аминокислоты, а также витамины [36, 120, 121 ] (Рис. 2).

Решающая роль АФК в цитотоксичности, вызванной НЧ [33]. Возможные клеточные события, происходящие после взаимодействия НЧ с внутриклеточными системами

ROS приводит к повреждению перекиси липидов и структуры мембраны

Липиды, особенно ненасыщенные жирные кислоты, являются важными внутриклеточными макромолекулами, которые играют ключевую роль в структуре и функционировании клеточной мембраны. НЧ сильно притягиваются к клеточной мембране, где они могут генерировать АФК и приводить к перекисному окислению липидов внешней мембраны. Измененное содержание жирных кислот в клеточной мембране может привести к повышенной проницаемости клеток, что приводит к неконтролируемому переносу НЧ из внеклеточной среды в цитоплазму, где клеточное повреждение может прогрессировать дальше [76, 122].

Внутриклеточные НЧ вызывают следующий раунд всплесков АФК. Перегрузка АФК приводит к разрыву мембран органелл, утечке содержимого органелл [52, 123], инактивации клеточных рецепторов [124], высвобождению лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и дальнейшему необратимому повреждению клеток [125]. ].

АФК атакует белки и приводит к функциональной инактивации

АФК атакуют гидрофобные остатки аминокислот, способствуя разрыву пептидных связей и нарушая функцию этих белков [126,127,128]. Карбонилирование - еще одна особенность белков, подвергающихся окислительному повреждению [129]. Карбонилированные белки образуют агрегаты, которые являются химически необратимыми и не могут разлагаться через протеасомы, что приводит к необратимой потере функции этих белков [130, 131]. Gurunathan et al. [132] показали, что PtNPs могут усиливать генерацию ROS и повышать уровни карбонилированного белка, что ингибирует пролиферацию остеосаркомы и способствует апоптозу. В одном случае наночастицы, происходящие от горения и трения (CFDNP), накапливались в мозгу молодых людей с болезнью Альцгеймера, что, вероятно, способствовало генерации ROS, что приводило к неправильной укладке, агрегации и фибрилляции белков [133]. Кроме того, Pelgrift et al. показали, что Mg NPs могут напрямую ингибировать транскрипцию генов или повреждать белки [10].

Генная мутация, индуцированная АФК

Нуклеиновые кислоты, включая ДНК и РНК, необходимы для функционирования, роста и развития клеток, а составляющие их нуклеотиды являются уязвимыми мишенями для АФК [134, 135, 136]. Благодаря низкому окислительно-восстановительному потенциалу АФК могут напрямую реагировать с азотистыми основаниями и модифицировать их [137]. Например, АФК могут окислять гуанин до 8-оксо-7,8 дигидрогуанина (8-oxoG) [138] и аденин до 1,2-дигидро-2-оксоаденина (2-оксоА) [139]. Эти модификации оснований приводят к повреждению ДНК [140]. Благодаря своему генотоксическому потенциалу и способности индуцировать образование АФК [141], НЧ в значительной степени вызывают разрывы одно- и двухцепочечной ДНК [142, 143], хромосомные повреждения и анеуплоидные генные события [144].

Повышенная продукция АФК является основной причиной неправильного кодирования генов, анеуплоидии, полиплоидии и активации мутагенеза в клетках, подвергшихся воздействию НЧ [145, 146, 147, 148]. Среди пулов нуклеотидов гуанин является наиболее уязвимым и легко окисляется до 8-oxoG под действием АФК [149]. Повышенный уровень 8-oxo-dG в ДНК приводит к несовпадению оснований ДНК [150]. Точно так же включение A:8-oxoG вызывает повышенную скорость вредных трансверсионных мутаций G:C> T:A [151, 152]. Отношение трансверсии G:C> T:A к переходной мутации G:C> A:T также использовалось в качестве показателя для количественной оценки окислительного повреждения ДНК [153].

Генерация АФК, индуцированная НЧ, приводит к накоплению повреждений ДНК, что стимулирует развитие мутагенности [154], онкогенеза [155], множественной лекарственной устойчивости [156, 157], старения и ускользания от иммунитета [158]. Jin et al. показали, что перепроизводство АФК резко увеличивает мутагенез ДНК-связывающих генов регуляторов транскрипции, что приводит к ускоренному оттоку антибиотиков [159], что, в свою очередь, способствует множественной устойчивости бактерий к антибиотикам [34]. Giannoni et al. сообщили, что мутации митохондриальной ДНК происходили с увеличением внутриклеточных АФК и в дальнейшем нарушали активность комплекса I ETC и приводили к дисфункции митохондрий [160, 161].

