Изменение митохондриальной функции фибробластоподобных клеток под воздействием наночастиц оксида меди

Введение. Митохондрии являются мишенью практически для всех типов повреждающих агентов, включая токсины и оксидативный стресс. При всесторонней оценке токсического действия не вызывает сомнений необходимость учитывать возможные митохондриальные эффекты.

Цель исследования — оценка изменений митохондриальной функции in vitro под воздействием наночастиц оксида меди.

Материал и методы. На монослойную культуру фибробластоподобных клеток человека линии ФЛЭЧ-104 воздействовали наночастицами оксида меди размером 21 ± 4 нм, конечная концентрация которых в среде составляла 25, 50 и 100 мкг/мл. Измеряли скорость потребления кислорода клетками и фиксировали ее изменение под воздействием модуляторов – олигомицина, карбонилцианид-4-(трифторметокси) фенилгидразона, ротенона в комбинации с антимицином А. Рассчитывали параметры митохондриальной функции и биоэнергетический индекс.

Результаты. НЧ CuO при концентрации в инкубационной среде, равной 100 мкг/мл, вызывают в культуре фибробластоподобных клеток изменения, затрудняющие дальнейшую оценку митохондриальной функции. При концентрации НЧ CuO, равной 25 и 50 мкг/мл, наблюдалась дозозависимая тенденция к снижению АТФ-связанного дыхания и биоэнергетического индекса. НЧ CuO
в концентрации 25 мкг/мл увеличивали максимальную и резервную дыхательную способность клеток, что, вероятно, связанно с двойственными свойствами меди как токсиканта и биомикроэлемента.

Ограничения исследования. Исследование проведено с использованием только одной клеточной линии и 3 концентраций суспензии наночастиц в культуральной среде.

Заключение. Установлено, что наночастицы оксида меди при добавлении в инкубационную среду неоднозначно влияют на митохондриальную функцию фибробластоподобных клеток, что может быть связано с биотическими свойствами меди.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует заключения этического комитета.

Участие авторов:
Рябова Ю.В. — сбор и обработка материала, подготовка иллюстраций, написание текста;
Бушуева Т.В. — сбор и обработка материала, написание текста;
Минигалиева И.А. — концепция и дизайн исследования, написание текста;
Карпова Е.П. — сбор и обработка материала;
Сутункова М.П. — концепция и дизайн исследования, редактирование.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Дата поступления: 31 октября 2023 / Дата принятия к печати: 03 декабря 2023 / Дата публикации: 29 декабря 2023

1. Santana-Román M.E., Maycotte P., Uribe-Carvajal S., Uribe-Alvarez C., Alvarado-Medina N., Khan M., et al. Monitoring mitochondrial function in Aedes albopictus C6/36 cell line during dengue virus infection. Insects. 2021; 12 (10): 934. https://doi.org/10.3390/insects12100934

2. Altintas M.M., DiBartolo S., Tadros L., Samelko B., Wasse H. Metabolic changes in peripheral blood mononuclear cells isolated from patients with end stage renal disease. Front. Endocrinol. (Lausanne). 2021; 12: 629239. https://doi.org/10.3389/fendo.2021.629239

3. Fahmy H.M., Ebrahim N.M., Gaber M.H. In-vitro evaluation of copper/copper oxide nanoparticles cytotoxicity and genotoxicity in normal and cancer lung cell lines. J. Trace Elem. Med. Biol. 2020; 60: 126481. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2020.126481

4. Na I., Kennedy D.C. Size-specific copper nanoparticle cytotoxicity varies between human cell lines. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22 (4): 1548. https://doi.org/10.3390/ijms22041548

5. Zhang J., Zou Z., Wang B., Xu G., Wu Q., Zhang Y. et al. Lysosomal deposition of copper oxide nanoparticles triggers HUVEC cells death. Biomaterials. 2018; 161: 228-39. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.01.048

6. Siddiqui M.A., Alhadlaq H.A., Ahmad J., Al-Khedhairy A.A., Musarrat J., Ahamed M. Copper oxide nanoparticles induced mitochondria mediated apoptosis in human hepatocarcinoma cells. PloS One. 2013; 8 (8): e69534. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0069534

7. Nicholls D.G. Spare respiratory capacity, oxidative stress and excitotoxicity. Biochem. Soc. Trans. 2009; 37 (Pt 6): 1385–8. https://doi.org/10.1042/bst0371385

8. Brand M.D., Nicholls D.G. Assessing mitochondrial dysfunction in cells. Biochem. J. 2011; 435 (2): 297–312. https://doi.org/10.1042/BJ20110162

9. Prabhu B.M., Ali S.F., Murdock R.C., Hussain S.M., Srivatsan M. Copper nanoparticles exert size and concentration dependent toxicity on somatosensory neurons of rat. Nanotoxicology. 2010; 4 (2): 150–60. https://doi.org/10.3109/17435390903337693

10. Sukhanova A., Bozrova S., Sokolov P., Berestovoy M., Karaulov A., Nabiev I. Dependence of nanoparticle toxicity on their physical and chemical properties. Nanoscale Res. Lett. 2018; 13 (1): 44. https://doi.org/10.1186/s11671-018-2457-x