Использование метода спиновых зондов для оценки цитотоксичности углеродных нанотрубок
Для вивчення механiзмiв цитотоксичностi вуглецевих нанотрубок (ВНТ) застосовано модификацiї методу спiнових зондiв. Показано, що пошкодження мембран еритроцитiв пiд дiєю ВНТ розвивається у часi, зокрема, при введеннi суспензiї ВНТ (200 мкг/мл) через 2 доби експозицiї зразкiв (6 °C) кiлькiсть пошкодж...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17266 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Использование метода спиновых зондов для оценки цитотоксичности углеродных нанотрубок / Н.Т. Картель, В.И. Грищенко, В.П. Черных, Л.В. Иванов, О. A. Нардид, Ю.И. Семенцов, Г.П. Приходько, С.Н. Коваленко, Ю.И. Губин, С.В. Репина// Доп. НАН України. — 2009. — № 8. — С. 127-133. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17266 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Картель, Н.Т. Грищенко, В.И. Черных, В.П. Иванов, Л.В. Нардид, О.A. Семенцов, Ю.И. Приходько, Г.П. Коваленко, С.Н. Губин, Ю.И. Репина, С.В. 2011-02-24T19:47:34Z 2011-02-24T19:47:34Z 2009 Использование метода спиновых зондов для оценки цитотоксичности углеродных нанотрубок / Н.Т. Картель, В.И. Грищенко, В.П. Черных, Л.В. Иванов, О. A. Нардид, Ю.И. Семенцов, Г.П. Приходько, С.Н. Коваленко, Ю.И. Губин, С.В. Репина// Доп. НАН України. — 2009. — № 8. — С. 127-133. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17266 544.785;576.38;615.9 Для вивчення механiзмiв цитотоксичностi вуглецевих нанотрубок (ВНТ) застосовано модификацiї методу спiнових зондiв. Показано, що пошкодження мембран еритроцитiв пiд дiєю ВНТ розвивається у часi, зокрема, при введеннi суспензiї ВНТ (200 мкг/мл) через 2 доби експозицiї зразкiв (6 °C) кiлькiсть пошкоджених еритроцитiв становила 25%. Експозицiя гомогенату печiнки з ВНТ протягом 4 год при 0 °C призводить до значного зниження мiтохондрiальної активностi (iнгiбуванню ланцюга передачi електронiв у мiтохондрiях). Отриманi данi показують, що цитотоксичнiсть, обумовлена дiєю ВНТ, пов’язана не тiльки зi змiною мембранних структур клiтин, а й з впливом на їхнi функцiональнi властивостi. To study the mechanisms of cytotoxicity of carbon nanotubes (CNT), we have applied the modified method of spin labels. It is shown that the damage of erythrocytes membranes under the influence of CNT develops in time. In particular, under the introduction of a CNT suspension at a concentration from 10 to 200 mkg/ml during 2 days at a temperature of 6 °C, the amount of damaged erythrocytes was 25%. The exposition of liver homogenate with CNT for 4 h at a temperature of 0 °C leads to a considerable decrease of the mitochondrial activity (to the inhibition of a chain of transfer of electrons in mitochondria). The obtained data show that the cytotoxicity caused by the action of CNT is connected not only with a change of membrane structures of cells, but also influence their functional properties. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Хімія Использование метода спиновых зондов для оценки цитотоксичности углеродных нанотрубок Application of the spin label method to estimate cytotoxicity of carbon nanotubes Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Использование метода спиновых зондов для оценки цитотоксичности углеродных нанотрубок |
| spellingShingle |
Использование метода спиновых зондов для оценки цитотоксичности углеродных нанотрубок Картель, Н.Т. Грищенко, В.И. Черных, В.П. Иванов, Л.В. Нардид, О.A. Семенцов, Ю.И. Приходько, Г.П. Коваленко, С.Н. Губин, Ю.И. Репина, С.В. Хімія |
| title_short |
Использование метода спиновых зондов для оценки цитотоксичности углеродных нанотрубок |
