Российские нанотехнологии, 2022, T. 17, № 2, стр. 206-215

ВВЕДЕНИЕ

Углеродные нанотрубки (УНТ) – класс промышленно производимых аллотропных модификаций углерода, представляющих собой наномасштабные нитевидные конструкции из свернутых одного, двух или нескольких листов графена с внутренним каналом. По прогнозам рынок УНТ вырастет с 876 до 1714 млн дол. США при среднегодовом темпе роста 14.4% в период с 2021 по 2026 г. [1]. Благодаря уникальным физико-химическим свойствам сферы применения УНТ крайне разнообразны и включают в себя авиакосмическую и оборонную промышленности, медицину и сельское хозяйство, создание электроники и новых композитных материалов и т.д. Однако за счет действия ван-дер-ваальсовых сил в исходном состоянии УНТ являются плохо диспергируемыми в водных и органических растворителях, что приводит к высокой степени агрегации и ухудшению их свойств. Для решения этой проблемы, а также для придания новых характеристик материалам нередко прибегают к функционализации поверхности [2].

Вместе со значительным улучшением свойств и расширением области применения при функционализации поверхности УНТ, как правило, меняются и их токсические свойства [2]. Например, нефункционализованные многостенные УНТ (МУНТ) и МУНТ, функционализованные полиэтиленгликолем (МУНТ–ПЭГ), не оказывали токсического действия на мезенхимальные стволовые клетки человека hMSCs [3] в отличие от карбоксилированных МУНТ (МУНТ–COOH), при действии которых достоверно снижалась выживаемость клеток [3, 4]. В экспериментах на клетках HEK 293 обнаружен более сильный цитотоксический эффект при одинаковых условиях экспозиции у нефункционализованных МУНТ по сравнению с МУНТ–СООН и МУНТ–NH₂, при этом в экспериментах in vivo на рыбах Danio rerio токсического эффекта не было обнаружено ни в одной группе [5]. При сравнении влияния типа функционализации однослойных УНТ (ОУНТ) на дрожжевые клетки Saccharomyces cerevisiae было показано, что ОУНТ–СООН и гидроксилированные ОУНТ (ОУНТ–ОН) приводили к развитию окислительного стресса и повреждению белков, оказывая при этом генотоксическое действие. В [6] также отмечается что ОУНТ–СООН были более токсичны, чем ОУНТ–ОН. Исследование показало, что ОУНТ–СООН проявляют более высокую генотоксичность на фибробласты китайского хомячка V79, клетки A549 человека [7], а также эндотелиальные клетки человека HUVEC [8], чем нефункционализованные ОУНТ.

Помимо описанных типов функционализации УНТ регулярно появляются новые. Сравнительно недавно были синтезированы МУНТ, функционализированные йодом (I-МУНТ), характеризующиеся значительным увеличением показателей электропроводности и заметными изменениями микроструктуры и состава [9, 10]. Однако токсикологические исследования МУНТ с подобной функционализацией отсутствуют.

Поэтому целью исследования стала оценка биобезопасности I-МУНТ в отношении микроорганизмов на примере Escherichia coli и клеток млекопитающих на примере клеточной линии аденокарциномы молочной железы MCF-7.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследовали МУНТ, полученные методом CVD (ООО “НаноТехЦентр”, Тамбов, Россия), функционализированные йодом (I₂ ЧДА, ГОСТ 4159-79 (ООО “Компонент реактив”)). Для функционализации йодом навески МУНТ, содержащие 5, 10 и 15 мас. % йода, помещали в герметичную стеклянную тару, устанавливали в термо-шкаф и выдерживали 2 ч при температуре 120°С.