Было показано, что повреждение ДНК, индуцированное НЧ, ингибирует синтез, репликацию аминокислот [162] и вызывает аберрантное накопление белков p53 [163] и Rab51 [82, 142]. Повреждение ДНК также может задерживать или полностью останавливать клетку [164]. Клетки с поврежденной ДНК теряют способность к росту и пролиферации [165] и в конечном итоге могут привести к гибели клеток [166] (рис. 3).

Клеточные события, индуцированные НЧ. ① НЧ способствуют разрушению клеточной мембраны и перекисному окислению липидов. ② Лизосомная мембрана разрушается НЧ и приводит к высвобождению их содержимого. ③ Митохондриальная мембрана повреждается НЧ, что приводит к высвобождению содержимого. НЧ уменьшают образование АТФ и увеличивают производство АФК. ④ АФК, индуцированные НЧ, приводят к неправильной трансляции РНК. ⑤ НЧ предотвращают связывание тРНК с рибосомой. ⑥ АФК, индуцированные НЧ, приводят к полимеризации белков и ДНК. ⑦ АФК, индуцированные НЧ, приводят к мутациям ДНК ⑧ Ядерная мембрана разрушается НЧ, что приводит к высвобождению ее содержимого

Повышенное производство ROS вызывает повреждение клеток и возникновение заболеваний

Цитотоксичность NP связана с окислительным стрессом, выработкой эндогенных АФК и истощением пулов внутриклеточных антиоксидантов. Повышенный окислительный стресс приводит к окислительному повреждению биомакромолекул, что в дальнейшем влияет на нормальное функционирование клетки и способствует возникновению и развитию различных заболеваний [167].

НЧ вызывают повреждение мембраны и усиливают транспорт НЧ в цитоплазму. НЧ концентрируются в лизосомах, митохондриях и ядре, что приводит к катастрофическим последствиям для клетки [168, 169]. Сообщалось, что НЧ могут снижать генерацию аденозинтрифосфата (АТФ) [89], истощать глутатион, вызывать неправильную трансляцию белков [170], разрыв лизосом [171] и ингибировать связывание рибосомной субъединицы с РНК переноса (тРНК). Эти клеточные события указывают на коллапс фундаментального биологического процесса в клетке и приводят к значительному снижению жизнеспособности клетки [47]. Singh и Scherz-Shouval et al. сообщили, что НЧ могут нарушать функции цитоскелета, индуцируя генерацию АФК и активируя процесс аутофагии и апоптоза в клетках [89].

НЧ попадают в организм разными путями, например, через кожу, легкие или кишечный тракт (рис. 4а), и могут иметь широкий спектр токсикологических эффектов и вызывать биологические реакции, такие как воспаление и иммунные ответы [172,173,174]. В одном случае воздействие на клетки НЧ кремнезема заставляло макрофаги секретировать большое количество интерлейкина-1β (ИЛ-1β), что в конечном итоге приводило к гибели клеток [175]. Гао и его коллеги сообщили, что воспаление легких было значительно выше у мышей после воздействия углеродных нанотрубок, которые могут активировать альвеолярные макрофаги и вызвать сильный воспалительный ответ [176]. В другом исследовании морские свинки, подвергшиеся воздействию НЧ ZnO, получили повреждение легких, что привело к снижению общей емкости легких и жизненной емкости легких [177,178,179].

Проникновение НП и повреждение органов. а НЧ могут проникать в организм через ротовую полость, носовую полость, дыхательные пути, почки и кишечник; б НЧ могут распространяться через системный кровоток и накапливаться в почках, печени, сердце, головном мозге, кишечном тракте и легких, что приводит к дисфункции органов (эта цифра была создана на сайте BioRender.com).

НЧ ZnO также вызывали тяжелые повреждения альвеолярного эпителиального барьера и вызывали воспаление в легких человека [180]. В другом случае НЧ, абсорбированные в кишечнике, вызывали воспаление и деградацию слизистой оболочки кишечника [181]. Шубаев и др. отметили, что Mg NPs усиливают миграцию макрофагов в нервную систему, разрушая гематоэнцефалический и гематоэнервный барьеры MMP-зависимым образом [182]. Кроме того, мыши, которые вдыхали углеродные нанотрубки, проявляли иммуносупрессию и подавляли ответ антител в наивных клетках селезенки [183]. Наконец, НЧ Cd вызвали серьезное снижение жизнеспособности моноцитов крови, что в конечном итоге привело к иммунодефициту [184].