| title_full |
Использование метода спиновых зондов для оценки цитотоксичности углеродных нанотрубок |
| title_fullStr |
Использование метода спиновых зондов для оценки цитотоксичности углеродных нанотрубок |
| title_full_unstemmed |
Использование метода спиновых зондов для оценки цитотоксичности углеродных нанотрубок |
| title_sort |
использование метода спиновых зондов для оценки цитотоксичности углеродных нанотрубок |
| author |
Картель, Н.Т. Грищенко, В.И. Черных, В.П. Иванов, Л.В. Нардид, О.A. Семенцов, Ю.И. Приходько, Г.П. Коваленко, С.Н. Губин, Ю.И. Репина, С.В. |
| author_facet |
Картель, Н.Т. Грищенко, В.И. Черных, В.П. Иванов, Л.В. Нардид, О.A. Семенцов, Ю.И. Приходько, Г.П. Коваленко, С.Н. Губин, Ю.И. Репина, С.В. |
| topic |
Хімія |
| topic_facet |
Хімія |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Application of the spin label method to estimate cytotoxicity of carbon nanotubes |
| description |
Для вивчення механiзмiв цитотоксичностi вуглецевих нанотрубок (ВНТ) застосовано модификацiї методу спiнових зондiв. Показано, що пошкодження мембран еритроцитiв пiд дiєю ВНТ розвивається у часi, зокрема, при введеннi суспензiї ВНТ (200 мкг/мл) через 2 доби експозицiї зразкiв (6 °C) кiлькiсть пошкоджених еритроцитiв становила 25%. Експозицiя гомогенату печiнки з ВНТ протягом 4 год при 0 °C призводить до значного зниження мiтохондрiальної активностi (iнгiбуванню ланцюга передачi електронiв у мiтохондрiях). Отриманi данi показують, що цитотоксичнiсть, обумовлена дiєю ВНТ, пов’язана не тiльки зi змiною мембранних структур клiтин, а й з впливом на їхнi функцiональнi властивостi.
To study the mechanisms of cytotoxicity of carbon nanotubes (CNT), we have applied the modified method of spin labels. It is shown that the damage of erythrocytes membranes under the influence of CNT develops in time. In particular, under the introduction of a CNT suspension at a concentration from 10 to 200 mkg/ml during 2 days at a temperature of 6 °C, the amount of damaged erythrocytes was 25%. The exposition of liver homogenate with CNT for 4 h at a temperature of 0 °C leads to a considerable decrease of the mitochondrial activity (to the inhibition of a chain of transfer of electrons in mitochondria). The obtained data show that the cytotoxicity caused by the action of CNT is connected not only with a change of membrane structures of cells, but also influence their functional properties.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17266 |
| citation_txt |
Использование метода спиновых зондов для оценки цитотоксичности углеродных нанотрубок / Н.Т. Картель, В.И. Грищенко, В.П. Черных, Л.В. Иванов, О. A. Нардид, Ю.И. Семенцов, Г.П. Приходько, С.Н. Коваленко, Ю.И. Губин, С.В. Репина// Доп. НАН України. — 2009. — № 8. — С. 127-133. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kartelʹnt ispolʹzovaniemetodaspinovyhzondovdlâocenkicitotoksičnostiuglerodnyhnanotrubok AT griŝenkovi ispolʹzovaniemetodaspinovyhzondovdlâocenkicitotoksičnostiuglerodnyhnanotrubok AT černyhvp ispolʹzovaniemetodaspinovyhzondovdlâocenkicitotoksičnostiuglerodnyhnanotrubok AT ivanovlv ispolʹzovaniemetodaspinovyhzondovdlâocenkicitotoksičnostiuglerodnyhnanotrubok AT nardidoa ispolʹzovaniemetodaspinovyhzondovdlâocenkicitotoksičnostiuglerodnyhnanotrubok AT semencovûi ispolʹzovaniemetodaspinovyhzondovdlâocenkicitotoksičnostiuglerodnyhnanotrubok AT prihodʹkogp ispolʹzovaniemetodaspinovyhzondovdlâocenkicitotoksičnostiuglerodnyhnanotrubok AT kovalenkosn ispolʹzovaniemetodaspinovyhzondovdlâocenkicitotoksičnostiuglerodnyhnanotrubok AT gubinûi ispolʹzovaniemetodaspinovyhzondovdlâocenkicitotoksičnostiuglerodnyhnanotrubok