Исследование исходного образца МУНТ проводили методами сканирующей (СЭМ) и просвечивающей (ПЭМ) электронной микроскопии. Модифицированные образцы МУНТ исследовали с использованием рентгеноструктурного анализа на дифрактометре ARL Equinox 1000 (Thermo Fisher Scientific, США) с длиной волны излучения 1.5406 Å, время съемки – 600 с. Спектры комбинационного рассеяния света (КРС) были получены на приборе DXR Raman Microscope (Thermo Fisher Scientific, США) c длиной волны возбуждающего лазера 532 нм.

В качестве тест-объектов использовали биосенсор “Эколюм” – лиофилизированная культура люминесцентного штамма E. coli (ЗАО “НВО Иммунотех”, Россия) [5, 7], клеточную линию MCF-7 (Michigan Cancer Foundation-7) – клетки аденокарциномы молочной железы человека.

Суспензии наночастиц. Суспензии I-МУНТ готовили на основе стерильной дистиллированной воды (рН = 7.1 ± 0.2). Навески нанопорошков (10 мг) взвешивали при помощи аналитических весов ViBRA HT (Shinko Denshi, Japan (точность ±0.0001 г)), переносили в лабораторный стакан, при помощи дозатора вносили небольшое количество воды и перемешивали стеклянной палочкой до полного смачивания наночастиц. После перемешивания доводили количество воды до 100 мл и обрабатывали суспензии в ультразвуковой ванне Ultrasonic Cleaner CD-4800 (Codyson, Китай) в течение 10 мин (70 Вт, 44 Гц, объем – 1.4 л). После обработки в дисперсию вносили Твин 20 (1%) (VWR Life Science AMRESCO, США) и вновь обрабатывали ультразвуком 15 мин. Исходная концентрация МУНТ во всех растворах составляла 0.1 г/л, из нее путем разбавления дистиллированной водой готовили суспензии концентрацией 0.01, 0.001 и 0.0001 г/л.

Растворы сравнения. Для сравнения вызываемых эффектов использовали дисперсии МУНТ без йода в тех же концентрациях и приготовленных согласно методике, описанной выше. Для сравнительной оценки влияния йода в составе растворов функционализированных МУНТ на бактерии и клетки использовали водные суспензии йода в концентрациях, содержащихся в суспензиях МУНТ: 0.00005, 0.0001, 0.00015, 0.0005, 0.001, 0.0015, 0.005, 0.01, 0.015 г/л.

Положительный контроль. В качестве положительного контроля брали растворы натриевой соли дихлоризоциануровой кислоты (sodium dichloroisocyanurate C₃Cl₂N₃NaO₃, SDC) (ООО НПФ “Практика”, Россия), которые также готовили на основе дистиллированной воды. Данный препарат применяется в качестве дезинфицирующего средства, обладающего антимикробным действием в отношении грамотрицательных и грамположительных бактерий, вирусов и грибов рода Кандида и дерматофитов.

Методы исследования. Для оценки антибактериального действия растворов МУНТ использовали широко распространенную биолюминесцентную методику [11–13].

Метод основан на определении изменения интенсивности биолюминесценции генно-инженерного штамма E. coli при воздействии наночастиц, присутствующих в анализируемой пробе, по сравнению с контролем. Критерием токсического действия является изменение интенсивности биолюминесценции тест-объекта в исследуемой пробе по сравнению с контрольной, не содержащей токсических веществ. Уменьшение интенсивности биолюминесценции пропорционально токсическому эффекту.

Токсическое действие исследуемой пробы наноматериала на бактерии определяли по ингибированию их биолюминесценции за 30-минутный период экспозиции. Количественная оценка параметра тест-реакции выражается в виде индекса токсичности: Т = 100 (I_о – I)/I_о, где I и I_о – интенсивность свечения контроля и опыта соответственно.

Цитотоксическое действие МУНТ оценивали с использованием МТТ-колориметрического теста, основанного на способности бесцветной соли тетразолия (3-[4,5-диметилтиазол-2-ил]-2,5-дифенилтетразолия бромид, МТТ) восстанавливаться до окрашенного формазана в присутствии митохондриальных ферментов живых клеток [14, 15].

