Зависимая от размера цитотоксичность наночастиц серебра в клетках лёгких человека: роль поглощения клетками, агломерации и высвобождения серебра

Введение: Наночастицы серебра (AgNPs) — одни из наиболее широко производимых наноматериалов. Их токсичность изучалась во многих работах, однако результаты существенно различаются, а характеристики частиц часто описаны недостаточно. Цель исследования — оценить зависимость токсичности AgNPs от размера и покрытия после воздействия на клетки лёгких человека, а также изучить механизмы токсического действия.

Методы: На клетки BEAS-2B воздействовали покрытыми цитратом AgNPs разных размеров (10, 40 и 75 нм), а также AgNPs размером 10 нм с покрытием из поливинилпирролидона (PVP) и непокрытыми AgNPs размером 50 нм. Агломерацию частиц в культуральной среде изучали методом фотонной кросс-корреляционной спектроскопии (PCCS); жизнеспособность клеток оценивали по активности лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и с помощью теста Alamar Blue; образование активных форм кислорода (АФК) — с помощью DCFH-DA; генотоксичность — щелочным ДНК-кометным тестом и по образованию фокусов γH2AX. Поглощение частиц клетками и их внутриклеточную локализацию исследовали методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), а клеточную дозу и высвобождение серебра — методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС).

Результаты: Цитотоксичность наблюдалась только у частиц размером 10 нм, независимо от покрытия. При этом через 24 ч все исследованные AgNPs повышали общий уровень повреждения ДНК по результатам кометного теста, что указывает на различие механизмов цитотоксичности и повреждения ДНК. Образования фокусов γH2AX и усиления продукции внутриклеточных АФК не выявлено. Чтобы выяснить причины более высокой токсичности частиц размером 10 нм, исследовали агломерацию частиц в культуральной среде, их поглощение клетками и внутриклеточную локализацию, а также высвобождение серебра. Несмотря на различия в характере агломерации, заметных различий в поглощении клетками и внутриклеточной локализации покрытых цитратом и PVP AgNPs не обнаружено. Однако через 24 ч в культуральной среде частицы размером 10 нм высвобождали значительно больше серебра, чем все остальные AgNPs (около 24 мас.% против 4–7 мас.%). Высвободившаяся в культуральную среду фракция не вызывала цитотоксичности, что указывает на внутриклеточное высвобождение серебра как причину токсического эффекта.

Выводы: Частицы серебра малого размера (10 нм) цитотоксичны для клеток лёгких человека; наблюдаемая токсичность связана со скоростью внутриклеточного высвобождения серебра — эффектом «троянского коня».