AT repinasv ispolʹzovaniemetodaspinovyhzondovdlâocenkicitotoksičnostiuglerodnyhnanotrubok AT kartelʹnt applicationofthespinlabelmethodtoestimatecytotoxicityofcarbonnanotubes AT griŝenkovi applicationofthespinlabelmethodtoestimatecytotoxicityofcarbonnanotubes AT černyhvp applicationofthespinlabelmethodtoestimatecytotoxicityofcarbonnanotubes AT ivanovlv applicationofthespinlabelmethodtoestimatecytotoxicityofcarbonnanotubes AT nardidoa applicationofthespinlabelmethodtoestimatecytotoxicityofcarbonnanotubes AT semencovûi applicationofthespinlabelmethodtoestimatecytotoxicityofcarbonnanotubes AT prihodʹkogp applicationofthespinlabelmethodtoestimatecytotoxicityofcarbonnanotubes AT kovalenkosn applicationofthespinlabelmethodtoestimatecytotoxicityofcarbonnanotubes AT gubinûi applicationofthespinlabelmethodtoestimatecytotoxicityofcarbonnanotubes AT repinasv applicationofthespinlabelmethodtoestimatecytotoxicityofcarbonnanotubes |
| first_indexed |
2025-11-27T00:48:16Z |
| last_indexed |
2025-11-27T00:48:16Z |
| _version_ |
1850789383216562176 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
8 • 2009
ХIМIЯ
УДК 544.785;576.38;615.9
© 2009
Член-корреспондент НАН Украины Н.Т. Картель, академик НАН
Украины В.И. Грищенко, член-корреспондент НАН Украины
В.П. Черных, Л. В. Иванов, О. A. Нардид, Ю. И. Семенцов,
Г.П. Приходько, С.Н. Коваленко, Ю. И. Губин, С. В. Репина
Использование метода спиновых зондов для оценки
цитотоксичности углеродных нанотрубок
Для вивчення механiзмiв цитотоксичностi вуглецевих нанотрубок (ВНТ) застосовано
модификацiї методу спiнових зондiв. Показано, що пошкодження мембран еритроцитiв
пiд дiєю ВНТ розвивається у часi, зокрема, при введеннi суспензiї ВНТ (200 мкг/мл)
через 2 доби експозицiї зразкiв (6 ◦C) кiлькiсть пошкоджених еритроцитiв станови-
ла 25%. Експозицiя гомогенату печiнки з ВНТ протягом 4 год при 0 ◦C призводить до
значного зниження мiтохондрiальної активностi (iнгiбуванню ланцюга передачi елект-
ронiв у мiтохондрiях). Отриманi данi показують, що цитотоксичнiсть, обумовлена
дiєю ВНТ, пов’язана не тiльки зi змiною мембранних структур клiтин, а й з впливом
на їхнi функцiональнi властивостi.
Со времени открытия углеродных нанотрубок (УНТ) в 1991 г. С. Иидзимой [1] (фактичес-
ки повторно за Л.В. Радушкевичем, В.М. Лукьяновичем, 1952) вопрос об их токсичности
остается одним из ключевых. В связи с этим с 2001 г. начаты систематические и масштаб-
ные исследования токсичности и биосовместимости УНТ, различающихся происхождением,
структурой и чистотой, с различными биологическими объектами в экспериментах in vit-
ro и in vivo [2–6]. Полученные к настоящему времени данные не дают четкой картины об
уровне безвредности и безопасности таких наноматериалов для живого организма.
В частности, до сих пор неясен вклад в токсичность нанотрубок механического повреж-
дения ими мембран клеток, а также более тонкого эффекта влияния УНТ на биохимиче-
ские процессы в субклеточных органеллах — митохондриях и ядре. Если факт влияния
нанотрубок на ДНК и ядро клеток не раз экспериментально доказан [7, 8], то в отноше-
нии митохондрий, находящихся внутри клеток, данных о влиянии УНТ на их активность
в настоящее время нет.
Для изучения механизмов токсичности УНТ на молекулярном и мембранном уровнях
нами предложен метод спиновых зондов, который успешно используется в молекулярной
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №8 127
биологии и фармакологии [9]. Этот метод позволяет изучать непрозрачные растворы и вяз-
кие взвеси биообъектов, суспензии клеток, образцы биологических тканей кожи, печени,
почки, мышечной и нервной ткани.