Клетки MCF-7 культивировали в среде DMEM (Dulbecco’s Modified Eagle Medium) (Thermo Fisher Scientific, Великобритания) с добавлением 10% фетальной телячьей сыворотки (Sigma, Великобритания) при 37°C и 5% CO₂.

В ходе  проведения  исследования в лунки 24-луночного планшета помещали по 1.5 мл суспензии клеток (1 × 10⁵) и 0.5 мл растворов наночастиц (йода, SDC) и инкубировали в СО₂-инкубаторе при 5% СО₂ и температуре 37°С в течение суток. После инкубации к содержимому всех лунок добавляли 5%-ный раствор МТТ в физиологическом растворе (по 100 мкл на лунку) и инкубировали планшеты при 37°С, 5% СО₂. Через 4 ч среду с МТТ осторожно удаляли пипеткой, не захватывая осевшие клетки. В каждую добавляли по 500 мкл диметилсульфида. Планшеты инкубировали в течение 30 мин на орбитальном шейкере при комнатной температуре при 350 об./мин. После чего содержимое лунок переносили в центрифужные пробирки, центрифугировали 5 мин при 300 g. Полученный супернант распределяли в триплеты лунок 96-луночного планшета по 100 мкл. Оптическую плотность оценивали на спектрофотометре Multiskan Sky (Thermo Scientific, США) при длине волны 540 нм. Жизнеспособность (выживаемость) клеток рассчитывали по формуле

где ${\text{О}}{{{\text{П}}}_{{{\text{обр}}}}}$, ${\text{О}}{{{\text{П}}}_{{\text{к}}}}$ – оптическая плотность образца (пробы) и контроля соответственно.

Статистическая обработка. Все расчеты проводили с помощью компьютерной программы Microsoft Excel 2010 (пакет “Описательная статистика”). На графиках и гистограммах показаны средние арифметические значения и стандартные отклонения. В ходе обработки данных использовали однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) с расчетом достоверности различий с помощью F-критерия Фишера при 5%-ном уровне значимости. На гистограммах знаком “*” отмечали достоверности различия между растворами I-МУНТ и МУНТ в тех же концентрациях, знак “**” соответствует достоверности различия между образцами I-МУНТ с разным содержанием йода.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Результаты исследования МУНТ. Методами электронной микроскопии установлено, что используемый в исследовании наноматериал представляет собой МУНТ диаметром от 10 до 30 нм и длиной больше 2 мкм (рис. 1).

По данным рентгеновской дифракции заметна общая идентичность кривых с различием в базовой интенсивности (рис. 2).

Однако при ближайшем рассмотрении наблюдаются определенные расхождения в данных. Так, после использования йода в 15%-ной концентрации значительно увеличивается межслоевое расстояние между графеновыми слоями (примерно на 1 Å) в отличие от исходного образца и образцов, обработанных йодом в меньших концентрациях. Возможно, это связано с реакцией атомов йода с функциональными группами на поверхности внешнего слоя нанотрубок либо с группами, присоединенными к внутренним слоям, через дефекты внешнего слоя. Также вероятно увеличение межслоевого расстояния из-за деструкции внутренних слоев и попадания аморфного углерода в межслоевое расстояние. Проникновение атомов йода в межслоевое расстояние исключается из-за большого радиуса атома (атомный радиус йода – 140 пм или 1.40 Å). Также деструктивное действие йода высокой концентрации подтверждается сдвигом пика (002) в сторону большего угла 2θ, отражающего меньшую структурированность и бóльшую концентрацию углеродных несистемных включений, попадающих в межслоевое пространство.

По данным спектроскопии КРС видно, что при обработке йодом значительно повышается степень дефектности материала, на 35% (рис. 3).