Помимо вышеуказанных патологий, высокая вариабельность уровня АФК была определена как основная причина развития множества заболеваний человека. Третьякова, Лиу и др. показали, что окисленная ДНК имеет тенденцию к образованию конъюгатов ДНК-белок, которые накапливаются в сердце и головном мозге и способствуют возникновению рака, заболеваний, связанных со старением, и хронического воспаления [185, 186]. Андерсен [187] пришел к выводу, что диабет, а также сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания во многом связаны с дисбалансом АФК. Кроме того, Перес-Розес и др. показали, что повышенный уровень АФК способствует развитию болезни Альцгеймера и Паркинсона [188].

Сообщалось также, что НЧ способствуют апоптозу клеток рака груди [35] и разрушают злокачественные ткани и патогены, способствуя генерации АФК [189, 190]. Однако также было обнаружено, что АФК вызывают пролиферацию как нормальных, так и раковых клеток, стимулируют мутации и инициируют канцерогенез в нормальных клетках и множественную лекарственную устойчивость в раковых клетках [191, 192]. Handy et al. обнаружили, что у рыб, подвергшихся воздействию углеродных нанотрубок, наблюдаются гранулемы в легких и опухоли в печени при увеличенном времени воздействия [193]. Некоторые НЧ вызывают полиорганную недостаточность, в первую очередь поражая сердце, легкие, почки и печень. TiO ₂ Было показано, что НЧ способствуют снижению массы тела, поражению селезенки, свертыванию крови в респираторной системе, некрозу и фиброзу клеток печени и утолщению альвеолярной перегородки [194, 195]. В одном исследовании НЧ также предотвращали дифференцировку стволовых клеток, что усугубляло повреждение органов [196]. Дальнейшие исследования также показали, что НЧ снижают качество сперматозоидов [197] и что воздействие углеродных НЧ на сперматозоиды влияет на их способность оплодотворять яйцеклетки и нарушает развитие эмбрионов у пурпурных морских ежей [198]. Растущее количество доказательств указывает на токсикологическое воздействие НЧ на микроорганизмы, водоросли, нематоды, растения, животных и, в частности, на человека [22, 199, 200] (рис. 4b).

Новый тип НЧ с меньшей цитотоксичностью или без нее

НЧ обладают рядом биомедицинских свойств, которые делают их ценными (например, в качестве антибактериальных и противораковых агентов [26,27,28]). Их основной механизм действия - их способность увеличивать продукцию ROS в клетках; однако это свойство также делает эти частицы токсичными, вызывая мутации генов, апоптоз и даже канцерогенез [45, 49, 58]. Следовательно, существует острая необходимость в разработке новых НЧ, которые сохраняют свои требуемые свойства, не приводя к чрезмерному производству АФК. Недавние исследования сообщили о новых типах НЧ, которые могут удалять внутриклеточные АФК. Эти типы делятся на два класса:(1) НЧ, которые могут поглощать АФК [77], и (2) НЧ, покрытые дополнительными материалами для снижения их цитотоксичности [87].

Паникканвалаппил и его коллеги показали, что НЧ Pt ингибируют двухцепочечный разрыв ДНК путем разрушения АФК [201]. В другом случае Mn ₃ О ₄ НЧ модулируют окислительно-восстановительный потенциал клеток, обеспечивая защиту биомакромолекул от окислительного стресса [77]. Кроме того, главный исполнительный директор ₂ NP - новый агент, который защищает клетки и ткани от окислительного повреждения благодаря своей способности улавливать свободные радикалы [79, 202].

H ₂ О ₂ является основным побочным продуктом взаимодействия NP-клетки. H ₂ О ₂ разрушает важные биомолекулы, включая белки, липиды и нуклеиновые кислоты. Однако, когда клетки обрабатывали специализированными МНЧ, покрытыми меркаптопропионовой кислотой (МПА-НЧ) или аминированным диоксидом кремния (SiO ₂ -MNPs) таких повреждений не наблюдалось [203, 204]. Точно так же ГО, покрытая поливинилпирролидоном (ПВП), оказывает меньшее токсическое воздействие на дендритные клетки (ДК), Т-лимфоциты и макрофаги, чем без этого покрытия. PVP-GO снижает апоптоз Т-лимфоцитов и даже увеличивает активность макрофагов [205]. Покрытые Pt AuNR (PtAuNR) сохраняют эффективность традиционных золотых наностержней (AuNR) и могут запускать гибель желаемых клеток, поглощая ROS, тем самым защищая здоровые, необработанные клетки от косвенной гибели, вызванной производством ROS [87]. P>