В настоящем сообщении описаны с помощью спиновых зондов механизмы цитотокси-
чности углеродных нанотрубок. Для этого прослеживали целостность мембран эритроци-
тов крови человека и митохондриальную активность гомогената печени крыс в присутствии
суспензий УНТ. Исследовано непосредственное взаимодействие (образование супрамолеку-
лярных комплексов) УНТ с гидрофильным и липофильным зондами, рассматриваемых
в качестве парамагнитных моделей лекарственных веществ.
В работе использовали высокочистые многостенные УНТ, полученные на пилотной
установке, разработанной Институтом химии поверхности им. А.А. Чуйко НАН Украины
и ООО “ТМСпецмаш” (Киев), путем каталитического пиролиза непредельных углеводоро-
дов [10]. Внутренний диаметр нанотрубок равен 1–2 нм, внешний 10–40 нм, зольность —
менее 0,4%, содержание нанотрубок — более 95%.
Эритроциты крови человека получали из эритромассы, отмытой от плазмы и стабилизи-
рующего раствора центрифугированием в физиологическом растворе (pH 7,2). Гомогенат
печени крыс готовили по методике [11].
В качестве парамагнитных зондов использовали водорастворимый иминоксильный ра-
дикал: 2,2,6,6-тетраметил-4-оксо-пиперидин-1-оксил (1) и липофильный иминоксильный ра-
дикал 2,2,6,6-тетраметил-4-оксо-пиперидин-1-цианурхлорид (2).
Для получения стабильной суспензии УНТ ее обрабатывали ультразвуком, заморажи-
вали и после размораживания центрифугировали при скорости 10000 об/мин. В экспери-
ментах использовали надосадочную жидкость. В каждом опыте готовили два образца су-
спензии эритроцитов по 0,9 мл. Один образец (контроль для учета старения клеток при
экспозиции) выдерживали в течение необходимого времени экспозиции и необходимой тем-
пературы без УНТ, а другой (опытный) — в контакте с суспензией УНТ. Через различное
время выдержки к образцам добавляли по 0,1 мл стандартного раствора спинового зон-
да и уширителя (феррицианида калия), а затем регистрировали спектры ЭПР с помощью
радиоспектрометра (Bruker ER 100 D, Германия). Аналогичный опыт проводили со взве-
сью гепатоцитов. Контакт эритроцитов с УНТ осуществляли в течение 2 сут при 6 ◦С,
а гомогената печени — в течение 4 ч при 0 ◦С.
Ранее для изучения целостности изолированных клеток и клеток образцов тканей был
предложен количественный экспресс-метод, в котором в суспензию клеток вводят парама-
гнитный зонд (1), быстро проникающий внутрь клеток. Далее вводят уширитель спектров
ЭПР — феррицианид калия, который в норме не проникает внутрь клеток, зато уширяет
до нуля линии сверхтонкой структуры спектра ЭПР зонда, находящегося во внеклеточной
среде [12]. Интенсивность спектра ЭПР от зонда, находящегося внутри клеток, пропор-
циональна количеству целых клеток в суспензии. Ошибка метода в определении неповре-
жденных клеток не превышает 3%. Этот способ можно реализовать в ином плане: вначале
получить раствор зонда с уширителем (нулевая линия), добавить взвесь клеток, получив
спектр ЭПР (триплет) от зондов, проникших внутрь клеток, затем изучить целостность
клеток. Появление триплета в этом случае показывает, что внутриклеточная среда недо-
ступна для уширителя.
В работе авторов настоящего сообщения был использован данный способ для оценки
влияния УНТ на целостность мембран эритроцитов. При этом мы приняли к сведению
результаты многочисленных исследований [2–6], в которых порог токсических эффектов,
128 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №8
Рис. 1. Спектры ЭПР спинового зонда в цитозоле эритроцитов донорской крови после инкубации 2 сут при
6 ◦С с УНТ различной концентрации: 1 — контроль; 2 — 10 мкг/мл; 3 — 200 мкг/мл
вызываемых суспензиями УНТ, может наблюдаться при концентрации порядка 10 мкг/мл
для клеток.
