Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 83374 10.29039/rusjbpc.2023.0631 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ REGULATION OF THE REDOX-DEPENDENT MECHANISM OF ERYTHROCYTE ADAPTATION BY CERIUM DIOXIDE NANOPARTICLES РЕГУЛЯЦИЯ РЕДОКС-ЗАВИСИМОГО МЕХАНИЗМА АДАПТАЦИИ ЭРИТРОЦИТОВ НАНОЧАСТИЦАМИ ДИОКСИДА ЦЕРИЯ Войнаровский В. В. Voinarovski V. V. voynarovskiy197@mail.ru Мартинович Г. Г. Martinovich G. G. martinovichgg@bsu.by Белорусский государственный университет Минск Беларусь Belarusian State University Minsk Belarus Белорусский государственный университет Минск Беларусь Belarusian State University Minsk Belarus 27 05 2024 27 05 2024 8 3 342 346 28 07 2023 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/83374/view

В представленной работе проведен анализ редокс-активности наночастиц диоксида церия (НДЦ) различных размеров и исследована их способность регулировать адаптационные механизмы эритроцитов в присутствии пероксида водорода. Наночастицы диоксида церия различных размеров синтезировали методом гомогенного осаждения в присутствии гексаметилентетрамина при температуре 60°C и различном времени синтеза. Редокс-свойства наночастиц диоксида церия оценивали спектрофлуориметрически на основе изменения скорости окисления 2’,7’-дихлордигидрофлуоресцеина пероксидом водорода. Показано, что из трех исследуемых размеров наибольшей стабильностью и агрегационной устойчивостью обладают наиболее крупные наночастицы. Методом электронной сканирующей микроскопии установлено, что данные наночастицы имеют преимущественно сферическую форму средним диаметром 50 нм и не содержат примесных атомов. В результате исследований в бесклеточных растворах обнаружено, что НДЦ проявляют антиоксидантные свойства и снижают скорость окисления 2’,7’-дихлордигидрофлуоресцеина пероксидом водорода. Предварительное инкубирование эритроцитов с пероксидом водорода при концентрации 100–300 мкМ позволяет снизить долю гемолизированных клеток при разрушении нитратом серебра. Применение наночастиц диоксида церия приводит к потенцированию защитного эффекта и сдвигу области гормезиса в сторону меньших концентраций пероксида водорода.

In the present work, were analyzed the redox activity of cerium dioxide (CDC) nanoparticles of various sizes and studied their ability to regulate the adaptive mechanisms of erythrocytes in the presence of hydrogen peroxide. Cerium dioxide nanoparticles of various sizes were synthesized by homogeneous precipitation in the presence of hexamethylenetetramine at a temperature of 60°C and various synthesis times. The redox properties of cerium dioxide nanoparticles were evaluated spectrofluorimetrically based on the change in the rate of oxidation of 2',7'-dichlorodihydrofluorescein with hydrogen peroxide. It was shown that of the three sizes studied, the largest nanoparticles have the highest stability and aggregation resistance. Using the method of scanning electron microscopy, it was found that these nanoparticles have a predominantly spherical shape with an average diameter of 50 nm and do not contain impurity atoms. As a result of studies in cell-free solutions, it was found that NDC exhibit antioxidant properties and reduce the rate of oxidation of 2',7'-dichlorodihydrofluorescein by hydrogen peroxide. Preliminary incubation of erythrocytes with hydrogen peroxide at a concentration of 100–300 μM makes it possible to reduce the proportion of hemolyzed cells upon destruction by silver nitrate. The use of cerium dioxide nanoparticles leads to a potentiation of the protective effect and a shift in the hormesis region towards lower concentrations of hydrogen peroxide.

 Наночастицы диоксида церия эритроциты пероксид водорода адаптация Cerium dioxide nanoparticles erythrocytes hydrogen peroxide adaptation

Мартинович Г.Г. Активные формы кислорода в регуляции функций и свойств клеток: явления и механизмы. Минск: БГУ, 2021, 239 с. Martinovich G.G. Reactive oxygen species in the regulation of cell functions and properties: phenomena and mechanisms. Minsk: BSU, 2021, 239 p. (In Russ.). Sies H., Jones D.P. Reactive oxygen species (ROS) as pleiotropic physiological signalling agents. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 2020, vol. 21, no. 3, pp. 1-21, doi: 10.1038/s41580-020-0230-3. Sies H., Jones D.P. Reactive oxygen species (ROS) as pleiotropic physiological signalling agents. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 2020, vol. 21, no. 3, pp. 1-21, doi: 10.1038/s41580-020-0230-3. Huang Y., Jinsong R., Xiaogang Q. Nanozymes: Classification, Catalytic Mechanisms, Activity Regulation, and Applications. Chem Rev, 2019, vol. 119, no. 6, pp. 4357-4412, doi: 10.1021/acs.chemrev.8b00672. Huang Y., Jinsong R., Xiaogang Q. Nanozymes: Classification, Catalytic Mechanisms, Activity Regulation, and Applications. Chem Rev, 2019, vol. 119, no. 6, pp. 4357-4412, doi: 10.1021/acs.chemrev.8b00672. Voinarovski V.V., Martinovich G.G. Protective effect of hydrogen peroxide during erythrocyte hemolysis by silver nanoparticles. Biophysics, 2022, vol. 67, no. 5, pp. 734-743, doi: 10.1134/S0006350922050220. Voinarovski V.V., Martinovich G.G. Protective effect of hydrogen peroxide during erythrocyte hemolysis by silver nanoparticles. Biophysics, 2022, vol. 67, no. 5, pp. 734-743, doi: 10.1134/S0006350922050220. Щербаков А.Б., Иванова О.С., Спивак Н.Я., Козик В.В., Иванов В.К. Синтез и биомедицинские применения нанодисперсного диоксида церия. Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, 2016, 474 с. Scherbakov A.B., Ivanova O.S., Spivak N.J., Kozik V.V. Synthesis and biomedical applications of nanosized cerium dioxide. Tomsk: Publishing house of tomsk state university, 2016, 474 p. (In Russ.). Стрельцов Е.А., Электрохимия полупроводников. Минск: БГУ, 2012, 159 с. Strelcov E.A. Electrochemistry of semiconductors. Minsk: BSU, 2012, 159 p. (In Russ.). Younis A., Chu D., Li S. Cerium Oxide Nanostructures and their Applications, Functionalized Nanomaterials, 2016, vol. 3, pp. 53-68, doi: 10.5772/65937. Younis A., Chu D., Li S. Cerium Oxide Nanostructures and their Applications, Functionalized Nanomaterials, 2016, vol. 3, pp. 53-68, doi: 10.5772/65937. Voinarouski V.V., Martinovich G.G. Regulation of the structural stability of erythrocytes by hydrogen peroxide: mathematical model and experiment. Biochem. (Moscow) Suppl. Ser. A., 2022. vol. 16, no. 1, pp. 91-105, doi: 10.1134/S1990747822010093. Voinarouski V.V., Martinovich G.G. Regulation of the structural stability of erythrocytes by hydrogen peroxide: mathematical model and experiment. Biochem. (Moscow) Suppl. Ser. A., 2022. vol. 16, no. 1, pp. 91-105, doi: 10.1134/S1990747822010093.