Выводы и перспективы

НЧ, обладающие уникальными физико-химическими свойствами (например, сверхмалым размером, большим отношением площади поверхности к массе и высокой реакционной способностью), делают их очень востребованными в различных применениях. Спроектированные ЯЭ для коммерческих целей быстро увеличиваются. По этой причине биобезопасность НЧ привлекла больше внимания общественности. В этом обзоре мы суммировали механизмы и ответственные за образование АФК с помощью НЧ на клеточном уровне, а также недавние достижения в области токсичности НЧ, связанных с АФК, в биомедицинской области и выделили новую область дружественных для клеток НЧ. Генерация АФК, индуцированная НЧ, связана с их размером, морфологией, площадью поверхности и компонентом. Кроме того, АФК обладает био-многофункциональностью в клеточной биологии и биомедицине, а также является ключевым медиатором клеточной передачи сигналов, включая апоптоз, жизнеспособность и дифференцировку клеток.

Однако для повышения биобезопасности НЧ и ускорения их использования в биомедицинской сфере необходимо преодолеть некоторые узкие места, и еще предстоит проделать большую работу. Во-первых, ожидается, что высокопроизводительные методы (HTM) предназначены для эффективного обнаружения биотоксичности НЧ in vitro и in vivo. HTM может сэкономить время и ресурсы, объединить несколько параметров в одной системе и минимизировать методологические или систематические ошибки. Это также предложит глубокое понимание взаимосвязи между свойствами NP и реакциями клеток, что может помочь нам определить оптимальное состояние.

Во-вторых, молекулярные и клеточные механизмы, связанные с биотоксичностью NP-индуцированных АФК, все еще неясны. Существует потребность в дальнейшем изучении механизмов, связанных с образованием АФК с помощью НЧ, что дало бы больше информации для изменения химико-физических свойств НЧ для управления генерацией АФК. Это могло бы помочь исследователям разработать новые стратегии по снижению опасности созданных НЧ для ускорения их клинического и коммерческого применения в биомедицинской сфере.

Наконец, благодаря своим структурным характеристикам, НЧ могут беспрепятственно проникать в организм несколькими путями, и накопление НЧ в организме может вызывать воспаление и иммунные ответы, которые приводят к повреждению или гибели клеток, дисфункции органов и, в конечном итоге, стимулируют возникновение многочисленные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, Паркинсона, воспаление печени и дизэмбриоплазия. Эти проблемы стали более актуальными с повсеместным использованием ЯЭ.

Доступность данных и материалов

Все данные, полученные или проанализированные в ходе этого исследования, включены в эту опубликованную статью [и файлы с дополнительной информацией к ней].

Сокращения

• OH:

Гидроксильный радикал

2-oxoA:

1,2-дигидро-2-оксоаденин

8-oxoG:

8-оксо-7,8 дигидрогуанин

Ag NPs:

Наночастицы серебра

AP-1:

Белок-активатор фактора транскрипции

ATP:

Аденозинтрифосфат

AuNR:

Золотые наностержни

CFDNP:

Наночастицы горения и трения

DC:

Дендритные клетки

D-NP:

Металлические наночастицы, имитирующие дневной цветок

EGF:

Фактор эпидермального роста

ER:

Эндоплазматический ретикулум

ETC:

Митохондриальная электронная транспортная цепь

Fe ₃ О ₄ -PEG-G5-MMP2 @ Ce6:

Fe ₃ О ₄ -полиэтиленгликоль-полиамид-аминная матричная металлопротеиназа2 @ хлорин е6

H ₂ О ₂ :

Перекись водорода

НЧ HS-Fe-PEG-HER2:

Полые наночастицы рецептора 2 фактора роста эпидермиса человека кремнезем-Fe-полиэтиленгликоль

LDH:

Лактатдегидрогеназа

MMP:

Потенциалы митохондриальной мембраны

MPA-NP:

МНЧ, покрытые меркаптопропионовой кислотой

NADP ⁺ / НАДФН:

Никотинамидадениндинуклеотидфосфат окисленный / восстановленный

NF-κB:

Ядерный фактор-κB

N-NP:

Металлические наночастицы, имитирующие ночные цветы

НП:

Наночастицы

O ^2- :

Реактивный супероксид-анион-радикал

НП pDNA-PEI-CeO:

пДНК-полиэтиленимин наночастицы CeO

PtAuNR:

AuNR с Pt-покрытием

PVP:

Поливинилпирролидон

ROS:

Активные формы кислорода

SiO ₂ -MNPs:

МНЧ с аминированным кремнеземом

тРНК:

Передача РНК