Нами было показано, что добавление суспензий УНТ с концентрациями 10, 50, 100
и 200 мкг/мл к суспензии эритроцитов после десятиминутной экспозиции не приводило
к каким-либо изменениям в спектрах ЭПР, что свидетельствовало о сохранении целостно-
сти эритроцитов во всех опытах. Лишь после 45 мин в опыте, где использовалась суспе-
зия УНТ в концентрации 200 мкг/мл, интенсивность сигнала ЭПР снизилась на 12–15%,
что свидетельствовало о появлении нарушений мембран у значительной части эритроци-
тов. Через 2 сут количество поврежденных эритроцитов достигало более 25% (рис. 1).
Это свидетельствует о том, что эффект повреждения мембран эритроцитов под действием
УНТ является процессом, развивающимся во времени. Полученный результат согласуется
с выводами работ [2–6]: процесс разрушения различных клеток получает свое развитие в пе-
риод от нескольких часов до нескольких суток. Оказалось, что и меньшие концентрации
УНТ оказывают повреждающее действие на эритроциты. Так, через 2 сут суспензии УНТ
с концентрациями 10, 50 и 100 мкг/мл разрушили соответственно 4, 10 и 16% эритроцитов
(рис. 2).
Таким образом, процесс нарушения целостности мембран эритроцитов имеет пороговый
характер и начинается при концентрации УНТ порядка 10 мкг/мл, но для реализации этого
эффекта требуется достаточно длительное время контакта.
Мы предположили, что затяжной характер эффекта разрушения эритроцитов может
быть объяснен рядом факторов. Это, прежде всего, большие размеры нанотрубок и по-
верхность контакта между мембранами клеток и нанотрубками, а также их липофиль-
ность. Последняя из-за гидрофильности поверхности мембран, имеющих полярные голов-
ки фосфолипидов и гликокаликс (полисахариды со связанной водой), мешает нанотрубкам
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №8 129
Рис. 2. Влияние инкубации эритроцитов донорской крови с УНТ различной концентрации на интенсивность
центрального компонента спектра ЭПР парамагнитного зонда (1): 1 — контроль; 2 — 10 мкг/мл; 3 —
50 мкг/мл; 4 — 100 мкг/мл; 5 — 200 мкг/мл
быстро погрузиться в липидный бислой мембраны и осуществить трансмембранную диф-
фузию внутрь клеток.
Современные бифокальные и просвечивающие микроскопы не позволяют непосредствен-
но наблюдать повреждения и разрывы в мембранах порядка 0,5–1,0 нм, по-видимому, тогда
как метод спиновых зондов быстро и адекватно фиксирует появление дефектов клеточных
мембран независимо от непрозрачности изучаемых образцов.
Следует, по-видимому, учитывать и способность УНТ проявлять полупроводниковые
и металлические свойства в зависимости от строения и внешних условий [13]. Поэтому мы
предположили, что нанотрубки могут существенно повлиять на биохимические процессы,
протекающие в митохондриях, нейронах, кардиомиоцитах и связанные с переносом заря-
дов. В связи с этим мы использовали модификацию метода спиновых зондов, в котором
по скорости восстановления водорастворимого зонда (1), введенного в суспензию клеток,
имеющих митохондрии (гепатоциты), можно судить об активности цепи переноса электро-
нов (дыхательная цепь митохондрий), не разрушая клетки гепатоцитов [14]. Восстановле-
ние зонда (1) до непарамагнитного гидроксиламина осуществляется сильным антиоксидан-
том — коэнзимом Q10 дыхательной цепи митохондрий. При этом интенсивность спектра
ЭПР экспоненциально снижается во времени. Логарифмируя такие кривые, получаем пря-
мые, тангенс угла наклона которых к оси абсцисс пропорционален скорости восстановления
зонда и, следовательно, митохондриальной активности клеток гепатоцитов.
