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Surface charge-dependent mitochondrial response to similar intracellular nanoparticle contents at sublethal dosages
Particle and Fibre Toxicology ( IF 10 ) Pub Date : 2021-09-26 , DOI: 10.1186/s12989-021-00429-8
Xiaoting Jin 1 , Haiyi Yu 1 , Ze Zhang 1 , Tenglong Cui 1 , Qi Wu 2 , Xiaolei Liu 2 , Jie Gao 2 , Xingchen Zhao 2 , Jianbo Shi 2, 3, 4 , Guangbo Qu 2, 3, 4 , Guibin Jiang 2, 3, 4
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Considering the inevitability for humans to be frequently exposed to nanoparticles (NPs), understanding the biosafety of NPs is important for rational usage. As an important part of the innate immune system, macrophages are widely distributed in vital tissues and are also a dominant cell type that engulfs particles. Mitochondria are one of the most sensitive organelles when macrophages are exposed to NPs. However, previous studies have mainly reported the mitochondrial response upon high-dose NP treatment. Herein, with gold nanoparticles (AuNPs) as a model, we investigated the mitochondrial alterations induced by NPs at a sublethal concentration. At a similar internal exposure dose, different AuNPs showed distinct degrees of effects on mitochondrial alterations, including reduced tubular mitochondria, damaged mitochondria, increased reactive oxygen species, and decreased adenosine triphosphate. Cluster analysis, two-way ANOVA, and multiple linear regression suggested that the surface properties of AuNPs were the dominant determinants of the mitochondrial response. Based on the correlation analysis, the mitochondrial response was increased with the change in zeta potential from negative to positive. The alterations in mitochondrial respiratory chain proteins indicated that complex V was an indicator of the mitochondrial response to low-dose NPs. Our current study suggests potential hazards of modified AuNPs on mitochondria even under sublethal dose, indicates the possibility of surface modification in biocompatibility improvement, and provides a new way to better evaluation of nanomaterials biosafety.

中文翻译:

在亚致死剂量下对类似细胞内纳米颗粒含量的表面电荷依赖性线粒体反应

考虑到人类经常接触纳米颗粒 (NPs) 的必然性,了解 NPs 的生物安全性对于合理使用很重要。作为先天免疫系统的重要组成部分,巨噬细胞广泛分布于重要组织中,也是吞噬颗粒的优势细胞类型。当巨噬细胞暴露于纳米颗粒时,线粒体是最敏感的细胞器之一。然而,以前的研究主要报道了大剂量 NP 治疗后的线粒体反应。在此,我们以金纳米粒子 (AuNPs) 作为模型,研究了亚致死浓度下 NPs 诱导的线粒体改变。在相似的内照射剂量下,不同的 AuNPs 对线粒体改变表现出不同程度的影响,包括减少的管状线粒体、受损的线粒体、活性氧增加,三磷酸腺苷减少。聚类分析、双向方差分析和多元线性回归表明,AuNPs 的表面特性是线粒体反应的主要决定因素。根据相关性分析,随着zeta电位从负变为正,线粒体反应增加。线粒体呼吸链蛋白的改变表明复合物 V 是线粒体对低剂量 NP 反应的指标。我们目前的研究表明,即使在亚致死剂量下,修饰的 AuNPs 对线粒体的潜在危害,表明表面修饰在提高生物相容性方面的可能性,并为更好地评估纳米材料的生物安全性提供了一种新方法。双向方差分析和多元线性回归表明,AuNPs 的表面特性是线粒体反应的主要决定因素。根据相关性分析,随着zeta电位从负变为正,线粒体反应增加。线粒体呼吸链蛋白的改变表明复合物 V 是线粒体对低剂量 NP 反应的指标。我们目前的研究表明,即使在亚致死剂量下,修饰的 AuNPs 对线粒体的潜在危害,表明表面修饰在提高生物相容性方面的可能性,并为更好地评估纳米材料的生物安全性提供了一种新方法。双向方差分析和多元线性回归表明,AuNPs 的表面特性是线粒体反应的主要决定因素。根据相关性分析,随着zeta电位从负变为正,线粒体反应增加。线粒体呼吸链蛋白的改变表明复合物 V 是线粒体对低剂量 NP 反应的指标。我们目前的研究表明,即使在亚致死剂量下,修饰的 AuNPs 对线粒体的潜在危害,表明表面修饰在提高生物相容性方面的可能性,并为更好地评估纳米材料的生物安全性提供了一种新方法。根据相关性分析,随着zeta电位从负变为正,线粒体反应增加。线粒体呼吸链蛋白的改变表明复合物 V 是线粒体对低剂量 NP 反应的指标。我们目前的研究表明,即使在亚致死剂量下,修饰的 AuNPs 对线粒体的潜在危害,表明表面修饰在提高生物相容性方面的可能性,并为更好地评估纳米材料的生物安全性提供了一种新方法。根据相关性分析,随着zeta电位从负变为正,线粒体反应增加。线粒体呼吸链蛋白的改变表明复合物 V 是线粒体对低剂量 NP 反应的指标。我们目前的研究表明,即使在亚致死剂量下,修饰的 AuNPs 对线粒体的潜在危害,表明表面修饰在提高生物相容性方面的可能性,并为更好地评估纳米材料的生物安全性提供了一种新方法。
更新日期:2021-09-28
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