Un ricercatore presso la Facoltà di Chimica, MSU, Vladimir Bochenkov, insieme ai suoi colleghi dalla Danimarca, hanno stabilito il meccanismo di interazione delle nanoparticelle d'argento con le cellule del sistema immunitario. Lo studio è pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

"Attualmente, un gran numero di prodotti contiene nanoparticelle d'argento:farmaci antibatterici, dentifricio, lucidi, vernici, filtri, confezione, articoli medici e tessili. Il funzionamento di questi prodotti risiede nella capacità dell'argento di dissolversi per ossidazione e formare ioni Ag+ con proprietà germicide. Allo stesso tempo, ci sono dati di ricerca in vitro che mostrano la tossicità delle nanoparticelle d'argento per vari organi, compreso il fegato, cervello e polmoni. A questo proposito, è essenziale studiare i processi che si verificano con le nanoparticelle d'argento in ambienti biologici, e i fattori che influenzano la loro tossicità, "dice Vladimir Bochenkov.

Lo studio è dedicato alla corona proteica, uno strato di molecole proteiche adsorbite che si forma sulla superficie delle nanoparticelle d'argento durante il loro contatto con l'ambiente biologico, Per esempio, nel sangue. Questa corona proteica maschera le nanoparticelle e determina in gran parte il loro destino, compresa la velocità di eliminazione dal corpo, la capacità di penetrare in un particolare tipo di cellula, la distribuzione tra gli organi, eccetera.

Secondo le ultime ricerche, la corona proteica è costituita da due strati:una corona rigida e dura costituita da molecole proteiche strettamente legate con nanoparticelle d'argento; e una morbida corona, costituito da molecole proteiche debolmente legate in equilibrio dinamico con la soluzione. Fino ad ora, la corona morbida è stata studiata molto poco a causa di difficoltà sperimentali:le nanoparticelle debolmente legate che sono state separate dalla soluzione proteica si sono facilmente desorbite, lasciando solo la corona rigida sulla superficie delle nanoparticelle.

La dimensione delle nanoparticelle d'argento studiate era compresa tra 50 e 88 nm, e il diametro delle proteine ​​che componevano la corona era compreso tra tre e sette nm. Gli scienziati sono riusciti a studiare le nanoparticelle d'argento con la corona proteica in situ, senza rimuoverli dall'ambiente biologico. A causa della risonanza plasmonica superficiale localizzata utilizzata per sondare l'ambiente vicino alla superficie delle nanoparticelle d'argento, le funzioni della corona molle sono state principalmente studiate.

"Nel lavoro, abbiamo dimostrato che la corona può influenzare la capacità delle nanoparticelle di dissolversi in cationi d'argento Ag+, che determinano l'effetto tossico. In assenza di una corona morbida (condividendo rapidamente lo strato proteico medio con l'ambiente), i cationi d'argento sono associati agli amminoacidi contenenti zolfo nel siero, in particolare cisteina e metionina, e precipitano come nanocristalli Ag2S nella corona dura, "dice Vladimir Bochenkov.

Ag2S (solfuro d'argento) notoriamente si forma facilmente sulla superficie d'argento anche nell'aria in presenza di tracce di idrogeno solforato. Lo zolfo fa anche parte di molte biomolecole contenute nel corpo, provocando l'argento a reagire ed essere convertito in solfuro. La formazione di nanocristalli Ag2S a causa della bassa solubilità riduce la biodisponibilità degli ioni Ag+, riducendo a zero la tossicità delle nanoparticelle d'argento. Con una quantità sufficiente delle fonti di zolfo di aminoacidi disponibili per la reazione, tutto l'argento potenzialmente tossico viene convertito nel solfuro insolubile non tossico. Questo è ciò che accade in assenza di una corona morbida.

In presenza di una corona morbida, i nanocristalli di solfuro d'argento Ag2S si formano in quantità minori o non si formano affatto. Gli scienziati attribuiscono questo al fatto che le molecole proteiche debolmente legate trasferiscono gli ioni Ag+ dalle nanoparticelle alla soluzione, lasciando così il solfuro non cristallizzato. Così, le proteine ​​soft corona sono veicoli per gli ioni d'argento.

Questo effetto, gli scienziati credono, dovrebbe essere preso in considerazione quando si analizza la stabilità delle nanoparticelle d'argento in un ambiente proteico, e nell'interpretazione dei risultati degli studi di tossicità. Gli studi sulla vitalità cellulare del sistema immunitario (macrofagi della linea murina J774) hanno confermato la riduzione della tossicità cellulare delle nanoparticelle d'argento alla solforazione (in assenza di una corona morbida).

La sfida di Vladimir Bochenkov era simulare gli spettri di risonanza plasmonica dei sistemi coinvolti e creare il modello teorico che consentisse la determinazione quantitativa del contenuto di solfuro d'argento in situ attorno alle nanoparticelle, in seguito al cambiamento delle bande di assorbimento negli spettri sperimentali. Poiché la frequenza della risonanza plasmonica è sensibile a una variazione della costante dielettrica vicino alla superficie della nanoparticella, i cambiamenti negli spettri di assorbimento contengono informazioni sulla quantità di solfuro d'argento formato.

Conoscenza dei meccanismi di formazione e dinamica del comportamento della corona proteica, e le informazioni sulla sua composizione e struttura sono estremamente importanti per comprendere la tossicità ei rischi delle nanoparticelle per il corpo umano. La formazione della corona proteica potrebbe essere utilizzata per fornire farmaci nel corpo, anche per la cura del cancro.