Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, 2023, T. 512, № 1, стр. 470-473

Оксид графена обладает исключительными физическими и электрохимическими свойствами, благодаря которым он имеет широкий спектр применения в биомедицине [1]. Наночастицы из этого материала могут применяться для изготовления биосенсоров, систем доставки лекарств/генов и инструментов для диагностики и лечения рака [2, 3]. Однако наночастицы оксида графена, как и любые частицы небиологической природы, могут обладать цитотоксичностью или другими нежелательными эффектами (проапоптотическое действие, генотоксичность, эпигенетическая токсичность) в отношении клеток организма. Выраженность и направленность эффектов наночастиц на клетки зависят от множества факторов, таких как концентрация, время воздействия, форма и размер частиц, тип их функционализации, способность образовывать белковую корону. Важно подчеркнуть, что для всестороннего исследования наночастиц с целью их дальнейшего применения в биомедицине, необходимо понять, способны ли условно не цитотоксические их концентрации повлиять на нормальное функционирование разных видов иммунных клеток, в частности, на метаболизм.

Т-лимфоциты играют центральную роль в адаптивном иммунном ответе. Их дифференцировка сопровождается пролиферацией, ростом и одновременно осуществлением эффекторной функции, в связи с чем возрастает потребность в субстратах, необходимых для синтеза липидов мембран, нуклеиновых кислот и белков. В активированных Т-лимфоцитах обеспечение этих потребностей реализуется за счет усиления аэробного гликолиза – метаболического пути, используемого большинством раковых клеток [4–6]. С этой точки зрения, иммортализованная опухолевая Т-клеточная линия Jurkat является хорошей моделью для изучения функций T-лимфоцитов. Клетки линии Jurkat используются как для изучения фундаментальных аспектов Т-клеточного сигналинга и противоинфекционного иммунитета, так и для прикладных исследований, направленных на разработку противоопухолевых препаратов [7].

Целью работы было исследование влияния покрытых разными видами ПЭГ наночастиц оксида графена на показатели метаболизма клеток опухолевой Т-клеточной линии Jurkat.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Установлено, что наночастицы ОГ не оказывали влияния на скорость потребления кислорода (OCR). Однако в пробах с добавлением наночастиц лП-ОГ в концентрации 25 мкг/мл наблюдалась тенденция к увеличению базальной и максимальной OCR (рис. 1).

Рис. 1.

Базальная (а) и максимальная (б) скорости потребления кислорода (OCR) клеток Jurkat при добавлении наночастиц оксида графена. Примечание: n = 4; ось x – вид и концентрации наночастиц; ось y –скорость потребления кислорода (OCR). Представлены медианы (горизонтальные линии), интерквартильные размахи (прямоугольники), максимумы и минимумы (“усы”).

Влияние наночастиц графена на гликолитическую активность Jurkat выразилось в повышении базального гликолиза под действием наночастиц лП-ОГ в концентрации 25 мкг/мл (рис. 2 а). Однако показатели максимального гликолиза (рис. 2 б) при воздействии частиц имели выраженную тенденцию к снижению.

Рис. 2.

Показатели базального (а), максимального (б) и компенсаторного (в) гликолиза клеток Jurkat при добавлении наночастиц оксида графена. Примечание: n = 4; ось x – вид и концентрации наночастиц; ось y –гликолитическая скорость выброса протонов (glycoPER). Представлены медианы (горизонтальные линии), интерквартильные размахи (прямоугольники), максимумы и минимумы (“усы”). На диаграммах представлены значения p < 0.05 по отношению к контролю (0 мкг/мл).

Компенсаторный гликолиз – увеличение скорости гликолиза, направленное на удовлетворение энергетических потребностей клеток в присутствии ингибиторов митохондриального дыхания. Этот параметр указывает на способность клеток переключать метаболизм в условиях стресса.

Способность к компенсаторному гликолизу достоверно подавлялась наночастицами обоих видов в больших концентрациях (рис. 2 в).

Таким образом, только наночастицы лП-ОГ в концентрации 25 мкг/мл стимулируют базальный гликолиз клеток Jurkat, но при этом оба вида частиц в высокой концентрации снижают способность клеток к компенсаторному гликолизу. Вероятно, это происходит из-за избыточной активации, приводящей к превышению резервных возможностей клетки. Важно подчеркнуть, что все наблюдаемые изменения метаболизма произошли всего за два часа совместной инкубации клеток исследуемой опухолевой линии с частицами. Ранее при помощи системы прижизненного наблюдения Cell IQ нами было обнаружено, что эти же наночастицы ОГ за 24 ч подавляют рост клеток Jurkat, снижая прирост их клеточной массы [10], однако, сейчас мы видим, что критичные изменения начинаются намного раньше.

В целом усиление аэробного гликолиза связывают с инициацией опухолевой трансформации клеток, а также с ростом, развитием и метастазированием опухоли [11]. Экстраполируя данные, касающиеся клеток Jurkat, на нормальные Т лимфоциты человека, можно назвать данный эффект нежелательным.

Из вышесказанного следует, что наночастицы лП-ОГ и рП-ОГ в концентрации 5 мкг/мл, вероятно, являются безопасными как в отношении нормальных клеток организма, так и в отношении раковых клеток, чувствительных к метаболическим воздействиям.