Данный показатель практически не зависит от концентрации йода при обработке, что говорит, с одной стороны, об отсутствии привязки между МУНТ и йодом, а с другой, само наличие в атмосфере паров йода провоцирует деструкцию графеновых слоев по активным центрам и образование новых активных центров. Это подтверждается небольшими изменениями пика 2D до и после обработки йодом различной концентрации. Пик становится больше и смещается в сторону меньшей длины волны, что может свидетельствовать о структурных изменениях вследствие разрушения графеновых слоев. Заметны небольшие несистематические изменения основных пиков. При обработке йодом 10%-ной концентрации пик D' становится неразличим в плече пика G. Использование йода малых и средних концентраций приводит к изменениям малого пика в плече пика D (~1200 см^–1), отражающего наличие кислородсодержащих групп =О. Это может быть обусловлено особенностями реакции между отдельными функциональными группами на поверхности графеновых слоев и йода.

Антибактериальное действие МУНТ. Исследование антибактериальных свойств I-МУНТ показало концентрационнозависимое и йодозависимое увеличение индекса токсичности растворов МУНТ (рис. 4).

По скорости увеличения токсичности с ростом концентрации растворы располагаются в следующем порядке (по убыванию): SDC – I-МУНТ 15% – I-МУНТ 10% – I-МУНТ 5% – МУНТ, т.е. функционализация йодом увеличивает антибактериальные свойства МУНТ. При максимальной концентрации наночастиц в растворах выживаемость микроорганизмов была менее 1% в группах I-МУНТ 15% и I-МУНТ 10%, что сопоставимо с действием эталонного токсиканта – SDC. Уменьшение количества йода до 5% немного снижало биоцидный эффект. МУНТ в чистом виде при 0.1 г/л в растворе вызывали гибель 93% микроорганизмов. При 0.01 г/л наночастиц в суспензиях антибактериальное действие I-МУНТ 15% и I-МУНТ 10%  сохранялось,  однако  для I-МУНТ 5% индекс токсичности снизился до 63 ед., что соответствует 37%-ной выживаемости бактерий. Для МУНТ без йода показатель токсичности был еще ниже – 44 ед. Дальнейшее разбавление растворов повлекло снижение токсичности I-МУНТ 15% почти в 2 раза – выживаемость E. coli составила 45%, в случае с I-МУНТ 10% выжило 85% бактерий, а растворы I-МУНТ 5% и МУНТ не оказали токсического эффекта. При концентрации нанотрубок 0.0001 г/л в растворе не выявлено подавления люминесценции микроорганизмов не зависимо от содержания йода.

На рис. 5 приведены данные по антибактериальной активности растворов йода и растворов I-МУНТ, содержащих то же количество йода. Сравнительный анализ влияния йода в составе МУНТ с чистым йодом показал схожее противомикробное действие йода и I-МУНТ 10–15% в концентрации 0.1 г/л, содержащих аналогичное количество йода. В данных вариантах отмечено 100%-ное гашение люминесценции, т.е. полная гибель микроорганизмов. В случае с раствором I-МУНТ 5% при 0.1 г/л также наблюдался высокий показатель индекса токсичности (98 ед.), однако антибактериальное действие чистого йода в  сопоставимой концентрации было ниже – 89.9 ед. При разбавлении I-МУНТ 10 и 15% до 0.01 г/л токсичность растворов оставалась на прежнем уровне (98–99 ед.), тогда как растворы йода в соответствующих дозах (0.0015 и 0.001 г/л) оказали существенно более низкое противомикробное действие – выживаемость 15 и 21% соответственно. Индекс токсичности раствора I-МУНТ 5% с концентрацией 0.01 г/л и соответствующего раствора йода составил около 70%. Дальнейшее уменьшение концентрации I-МУНТ до 0.001 г/л привело к снижению токсичности до 55 ед. для I-МУНТ 15%, до 15 ед. для I-МУНТ 10% и практически до 0 в случае с I-МУНТ 5%. При этом растворы йода соответствующих концентраций оказали высокое линейно зависимое противомикробное действие, индекс токсичности составил 66–53 ед.

