マクロファージに対するナノ粒子の毒性作用

ナノ粒子が広く使用されているため、毒物学者と科学者は同様に、それらの安全性プロファイルをよりよく理解することに関心を持っています。 たとえば、マクロファージに対するナノ粒子の毒性作用は、これらの免疫細胞が体内に入った後にナノ粒子に最初に遭遇することが多いため、さらなる研究が必要です。

最近では 生命科学 研究では、研究者は、ナノ粒子との相互作用に続いてマクロファージで発生する分子変化とその根底にあるメカニズムについて議論しています。

勉強： マクロファージを攻撃するナノ粒子のinvitroレビュー：相互作用と細胞死。 画像クレジット：Kateryna Kon / Shutterstock.com

バックグラウンド

ナノ粒子は、少なくとも1つの次元で100ナノメートル（nm）よりも小さい人工粒子または天然粒子の両方にすることができます。 過去数十年にわたって、ナノテクノロジーは急速に進化し、その後、二酸化チタン、酸化亜鉛（ZnO）、グラフェン、およびより小さな量子ドットなどのナノ粒子の需要が増加しました。 これらのナノ粒子は、衣類、食品、化粧品など多くの産業で広く使用されており、サイズが小さく、優れた光学特性を備えています。

複数の経路への曝露は、ナノ粒子の広範な適用の結果です。 ナノ粒子は、皮膚への接触、吸入、摂取、および静脈内注射によって人体に侵入する可能性があります。 沈着後、ナノ粒子は、上皮細胞、肺マクロファージ、および他のさまざまな細胞タイプによって吸収され、体全体に分布する可能性があります。

ナノ粒子が体内に入ると、脾臓、肝臓、腎臓などの標的臓器に蓄積し、心臓や脳に分布する可能性があります。 最近の研究では、 試験管内で ほとんどのナノ粒子の毒性。これにより、これらの粒子の安全性プロファイルに取り組む緊急性が高まっています。

免疫系と単核食細胞系（MPS）の両方に属するマクロファージは、侵入するナノ粒子の約95％を貪食するため、免疫応答の重要なメンバーです。 ただし、マクロファージは外来ナノ粒子の影響を受けやすく、その結果、組織損傷のプロセスに部分的に関与しています。

調査結果

マクロファージによって内在化された、またはマクロファージを標的とするナノ粒子は、機能的損傷の生成および細胞生存率の低下を通じて細胞毒性を誘発する可能性があります。

現時点の 試験管内で マクロファージモデルは、主に肺胞マクロファージ、ミクログリア、および肝臓マクロファージを考慮します。 KUP5およびHepa1-6細胞株との関連で、銀（Ag）、酸化銅（CuO）、五酸化バナジウム（V₂O₅）、および両方の細胞株のZnOナノ粒子。

ナノ粒子曝露後のマクロファージの細胞毒性に影響を与える物理化学的要因も評価されています。 この目的のために、ナノ粒子のサイズ、形状、電荷、および表面特性は、それらの取り込みおよび細胞相互作用に影響を与える可能性があります。

サイズは、ナノ粒子の取り込みにおける重要な要素であると考えられています。 一般的に、サイズが小さいほど、細胞毒性は大きくなります。

ナノ粒子は、リングやチューブなどのさまざまな形状もあり、球状のナノ粒子は細胞によって最も容易に内在化されます。 特に、球状ナノ粒子は細胞毒性が低く、これは最も毒性の高いナノ粒子が容易に内在化されるという一般的な信念に反しています。

ナノ粒子の表面修飾も、それらの全体的な細胞毒性に寄与します。 たとえば、シリカコーティングは酸化ガドリニウムナノ粒子の生体適合性を大幅に改善し、その結果、細胞毒性を低下させます。

ナノ粒子を介した毒性作用は、遺伝的損傷、酸化ストレス、および炎症反応の形で発生します。 さらに、細胞の変化と相互作用に関連する5つの重要な側面があります。これには、マクロファージによる内在化、DNA損傷、細胞死、および活性酸素種（ROS）とサイトカインの産生が含まれます。

細胞の内在化は、外来粒子が細胞に摂取されるプロセスです。 したがって、このプロセスは、表面分子の物理的および化学的特性の影響を受けます。 侵入するナノ粒子は、主に食作用を介してマクロファージに摂取されます。

ROS生成のメカニズムはナノ粒子間で異なり、ミトコンドリアがROS生成の主な原因です。 重要なことに、すべてのナノ粒子がROS生成を誘発するわけではなく、金属ナノ粒子の大部分はフェントン型反応によるヒドロキシル反応の誘発を通じて毒性を生成します。

ナノ粒子がマクロファージに対する細胞毒性を誘発するメカニズムは、炎症性サイトカインの産生と放出、およびその後の炎症反応である、ナノ粒子の古典的な毒性メカニズムに類似しています。 ナノ粒子はまた、直接接触によって、または酸化ストレスと炎症反応によってDNA損傷を誘発する可能性があります。

細胞死は最も有害な細胞変化であり、アポトーシスの形である可能性があります。これは、プログラム死、オートファジー、壊死、またはプログラムされていない死としても知られています。 さまざまな種類のナノ粒子がさまざまな種類の細胞死を引き起こします。

結論

現在の研究では、研究者はマクロファージに対するナノ粒子の毒性効果を要約しています 試験管内で そして、この相互作用の後に生じる細胞の変化を説明します。 まとめると、ナノ粒子によるマクロファージの毒性は、主にナノ粒子の内在化、炎症反応、酸化ストレス、細胞死、およびDNA損傷によって示されます。

将来的には、研究者は非古典的な毒性メカニズムを調査し、さらに調査する必要があります インビボ ナノ粒子のマクロファージ毒性。