اثرات سمی نانوذرات بر ماکروفاژها

با توجه به استفاده گسترده از نانوذرات، سم شناسان و دانشمندان به طور یکسان علاقه مند به درک بهتر مشخصات ایمنی آنها هستند. برای مثال، اثرات سمی نانوذرات روی ماکروفاژها، مستلزم مطالعه بیشتر است، زیرا این سلول‌های ایمنی اغلب اولین سلول‌هایی هستند که پس از ورود به بدن با نانوذرات مواجه می‌شوند.

در اخیر علوم زیستی در این مطالعه، محققان تغییرات مولکولی و همچنین مکانیسم‌های زیربنایی آن‌ها را که در ماکروفاژها به دنبال برهمکنش آنها با نانوذرات ایجاد می‌شود، مورد بحث قرار می‌دهند.

مطالعه: بررسی آزمایشگاهی نانوذرات مهاجم به ماکروفاژها: تعامل و مرگ سلولی اعتبار تصویر: Kateryna Kon / Shutterstock.com

زمینه

نانوذرات می توانند هم مهندسی شده باشند و هم ذرات طبیعی که حداقل در یک بعد کوچکتر از 100 نانومتر (nm) هستند. طی چند دهه گذشته، فناوری نانو به سرعت تکامل یافته است، که متعاقباً تقاضا برای نانوذراتی مانند دی اکسید تیتانیوم، اکسید روی (ZnO)، گرافن و نقاط کوانتومی کوچکتر را افزایش داده است. این نانوذرات که در بسیاری از صنایع از جمله پوشاک، مواد غذایی و آرایشی و بهداشتی کاربرد فراوانی دارند، دارای اندازه های کوچک و خواص نوری عالی هستند.

قرار گرفتن در معرض مسیرهای متعدد نتیجه کاربرد گسترده نانوذرات است. نانوذرات می توانند از طریق تماس پوستی، استنشاق یا بلعیدن و همچنین تزریق داخل وریدی وارد بدن انسان شوند. پس از رسوب، نانوذرات می توانند جذب و در سراسر بدن توسط سلول های اپیتلیال، ماکروفاژهای ریوی و انواع مختلف سلول های دیگر توزیع شوند.

هنگامی که نانوذرات وارد بدن می‌شوند، در اندام‌های هدف خود مانند طحال، کبد یا کلیه‌ها تجمع می‌یابند و احتمال توزیع آن در قلب و مغز وجود دارد. مطالعات اخیر شرح داده است درونکشتگاهی سمیت بیشتر نانوذرات، که باعث افزایش فوریت در پرداختن به پروفایل های ایمنی این ذرات شده است.

ماکروفاژها، که به هر دو سیستم فاگوسیتیک ایمنی و تک هسته ای (MPS) تعلق دارند، اعضای ضروری پاسخ ایمنی هستند، زیرا تقریباً 95 درصد از نانوذرات مهاجم را فاگوسیت می کنند. با این حال، ماکروفاژها نسبت به نانوذرات خارجی حساس هستند و در نتیجه تا حدودی در فرآیند آسیب بافت دخالت دارند.

یافته های مطالعه

نانوذرات درونی شده توسط ماکروفاژها یا ماکروفاژهای هدف می‌توانند سمیت سلولی را از طریق ایجاد آسیب عملکردی و کاهش زنده‌مانی سلولی ایجاد کنند.

جاری درونکشتگاهی مدل های ماکروفاژی عمدتا ماکروفاژهای آلوئولی، میکروگلیا و ماکروفاژهای کبد را در نظر می گیرند. در زمینه رده های سلولی KUP5 و Hepa1-6، سمیت سلولی قابل توجهی به دنبال مواجهه با نقره (Ag)، اکسید مس (CuO)، پنتوکسید وانادیم (V) گزارش شده است.₂O₅، و نانوذرات ZnO در هر دو رده سلولی.