Проведенное исследование антибактериальных эффектов I-МУНТ показало значительное увеличение противомикробной активности МУНТ при их модификации 15 и 10 мас. % йода – при концентрации 0.1 г/л выживаемость снизилась на 6%, при 0.01 г/л на 54–55%. Отметим, что в данных концентрациях биоцидное действие I-МУНТ 10 и 15% было сопоставимо с эталонным токсикантом SDS. Доза 0.001 г/л МУНТ не оказала негативного влияния на бактерии, в то время как I-МУНТ 10 и 15% в данной концентрации уменьшили выживаемость бактерий на 15 и 55%. Модификация МУНТ 5 мас. % йода также увеличила токсичность наноматериала – при 0.1 г/л на 4%, при 0.01 г/л на 26%. Исследуемые наноматериалы в концентрации 0.0001 г/л не оказали противомикробного действия.

Сравнительный анализ влияния функционализированных МУНТ и йода показал наличие синергетического эффекта для растворов I-МУНТ 5% 0.1 г/л и I-МУНТ 10 и 15% 0.01 г/л. В данных случаях совокупное токсическое действие I-МУНТ было выше действия МУНТ и йода по отдельности. Однако при дальнейшем разбавлении растворов I-МУНТ их антибактериальное воздействие было ниже, чем у растворов йода соответствующих концентраций, что, вероятно, связано с удержанием низкоконцентрированного йода нанотрубками.

Цитотоксическое действие МУНТ. Изучение цитотоксических свойств I-МУНТ показало тенденцию к снижению выживаемости клеток при возрастании концентрации растворов МУНТ и процентного содержания в них йода (рис. 6).

По уменьшению степени выраженности токсического эффекта (выживаемости клеток) растворы располагаются в следующем порядке: SDC – I-МУНТ 15% – I-МУНТ 10% – I-МУНТ 5% – МУНТ. Отметим, что функционализация йодом влияет на возрастание цитотоксических свойств МУНТ не так существенно, как в случае с бактериями.

При концентрациях 0.0001, 0.001 и 0.01 г/л выживаемость клеток в растворе МУНТ и в растворе I-МУНТ 5% была примерно одинакова (78%). При концентрации 0.1 г/л выживаемость клеток в данных растворах снижалась на 1% в растворе МУНТ и на 2% в растворе I-МУНТ 5%. Выживаемость клеток в растворах I-МУНТ 10% и I-МУНТ 15% каждый раз снижалась на 1% при переходе к большей концентрации раствора в следующем ряду: 0.0001, 0.001, 0.01 и 0.1 г/л. При этом среднее значение цитотоксического действия растворов нефункционализированных и функционализированных МУНТ при определенной концентрации заметно уступало токсичности раствора SDC (при 0.0001 г/л – на 7.5%, при 0.001 г/л – на 8%, при 0.01 г/л – на 8.5%, при 0.1 г/л – на 9%).

С ростом процентного содержания йода в составе МУНТ несколько увеличивалась разница в выживаемости клеток между растворами МУНТ и I-МУНТ. Разница в выживаемости клеток между растворами МУНТ и I-МУНТ 10% составляла ~1%, между растворами МУНТ и I-МУНТ 15% ~3%.

Более существенно с увеличением процентного содержания йода в составе МУНТ уменьшалась разница в выживаемости клеток между растворами I-МУНТ и SDC. Разница в выживаемости клеток между растворами I-МУНТ 15% и SDC составила ~7%, между растворами I-МУНТ 10% и SDC ~ 8%, между растворами I-МУНТ 5% и SDC ~ ~ 9%. Такое же значение (~9%) имеет разница между растворами МУНТ и SDC.

В ходе сравнения растворов функционализированных МУНТ между собой наблюдается незначительное возрастание токсичности при увеличении разницы в процентном содержании йода в МУНТ. Разница в выживаемости клеток между растворами I-МУНТ 5% и I-МУНТ 10% составила 1%, между растворами I-МУНТ 10% и I-МУНТ 15%  – 1%, между  растворами  I-МУНТ 10%  и I-МУНТ 15% – 2%.