На рис. 3 представлены данные о влиянии суспензии УНТ с концентрацией 200 мкг/мл
на скорость восстановления спинового зонда (1) в суспензии гепатоцитов (митохондриаль-
ная активность). Скорость восстановления зонда оценивали по скорости падения интенсив-
ности линий спектра ЭПР зонда, находящегося в суспензии гепатоцитов. Из рисунка видно,
что присутствие УНТ в суспензии гепатоцитов после четырехчасовой экпозиции приводит
к ингибированию цепи переноса электронов в митохондриях в несколько раз (т. е. к суще-
ственному снижению митохондриальной активности клеток). Следовательно, для гепато-
цитов механизм токсичности нанотрубок состоит не только в преодолении и разрушении
цитоплазматической мембраны, но и в последующим за этим ингибировании дыхательной
цепи митохондрий гепатоцитов.
130 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №8
Рис. 3. Восстановление спинового зонда в гомогенате печени после четырехчасовой инкубации: 1 — конт-
роль; 2 — с 200 мкг/мл УНТ
Предложенный метод исследования цитотоксичности УНТ является уникальной воз-
можностью получать важнейшую информацию в отношении активности митохондрий без
разрушения клеток, а также в отношении влияния проводящих нанотрубок на электро-
химические процессы внутри клетки. Возможно, в механизме ингибирования лежат меха-
нические повреждения митохондрий как субклеточных структур, а, взаимодействие про-
водящих нанотрубок с митохондриями (параллельное соединение проводников) приводит
к частичному перераспределению и утечке электронов дыхательной цепи на нанотрубки,
что приводит к уменьшению потока электронов в митохондриях и снижению скорости
восстановления нитроксильного радикала (зонда). Нельзя также исключить и то, что на-
нотрубки могут обусловить повреждение митохондрий посредством генерации активных
форм кислорода [7], либо образованием газовых кислородных электродов и микрогальва-
нических пар, приводящих к электрохимическому повреждению (своеобразной “коррозии”)
митохондрий.
Нами изучено также взаимодействие УНТ со спиновыми зондами (1) и (2) как пара-
магнитных моделей лекарственных веществ. Так, добавление суспензии УНТ к водному
раствору зонда (1) не привело к изменениям параметров спектра ЭПР — триплета, что
свидетельствует об отсутствии нековалентного взаимодействия зонда с липофильными на-
нотрубками. Спектры ЭПР липофильного радикала (2) в суспензии УНТ показали расще-
пление низкополевой компоненты h + 1, что обусловило нахождение части зонда в воде,
а другой части — в липофильном окружении. Добавление уширителя привело к исчезно-
вению всего сигнала ЭПР, что говорит о доступности обеих частей зонда (2) для воды
и водных растворов. Мы интерпретируем этот факт как частичное нековалентное взаимо-
действие (налипание липофильного зонда на липофильную нанотрубку с внешней стороны)
радикала и нанотрубки (рис. 4).
Таким образом, фактически впервые был применен метод спиновых зондов для иссле-
дования цитотоксичности наноматериалов (УНТ) и развития нанотехнологий (системы до-
ставки лекарственных веществ, медицинская биотехнология). Преимущества метода свя-
заны с мгновенной оценкой влияния параметров микроокружения зонда (микровязкость,
полярность, микрорельеф поверхности, редокс-потенциал) на параметры его спектров ЭПР,
а также с небольшими размерами зондов (в пределах 1 нм), что хорошо вписывается в ди-
апазон размеров исследуемых наноструктур и значительно меньше в диапазон размеров
биологических объектов (белков, клеток, субклеточных структур и др.).
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №8 131
Рис. 4. Спектры ЭПР липофильного зонда (2): 1 — в водном растворе; 2 — смеси зонда и уширителя; 3 —
смеси зонда, уширителя и УНТ; 4 — зонда в суспензии УНТ
Другим важным аспектом эффективности спиновых зондов является то, что метод по-
зволяет работать с очень сложными, оптически непрозрачными биологическими объектами
и судить о состоянии их отдельных структур или фрагментов путем регистрации изменений
параметров микроокружения собственно парамагнитной метки.
Полученные в работе данные показывают, что цитотоксичность УНТ связана не толь-
ко с изменением мембранных структур клеток, но и воздействием на их функциональные
свойства.
1. Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon // Nature. – 1991. – 354. – P. 56–58.