فاکتورهای فیزیکوشیمیایی مؤثر بر سمیت سلولی ماکروفاژها پس از قرار گرفتن در معرض نانوذرات نیز ارزیابی شده است. برای این منظور، اندازه، شکل، بار و ویژگی‌های سطحی نانوذرات می‌تواند بر جذب و برهمکنش‌های سلولی آنها تأثیر بگذارد.

اندازه به عنوان یک عامل مهم در جذب نانوذرات در نظر گرفته می شود. به طور کلی، هر چه اندازه کوچکتر باشد، سمیت سلولی بیشتر است.

نانوذرات نیز در اشکال مختلفی مانند حلقه‌ها و لوله‌ها وجود دارند که نانوذرات کروی به راحتی توسط سلول‌ها درونی می‌شوند. قابل ذکر است که نانوذرات کروی کمتر سیتوتوکسیک هستند، که برخلاف تصور رایج است که سمی ترین نانوذرات به راحتی درونی می شوند.

اصلاح سطح نانوذرات نیز به سمیت سلولی کلی آنها کمک می کند. به عنوان مثال، پوشش سیلیس به طور قابل توجهی زیست سازگاری نانوذرات اکسید گادولینیوم را بهبود می بخشد و در نتیجه سمیت سلولی آنها را کاهش می دهد.

اثرات سمی با واسطه نانوذرات به شکل آسیب ژنتیکی، استرس اکسیداتیو و پاسخ های التهابی ایجاد می شود. علاوه بر این، پنج جنبه کلیدی مربوط به تغییرات و تعامل سلولی وجود دارد که شامل درونی سازی توسط ماکروفاژها، آسیب DNA، مرگ سلولی، و همچنین تولید گونه های اکسیژن فعال (ROS) و سیتوکین ها می شود.

درونی سازی سلول فرآیندی است که طی آن ذرات خارجی وارد سلول می شوند. بنابراین، این فرآیند تحت تأثیر خواص فیزیکی و شیمیایی مولکول های سطحی قرار می گیرد. نانوذرات مهاجم عمدتاً توسط ماکروفاژها از طریق فعالیت فاگوسیتیتیک آنها بلعیده می شوند.

مکانیسم تولید ROS در بین نانوذرات متفاوت است و میتوکندری منبع اصلی تولید ROS است. نکته مهم این است که همه نانوذرات تولید ROS را القا نمی کنند، اکثر نانوذرات فلزی از طریق القای واکنش هیدروکسیل با استفاده از واکنش نوع فنتون سمیت ایجاد می کنند.

مکانیسمی که توسط آن نانوذرات سمیت سلولی را به ماکروفاژها القا می کنند، شبیه مکانیسم سمی کلاسیک نانوذرات است که تولید و آزادسازی سایتوکاین های پیش التهابی و متعاقب آن پاسخ التهابی است. نانوذرات همچنین ممکن است با تماس مستقیم یا از طریق استرس اکسیداتیو و پاسخ های التهابی باعث آسیب DNA شوند.

مرگ سلولی نامطلوب ترین تغییر سلولی است که می تواند به شکل آپوپتوز باشد که به عنوان مرگ برنامه ریزی شده، اتوفاژی و نکروز یا مرگ غیربرنامه ریزی شده شناخته می شود. انواع مختلف نانوذرات انواع مختلفی از مرگ سلولی را القا می کنند.

نتیجه گیری

در مطالعه حاضر، محققان اثرات سمی نانوذرات بر ماکروفاژها را خلاصه کردند درونکشتگاهی و تغییرات سلولی را که به دنبال این برهمکنش ایجاد می شود، توصیف کنید. در مجموع، سمیت ماکروفاژها ناشی از نانوذرات عمدتاً از طریق درونی‌سازی نانوذرات، پاسخ‌های التهابی، استرس اکسیداتیو، مرگ سلولی و آسیب DNA نشان داده می‌شود.

در آینده، محققان باید مکانیسم‌های سمیت غیرکلاسیک را بررسی کرده و بیشتر آن را بررسی کنند in vivo سمیت ماکروفاژی نانوذرات