Сравнение влияния йода в концентрациях, используемых для модификации МУНТ и I-МУНТ, показало, что цитотоксическое действие чистого йода было гораздо выше, чем действие МУНТ, содержащих йод в тех же количествах (рис. 7). Показатель выживаемости клеток линейно снижался с 72% при 0.00005 г/л до 69% при 0.015 г/л. В то время как для I-МУНТ минимальная выживаемость клеток составила 74% при максимальной концентрации I-МУНТ 15%, что на 5% выше, чем при воздействии йода без МУНТ. Самый высокий показатель выживаемости среди экспериментальных групп I-МУНТ отмечен в варианте с самой низкой концентрацией (0.0001 г/л) I-МУНТ 5% в растворе – ~78%, т.е. на 6% выше, чем в случае с раствором, содержащим соответствующую концентрацию чистого йода.

Отмечена более высокая токсичность растворов йода по отношению к клеткам MCF-7 по сравнению с растворами МУНТ, содержащими те же концентрации йода. Данные результаты могут свидетельствовать о связывании нанотрубками ионов йода, что снижает их цитотоксическое действие.

ОБСУЖДЕНИЕ

Антибактериальные и цитотоксические эффекты МУНТ описаны достаточно подробно [16–19], при этом отмечается высокая чувствительность бактерий к этому типу наноматериалов [20, 21]. Одним из основных механизмов возникновения повреждающих эффектов углеродных наноматериалов считается окислительный стресс [22]. Однако работ, посвященных воздействию функционализированных галогенами углеродных нанотрубок на живые организмы или биомолекулы, крайне немного.

В исследовании [23] отмечается, что легирование углерода неметаллическими гетероатомами может изменить электронную структуру и электрохимические свойства исходных углеродных материалов, что является эффективным методом улучшения их каталитической активности. Были синтезированы легированные фтором углеродные нанотрубки (F-УНТ), которые проявили повышенную каталитическую активность в ходе гетерогенного каталитического озонирования для разложения органических загрязнителей. Эффективность удаления щавелевой кислоты с помощью F-УНТ была примерно в 2 раза выше, чем у чистых УНТ, а также превышала эффективность четырех традиционных катализаторов на основе металлов (ZnO, Al₂O₃, Fe₂O₃ и MnO₂). Исследования с помощью методов рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и КРС подтвердили, что в УНТ происходит образование ковалентных связей C–F и sp2-гибридизация атомов углерода меняется на sp3, что не только приводит к высокой плотности положительного заряда атомов C, соседних с  атомами F,  но и сохраняет неповрежденной делокализованную π-систему углеродной структуры F-УНТ, которая способствует превращению молекул озона (O₃) в активные формы кислорода (АФК) и высокой эффективности разложения щавелевой кислоты. Кроме того, исследования электронно-спинового резонанса показали, что доминирующими АФК, ответственными за разложение щавелевой кислоты в этих каталитических системах, являются супероксидные радикалы (O^2–) и синглетный кислород (¹O₂). Как известно, окислительный стресс является одним из ключевых механизмов токсичности углеродных наноматериалов. Например, в [24] показано снижение жизнеспособности клеток опухоли легких человека A549 по причине развития апоптоза и оксидативного стресса под влиянием МУНТ. Было установлено, что МУНТ способствовали образованию АФК и малонового диальдегида, а также уменьшению активности каталазы и глютатиона.