2. Toxicology of Carbon Nanomaterials // Carbon (Special Issue). – 2006. – 44, No 6. – P. 1027–1120.
3. Sinha N., Yeow J. T.-W. Carbon nanotubes for biomedical applications // IEEE Transactions on Nanobi-
oscience. – 2005. – 4, No 2. – P. 180–195.
4. Rey D.A., Batt C.A., Miller J. C. Carbon nanotubes in biomedical applications // Nanotechnology Law
@ Business. – 2006. – 3, No 3. – P. 263–292.
5. Carbon nanotubes for biological and biomedical application / W. Yang, P. Thordarson, J. J. Gooding et
al. // Nanotechnology. – 2007. – No 18. – P. l – 12.
6. Direct imaging of single-walled carbon nanotubes in cells/ Porter A.E., Gass M., Muller K. et al. // Nature
Nanotechnology. – 2007. – 2. – P. 713–717.
7. Lin Zhu, Dong Wook Chang, Liming Dai et al. DNA Damage Induced by Multiwalled Carbon Nanotubes
in Mouse Embryonic Stem Cells // Nano Lett. – 2007. – 7, No 12. – P. 3592–3597.
8. Schipper M.L., Nakayama-Ratchford N., Davis C. R. et al. A pilot toxicology study of single-walled carbon
nanotubes in a small sample of mice // Nature Nanotechnology. – 2008. – 3, No 4. – P. 216–221.
9. Лихтенштейн Г.И. Метод спиновых меток в молекулярной биологии. – Москва: Наука, 1974. –
С. 12–24.
10. Семенцов Ю.И., Мележик А.В., Приходько Г. П и др. Синтез, структура, физико-химические свой-
ства наноуглеродных материалов // Физикохимия наноматериалов и супрамолекулярных структур /
Под ред. А.П. Шпака, П.П. Горбика. – Киев: Наук. думка, 2007. – Т. 2. – С. 116–158.
11. Cherkashina D.V., Semenchenko O.A., Grischuk V. P. et al. Supplementation with fetal-specific factors
ameliorates oxidative liver damage during hypothermic storage and reperfusion in a rat model // Cell
preservation technology. – 2005. – 3, No 3. – P. 201–208.
12. А. с. 1049808 СССР, 1983. – Способ определения степени деструкции клеток / Л.В. Иванов, В.А. Мои-
сеев и др. – Опубл. 23.06.83; Бюл. № 39.
13. Раков Э.Г. Химия и применение углеродных нанотрубок // Успехи химии. – 2001. – 70, № 10. –
С. 934–973.
132 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №8
14. Нардiд О.А. Вiдновлення спiнового зонда в оцiнцi життєздатностi бiологiчних об’єктiв // Фiзика
живого. – 2008. – 16, № 1. – С. 44–49.
Поступило в редакцию 13.01.2009Институт химии поверхности
им. А.А. Чуйко НАН Украины, Киев
Институт проблем криобиологии
и криомедицины НАН Украины, Харьков
Национальный фармацевтический
университет Украины, Харьков
Corresponding Member of the NAS of Ukraine N.T. Kartel, Academician of the NAS
of Ukraine V. I. Grischenko, Corresponding Member of the NAS of Ukraine
V.P. Chernukh, L. V. Ivanov, O.A. Nardid, Yu. I. Sementsov,
G.P. Prikhod’ko, S.N. Kovalenko, Yu. I. Gubin, S.V. Repina
Application of the spin label method to estimate cytotoxicity of carbon
nanotubes
To study the mechanisms of cytotoxicity of carbon nanotubes (CNT), we have applied the modified
method of spin labels. It is shown that the damage of erythrocytes membranes under the influence of
CNT develops in time. In particular, under the introduction of a CNT suspension at a concentration
from 10 to 200 mkg/ml during 2 days at a temperature of 6 ◦C, the amount of damaged erythrocytes
was 25%. The exposition of liver homogenate with CNT for 4 h at a temperature of 0 ◦C leads to
a considerable decrease of the mitochondrial activity (to the inhibition of a chain of transfer of
electrons in mitochondria). The obtained data show that the cytotoxicity caused by the action of
CNT is connected not only with a change of membrane structures of cells, but also influence their
functional properties.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №8 133
|