Effect of inorganic nanoparticles and organic complexes on their basis on free-radical processes in some model systems

Abstract

Aim. Evaluation of free–radical activity of rare–earth based nanoparticles (NPs) (orthovanadates and CeO2) with different geometrical parameters, and organic complexes formed on their base with methylene blue (MB) photodynamic dye in abiotic and biotic systems (homogenate of liver, isolated mitochondria and isolated hepatocytes). Methods. Effects of NPs were estimated using luminol-dependent chemiluminescence (ChL) and by measurement of the final product of lipid peroxidation – malondialdehyde (MDA). Results. According to the ChL data in abiotic systems all NPs demonstrated antiradical activity. In biotic systems spherical extra small (1–2 nm) NPs of both types showed prooxidant effects of different degree; CeO2 of 8–10 nm have demonstrated a week antioxidant effect. The data of ChL correlated with the measurements of MDA-level. The effects of «NP-MB» complexes were the same as the corresponding «bare» NPs in different examined systems. The most prooxidant NPs in the presence of glutathione (GSH) did not aggravate free-radical processes. NPs demonstrated a more pronounced prooxidant effect in cells at pH 7.8 that may be a result of pH-dependent changes in protonated GSH. Conclusions. Differences in the effects of NPs in the biotic systems depend on their geometric parameters that determine their penetration and interaction with the cellular structures. This is also related to the processes on the NPs surface as well as in the near-surface layers.

Мета. Оцінити вільнорадикальну активность наночастинок (НЧ) на основі рідкісноземельних елементів – ортованадатів та СеО2 з різними геометричними параметрами і органічних комплексів на їх основі з фотодинамічним барвником метиленовим блакитним (МБ) в абіотичних і біотичних системах (гомогенат печінки, ізольовані мітохондрії, ізольовані гепатоцити). Методи. Ефекти НЧ оцінювали за допомогою люмінол-залежної хемілюмінесценції (ХЛ), а також вимірюючи рівень малонового диа­льдегыду (МДА) – кінцевого продукту пероксидації ліпідів. Результати. ХЛ показано, що в абіотичній системі всі НЧ демонструють антирадикальну активність. В біотичній системі сферичні екстрамалі (1–2 нм) НЧ обох типів різною мірою демонструють прооксидантну активність; СеО2 розміром 8–10 нм демонстрував слабкій антиоксидантній ефект. Дані ХЛ корелюють з результатами, отриманими при вимірюванні рівня МДА. Ефект комплексів «НЧ-МБ» був таким же, як і у випадку «голих» НЧ. Найбільш прооксидантні НЧу присутності глутатіону (GSH) не посилювали вільно-радикальні процеси. В клітинах при pH = 7.8 НЧ демонстрували очікувані прооксидантні ефекти, що може бути пов’язано з pH-залежними змінами протонованого GSH. Висновки. Відмінності ефектів НЧ пояснюються їх геометричними параметрами, які впливають на проникнення і взаємодію частинок з клітинними структурами. Також це пов'язано з процесами, що проходять як на поверхні НЧ, так і в приповерхневому шарі.

Цель. Оценить свободнорадикальную активность наночастиц (НЧ) на основе редкоземельных элементов – ортованадатов и СеО2 с различным геометрическими параметрами и органических комплексов на их основе с фотодинамическим красителем метиленовым голубым (МГ) в абиотических и биотических системах (гомогенат печени, изолированные митохондрии, изолированные гепатоциты). Методы. Эффекты НЧ оценивали с помощью люминол-зависимой хемилюминесценции (ХЛ), а также измеряя уровень малонового диальдегида (МДА) – конечного продукта пероксидации липидов. Результаты. ХЛ было показано, что в абиотической системе все НЧ демонстрируют антирадикальную активность. В биотической системе сферические экстрамалые (1–2 нм) НЧ обоих типов в разной степени демонстрируют прооксидантную активность; СеО2 размером 8–10 нм демонстрирует слабый антиоксидантный эффект. Данные ХЛ коррелируют с данными, полученными при измерении уровня МДА. Эффект комплексов «НЧ-МГ» был таким же, как и в случае «голых» НЧ. Наиболее прооксидантные НЧ в присутствии глутатиона (GSH) не усугубляли свободно-радикальные процессы. В клетках при pH = 7.8 НЧ демонстрировали ожидаемые прооксидантные эффекты, что может быть связано с pH-зависимыми изменениями протнированного GSH. Выводы. Различия эффектов НЧ объясняются их геометрическими параметрами, которые влияют на проникновение и взаимодействие частиц с клеточными структурами. Также это связано с процессами, проходящими как на поверхности НЧ, так и в приповерхностном слое.