Пугачевский Максим Александрович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики, директор Регионального центра нанотехнологий
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Maksim A. Pugachevskii, Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor at the Department of Nanotechnology, Microelectronics and Engineering Physics, Director of the Regional Center of Nanotechnology
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Крюков Алексей Анатольевич, кандидат медицинских наук, доцент кафедры патологической физиологии, заведующий лабораторией НИИ экспериментальной медицины
ул. К. Маркса, д. 3, г. Курск 305041
Alexey A. Kryukov, Candidate of Sciences (Medicine), Associate Professor of the Department of Pathological Physiology, Head of the Laboratory of the Research Institute of Experimental Medicine
3 K. Marks Str., Kursk 305041
Додонова Светлана Александровна, кандидат медицинских наук, ассистент кафедры патологической физиологии, заместитель декана факультетов стоматологического, медико-профилактического дела и ВСО, младший научный сотрудник НИИ общей патологии
ул. К. Маркса, д. 3, г. Курск 305041
Svetlana A. Dodonova, Candidate of Sciences (Medicine), Assistant of the Department of Pathological Physiology, Deputy Dean of the Faculties of Dentistry, medical-Preventive Care and VSO, Research Assistant of the Research Institute of General Pathology
3 K. Marks Str., Kursk 305041
Артюшкова Елена Борисовна, доктор биологических наук, доцент, директор НИИ экспериментальной медицины, профессор кафедры фармакологии
ул. К. Маркса, д. 3, г. Курск 305041
Elena B. Artyushkova, Doctor of Sciences (Biology), Associate Professor, Director of the Research Institute of Experimental Medicine, Professor of the Department of Pharmacology
3 K. Marks Str., Kursk 305041
Мамонтов Владимир Александрович, аспирант кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Vladimir A. Mamontov, Post-Graduate Student at the Department of Nanotechnology, Microelectronics and Engineering Physics
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Родионов Владимир Викторович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Vladimir V. Rodionov, Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Senior Researcher of the Regional Center of Nanotechnology
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Цель. Исследование биопротекторных свойств аблированных наночастиц диоксида церия по отношению к иммортализованным фибробластам человека в условиях окислительного стресса, вызванного реакцией Фентона.
Методы. Методом лазерной абляции получены наночастицы диоксида церия. Выявлены средние предельные размеры аблированных частиц оксидированного церия с помощью метода атомно-силовой микроскопии. Спектрофотометрическим методом выявлено, что аблированные наночастицы диоксида церия проявляют антиоксидантные свойства и препятствуют деградации красителя метиленового синего в ходе реакции Фентона. Методом сканирующей электронной микроскопии с помощью энергодисперсионной приставки картированы образцы клеточных культур после их инкубации с аблированными наночастицами диоксида церия. Методом МТТ-анализа исследовано влияние аблированных наночастиц диоксида церия на выживаемость культуры клеток BJ TERT в реакции Фентона.
Результаты. Установлены средние предельные размеры аблированных наночастиц диоксида церия, значения которых составляют (61,95±0,1) нм для нецентрифугированного водного раствора и (56,59±0,1) нм для водного раствора, центрифугированного со скоростью 1000 об/мин. Выявлено, что в присутствии аблированных наночастиц диоксида церия степень окислительной деградации метиленового синего в ходе реакции Фентона снижалась. Из полученных СЭМ-изображений клеточных культур с аблированными наночастицами диоксида церия следует, что наночастицы захватываются клетками в процессе инкубации. Статистический анализ по результатам МТТ-анализа показал, что 6-часовая и 24-часовая инкубация с аблированными наночастицами диоксида церия оказывает выраженное защитное действие на клеточную линию BJ TERT.
Заключение. В данной работе показано, что в ходе реакции Фентона наночастицы диоксида церия предотвращают окислительную деградацию красителя метиленового синего. При инкубации иммортализованных фибробластов человека аблированные наночастицы оксида церия захватываются клетками и оказывают на них значительное защитное действие в окислительной реакции. Высокая антиоксидантная активность наночастиц определяется высоким содержанием функциональных дефектов на поверхности наночастиц, полученных в резко неравновесных условиях лазерной абляции.
Purpose. Study of the bioprotective properties of ablated cerium dioxide nanoparticles in relation to immortalized human fibroblasts under conditions of oxidative stress caused by the Fenton reaction.
Methods. Cerium dioxide nanoparticles with pronounced antioxidant properties were obtained using laser ablation. The average maximum sizes of ablated particles of oxidized cerium in non-centrifuged and centrifuged at a speed of 1000 rpm nanodispersed aqueous solutions were revealed using the method of atomic force microscopy. The spectrophotometric method revealed that ablated cerium dioxide nanoparticles exhibit antioxidant properties and prevent the degradation of the methylene blue dye during the Fenton reaction. Cell culture samples were mapped using scanning electron microscopy using an energy-dispersive attachment after their incubation with ablated cerium dioxide nanoparticles. Using MTT analysis, the effect of ablated cerium dioxide nanoparticles on the survival of BJ TERT cell culture in the Fenton reaction was studied. Non-centrifuged and centrifuged at a speed of 1000 rpm nanodispersed solutions of oxidized cerium were used. The antioxidant activity of cerium dioxide nanoparticles after 6- and 24-hour incubation was studied.
Results. The average limiting sizes of ablated cerium dioxide nanoparticles have been established, the values of which are (61,95±0,1) nm for a non-centrifuged aqueous solution and (56,59±0,1) nm for an aqueous solution centrifuged at a microcentrifuge speed of 1000 rpm. It was revealed that in the presence of ablated cerium dioxide nanoparticles, the degree of oxidative degradation of methylene blue during the Fenton reaction was significantly reduced. It was found that with an increase in the concentration of ablated cerium dioxide nanoparticles from 20 to 1000 mg/l, their antioxidant effect increased. From the obtained SEM images of cell cultures with ablated cerium dioxide nanoparticles, it follows that the nanoparticles are captured by cells during incubation and can have a significant effect on oxidative processes during the Fenton reaction. Statistical analysis based on the results of the MTT assay showed that 6-hour and 24-hour incubation with ablated cerium dioxide nanoparticles had a pronounced protective effect on the BJ TERT cell line.
Conclusion. This work shows that during the Fenton reaction, cerium dioxide nanoparticles prevent the oxidative degradation of the methylene blue dye. When immortalized human fibroblasts are incubated, ablated cerium oxide nanoparticles are taken up by the cells and have a significant protective effect on them in the oxidative reaction. The high antioxidant activity of nanoparticles is determined by the high content of functional defects on the surface of nanoparticles obtained under sharply nonequilibrium conditions of laser ablation.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.