Легированные фтором углеродные нанотрубки использовались и в [25], где катализатор состава F-УНТ использовался при изготовлении газодиффузионного электрода для электрохимического получения пероксида водорода. Было обнаружено, что легирование F активизирует восстановление кислорода и увеличивает выход H₂O₂. Нанотрубки, содержащие 0.6 M HF (F-УНТ-0.6), обеспечивали более высокий выход H₂O₂ (47.6 мг/л) и выход по току (89.5%), чем у чистых УНТ (29.6 мг/л и 70.1%) при напряжении смещения –1.3 В и pH 7. Установлено, что высокая каталитическая активность F-УНТ-0.6 может сохраняться в пяти последовательных реакционных циклах. Характеристики материала и электрохимические испытания показали, что легирование F не оказало значительного влияния на площадь поверхности УНТ, но увеличило степень их дефектности. Также указано, что повышенная эффективность получения H₂O₂ может быть связана с образованием CF₂ и CF₃ на поверхности УНТ, легированных фтором.

Единичным исследованием, где описано воздействие функционализированных галогеном УНТ на живые клетки, стала работа [26], в которой был синтезирован композит МУНТ – со-легированные фтором и TiO₂. Исследовалась антимикробная и фотокаталитическая активность полученных образцов. Установлено, что композиты обладали улучшенными абсорбционными свойствами в УФ-диапазоне по сравнению с чистым TiO₂. Композиты F–TiO₂–МУНТ показали значительную фотокаталитическую активность в генерации АФК, что нашло отражение в антибактериальных эффектах. Композиты действовали на S. aureus и P. aeruginosa как сильное антибактериальное средство, при этом зона подавления роста культуры S. aureus (22 мм) оказалась выше, чем у P. aeruginosa (18 мм).

Таким образом, с учетом перечисленных выше данных, а также принимая во внимание сообщения об изменении характера переноса электронов в ОУНТ при допировании их йодом [27, 28] и росте фотокаталитической активности МУНТ при модификации их сложными оксидами, содержащими йод [29], можно предположить, что наличие йода на поверхности МУНТ катализирует процессы окисления молекул воды и редукции растворенного в воде кислорода, что способствует образованию АФК, которые являются причиной окислительного стресса, повреждающего клетки. Данные о повышении гидрофильности УНТ при функционализации йодом [30] также могут свидетельствовать о потенциале повышения биодоступности/токсичности таких композитов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Получены композиты МУНТ с йодом и проведены тесты на бактериях E. coli и опухолевых клетках аденокарциномы молочной железы MCF-7.

В тесте на бактериях отмечено существенное увеличение противомикробной активности МУНТ при их модификации 15 и 10 мас. % йода – при концентрациях 0.1 и 0.01 г/л выживаемость бактерий составила менее 2%, в то время как для МУНТ без йода показатель составил 7 и 30% соответственно. Модификация МУНТ 5 мас. % йода также усилила антибактериальные свойства нанотрубок, но менее существенно. На клетки MCF-7 наибольшее цитотоксическое действие оказали МУНТ, содержащие 15 и 10% йода. В отличие от бактерий разница показателей выживаемости клеток по сравнению с чистыми МУНТ была не более 3%. Различия в цитотоксичности между группами I-МУНТ были незначительными. Сравнение влияния йода в составе МУНТ и чистого йода показало, что для бактерий большей токсичностью обладали функционализированные МУНТ в концентрациях выше 0.001 г/л, тогда как для клеток растворы чистого йода обладали большей цитотоксичностью.

Предполагаемым механизмом противомикробного и цитотоксического действия композитов I-МУНТ является окислительный стресс, возникающий в результате образования АФК в водной среде на границе с поверхностью наноматериалов, при этом йод, вероятно, служит дополнительным катализатором этого процесса.

Важным выводом проведенной работы является то, что, варьируя количество йода на стадии синтеза, можно управлять антибактериальными свойствами получаемых композитов I-МУНТ. Безусловно, механизмы отмеченных явлений требуют дальнейшего изучения.

Полученные результаты могут быть полезны при разработке нанотехнологических методов очистки воды от бактериальных загрязнений, а также в биомедицинских исследованиях.

Работа выполнена при финансовой поддержке ФГБОУ ВО “РЭУ им. Г.В. Плеханова”.