Junior Research Associate, Laboratory of Molecular Immunology
младший научный сотрудник лаборатории молекулярной иммунологии
Engineer, Laboratory of Cellular Immunology and Nanobiotechnology
инженер лаборатории клеточной иммунологии и нанобиотехнологии, Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук
PhD, MD (Biology), Leading Research Associate, Laboratory of Cellular Immunology and Nanobiotechnology, Professor, Department of Microbiology and Immunology
доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории клеточной иммунологии и нанобиотехнологии, профессор кафедры микробиологии и иммунологии биологического факультета
Graphene and its derivatives are materials with unique physicochemical properties. A detailed study of these materials allows to consider them prospective biomedical agents for targeted drug and gene delivery, photothermal therapy of cancer, bioimaging, etc. However, this requires a comprehensive studies of their effects on the body tissues, including cells of the immune system.
The aim of our research was to stydy the effects of nanoparticles based on pegylated graphene oxide (GO) upon apoptosis of T lymphocytes derived from blood of healthy donors and Jurkat 5332 cell line. Comparison of these cells will extend our knowledge of the effects of nanomaterials on the cells, and to respond the question, what results obtained with continuous cell lines are valid for normal non-malignant cells. In this work, we used GO nanoparticles (100-200 nm, 1-5 ìm) coated with linear (LP-GO) and branched (BP-GO) polyethylene glycol (PEG). The cells were cultured for 24 hours at 37 °C and 5% CO2 with nanoparticles at concentrations of 5 and 25 ìg/mL. Viability and early and late apoptosis of incubated Jurkat cells and CD3+ cells from healthy donors were assessed by flow cytometry. It was found that the small nanoparticles coated with linear PEG at high concentrations (25 ìg/mL) could significantly reduce the number of live cells and increase the number of cells in late apoptosis. At the same time, large nanoparticles coated with branched PEG at high concentrations (25 ìg/mL) increased the percentage of T cells in early apoptosis.
Meanwhile, the GO nanoparticles at both concentrations did not affect the viability and apoptosis of Jurkat cells, regardless of the size, concentration, and type of surface function of the particles.
The obtained results suggest that GO nanoparticles exert different effects upon normal and malignant lymphocytes of T lineage. One may assume that these discrepancies could be explained by greater resistance of tumor cells compared to normal T cells. These findings suggests that studies of nanomaterials upon living cells should not be limited to experiments on cell lines, since their properties may significantly differ from those of non-malignant cells.
Графен и его производные – материалы с уникальными физико-химическими свойствами, углубленное изучение которых позволяет рассматривать их в качестве перспективных биомедицинских агентов для адресной доставки лекарств и генов, фототермической терапии раковых заболеваний, биовизуализации и пр. Однако для этого требуется комплексное изучение влияния наноматериалов на организм, в том числе на клетки иммунной системы.
Цель нашего исследования – изучение влияния пегилированных наночастиц оксида графена (ОГ) на апоптоз Т-лимфоцитов из крови здоровых доноров, а также клеток иммортализированной Т-клеточной линии Jurkat 5332. Сравнение полученных данных позволит углубить наше понимание биосовместимости наноматериалов, а также ответит на вопрос, насколько результаты, полученные с использованием клеточных линий, справедливы для аналогичных клеток здорового организма.
В работе мы использовали наночастицы ОГ разных размеров (100-200 нм, 1-5 мкм), функционализированные линейным и разветвленным полиэтиленгликолем (ПЭГ). Клетки культивировали в течение суток при 37 °С и 5% СО2 с наночастицами в концентрациях 5 и 25 мкг/мл, после чего оценивали жизнеспособность, а также ранний и поздний апоптоз клеток линии Jurkat и CD3+ клеток здоровых доноров методом проточной цитометрии.
При изучении влияния наночастиц ОГ на Т-клетки здоровых доноров было установлено, что наночастицы малой размерности, покрытые линейным ПЭГ, в высокой концентрации (25 мкг/мл) способны достоверно понижать число живых клеток, а также увеличивать число клеток в состоянии позднего апоптоза. В то же время наночастицы большой размерности, покрытые разветвленным ПЭГ, в высокой концентрации (25 мкг/мл), увеличивали число Т-клеток, находящихся в раннем апоптозе.
Установлено, что наночастицы ОГ в исследуемых концентрациях не оказывали влияния на жизнеспособность, а также показатели апоптоза клеток линии Jurkat вне зависимости от размеров, концентрации и типа поверхностной функционализации частиц.
Полученные данные свидетельствуют о том, что наночастицы ОГ оказывают различные эффекты на здоровые и раковые Т-лимфоциты. Можно предположить, что подобные несоответствия могут быть объяснены большей устойчивостью опухолевых клеток в сравнении со здоровыми. Из этого можно сделать вывод о том, что при изучении воздействия наноматериалов на клетки нельзя ограничиваться экспериментами на клеточных линиях, так как их характеристики могут значительно отличаться от таковых у здоровых клеток.