Senior fellow à la Faculté de chimie, MSU, Vladimir Bochenkov, avec ses collègues du Danemark, ont établi le mécanisme d'interaction des nanoparticules d'argent avec les cellules du système immunitaire. L'étude est publiée dans la revue Communication Nature .

"Actuellement, un grand nombre de produits contiennent des nanoparticules d'argent - médicaments antibactériens, dentifrice, polit, des peintures, filtres, emballage, articles médicaux et textiles. Le fonctionnement de ces produits réside dans la capacité de l'argent à se dissoudre sous oxydation et à former des ions Ag+ aux propriétés germicides. À la fois, il existe des données de recherche in vitro montrant la toxicité des nanoparticules d'argent pour divers organes, dont le foie, cerveau et poumons. À cet égard, il est essentiel d'étudier les processus se produisant avec les nanoparticules d'argent dans les environnements biologiques, et les facteurs affectant leur toxicité, ", dit Vladimir Bochenkov.

L'étude est consacrée à la couronne protéique - une couche de molécules de protéines adsorbées qui se forme à la surface des nanoparticules d'argent lors de leur contact avec l'environnement biologique, par exemple, en sang. Cette couronne protéique masque les nanoparticules et détermine en grande partie leur devenir, y compris la vitesse d'élimination du corps, la capacité de pénétrer jusqu'à un type cellulaire particulier, la répartition entre les organes, etc.

Selon les dernières recherches, la couronne protéique est constituée de deux couches :une couronne dure et rigide constituée de molécules de protéines étroitement liées à des nanoparticules d'argent; et une couronne douce, constitué de molécules de protéines faiblement liées en équilibre dynamique avec la solution. Jusqu'à maintenant, la couronne molle a été très peu étudiée en raison de difficultés expérimentales - les nanoparticules faiblement liées qui ont été séparées de la solution de protéines facilement désorbées, ne laissant que la couronne rigide sur la surface des nanoparticules.

La taille des nanoparticules d'argent étudiées était de 50 à 88 nm, et le diamètre des protéines qui constituaient la couronne étaient de trois à sept nm. Les scientifiques ont réussi à étudier les nanoparticules d'argent avec la couronne protéique in situ, sans les retirer du milieu biologique. En raison de la résonance plasmonique de surface localisée utilisée pour sonder l'environnement près de la surface des nanoparticules d'argent, les fonctions de la couronne molle ont été principalement étudiées.

"Dans le travail, nous avons montré que la couronne peut affecter la capacité des nanoparticules à se dissoudre en cations argent Ag+, qui déterminent l'effet toxique. En l'absence d'une couronne molle (partageant rapidement la couche moyenne de protéines avec l'environnement), les cations argent sont associés aux acides aminés soufrés dans le milieu sérique, en particulier la cystéine et la méthionine, et précipiter sous forme de nanocristaux Ag2S dans la couronne dure, ", dit Vladimir Bochenkov.

Ag2S (sulfure d'argent) se forme facilement à la surface de l'argent même dans l'air en présence de traces d'hydrogène sulfuré. Le soufre fait également partie de nombreuses biomolécules contenues dans l'organisme, provoquant la réaction de l'argent et sa conversion en sulfure. La formation de nanocristaux Ag2S due à une faible solubilité réduit la biodisponibilité des ions Ag+, réduire la toxicité des nanoparticules d'argent à zéro. Avec une quantité suffisante des sources de soufre d'acides aminés disponibles pour la réaction, tout l'argent potentiellement toxique est converti en sulfure insoluble non toxique. C'est ce qui se passe en l'absence d'une couronne douce.

En présence d'une couronne douce, les nanocristaux de sulfure d'argent Ag2S sont formés en plus petites quantités ou ne sont pas formés du tout. Les scientifiques attribuent cela au fait que les molécules de protéines faiblement liées transfèrent les ions Ag+ des nanoparticules dans la solution, laissant ainsi le sulfure non cristallisé. Ainsi, les protéines de la couronne molle sont des véhicules pour les ions argent.

Cet effet, les scientifiques croient, doit être pris en compte lors de l'analyse de la stabilité des nanoparticules d'argent dans un environnement protéique, et dans l'interprétation des résultats des études de toxicité. Des études de viabilité cellulaire du système immunitaire (macrophages de la lignée murine J774) ont confirmé la réduction de la toxicité cellulaire des nanoparticules d'argent lors de la sulfuration (en l'absence de couronne molle).

Le défi de Vladimir Bochenkov était de simuler les spectres de résonance plasmonique des systèmes impliqués et de créer le modèle théorique qui a permis la détermination quantitative de la teneur en sulfure d'argent in situ autour des nanoparticules, suite au changement des bandes d'absorption dans les spectres expérimentaux. Étant donné que la fréquence de la résonance plasmon est sensible à un changement de constante diélectrique près de la surface des nanoparticules, les changements dans les spectres d'absorption contiennent des informations sur la quantité de sulfure d'argent formé.

Connaissance des mécanismes de formation et de la dynamique du comportement de la couronne protéique, et les informations sur sa composition et sa structure sont extrêmement importantes pour comprendre la toxicité et les dangers des nanoparticules pour le corps humain. La formation de la couronne de protéines pourrait être utilisée pour administrer des médicaments dans le corps, y compris pour le traitement du cancer.