zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-769Research ArticleСтатьиПРИМЕНЕНИЕ СПЕКТРОСКОПИИ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ АКТИВАЦИИ НЕЙТРОФИЛОВ УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИAPPLICATION OF RAMAN SPECTROSCOPY FOR STUDYING THE MECHANISMS OF NEUTROPHIL ACTIVATION BY CARBON NANOTUBESГолубеваЕ. Н.GolubewaL. N.

Minsk, 220006

КулаговаТ. А.KulahavaT. A.

220006, Минск;

220030, Минск

Minsk, 220006;

Minsk, 220030

tatyana_kulagova@tut.byЛеоникЮ. С.LeonikY. S.

220030, Минск

Minsk, 220030

ШубаМ. В.ShubaM. V.

220006, Минск

Minsk, 220006

СеменковаГ. Н.SemenkovaG. N.

220030, Минск

Minsk, 220030

Институт ядерных проблем Белорусского государственного университетаInstitute for Nuclear Problems of Belarusian State UniversityИнститут ядерных проблем Белорусского государственного университета; Белорусский государственный университетInstitute for Nuclear Problems of Belarusian State University; Belarusian State UniversityБелорусский государственный университетBelarusian State University2021290120218818795Copyright © Голубева Е.Н., Кулагова Т.А., Леоник Ю.С., Шуба М.В., Семенкова Г.Н., 20212021Голубева Е.Н., Кулагова Т.А., Леоник Ю.С., Шуба М.В., Семенкова Г.Н.Golubewa L.N., Kulahava T.A., Leonik Y.S., Shuba M.V., Semenkova G.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/769

Определены механизмы активации нейтрофилов при взаимодействии с многостенными углеродными нанотрубками (МУНТ), функционализированными группами –СООН (МУНТ-СООН), и в комплексах с ДНК (МУНТ-СООН/ДНК) с применением метода комбинационного рассеяния света (КР). Выявлено, что короткие (100—300 нм) МУНТ-СООН и МУНТ-СООН/ДНК при взаимодействии с нейтрофилами вызывают реорганизацию цитоскелета: активируют полимеризацию в клетках G-актина до F-актина. Методом КР-спектроскопии установлено, что исследуемые УНТ не фагоцитируются нейтрофилами. МУНТ-СООН усиливают генерацию активных форм кислорода и хлора нейтрофилами: повышение активности НАДФН-оксидазы зарегистрировано в суспензии клеток. Взаимодействие нейтрофилов с МУНТ-СООН/ДНК приводит к угнетению кислородактивирующей способности фагоцитов и образованию нейтрофильных внеклеточных ловушек с включением углеродных наноструктур. Свободнорадикальные продукты, генерируемые нейтрофилами, нарушают кристаллическую структуру МУНТ

Using the Raman spectroscopy method we determined the mechanisms of neutrophil activation under the interaction with multi-walled сarbon nanotubes (MWCNTs) functionalized by the COOH groups (MWCNT-COOH) and in complexes with DNA (MWCNT-COOH/DNA). It was revealed that short (100–300 nm) MWCNT-COOH and MWCNT-COOH/DNA, when interacting with neutrophils, cause cytoskeleton reorganization, namely, they activate G-actin polymerization to F-actin in cells. Raman spectroscopy revealed that the investigated CNTs are not phagocytosed by neutrophils. MWCNT-COOH enhance the generation of reactive oxygen and chlorine species by neutrophils, which is confirmed by increasing the NADPH oxidase activity in the cell suspension. The interaction of neutrophils with MWCNT-COOH/DNA leads to the inhibition of the phagocyte oxygen-activating ability and to the formation of neutrophilic extracellular traps with the inclusion of carbon nanostructures. The free radical products generated by neutrophils disrupt the crystal structure of MWCNTs.

спектроскопия комбинационного рассеяния светамногостенные углеродные нанотрубкинейтрофилыфагоцитозактивные формы кислородахемилюминесценцияRaman spectroscopymulti-walled carbon nanotubesneutrophilsphagocytosisreactive oxygen specieschemiluminescenceReferencesK. D. Patel, R. K. Singh, H.-W. Kim. Mater. Horiz., 6 (2019) 434—469K. D. Patel, R. K. Singh, H.-W. Kim. Mater. Horiz., 6 (2019) 434—469M. Taale, F. Schütt, K. Zheng, Y. Kumar Mishra, A. R. Boccaccini, R. Adelung, C. SelhuberUnkel. ACS Appl. Mat. Interf., 10, N 50 (2018) 43874—43886M. Taale, F. Schütt, K. Zheng, Y. Kumar Mishra, A. R. Boccaccini, R. Adelung, C. SelhuberUnkel. ACS Appl. Mat. Interf., 10, N 50 (2018) 43874—43886H. V. Grushevskaya, V. V. Hrushevsky, N. G. Krylova, T. A. Kulahava, I. V. Lipnevich, T. I. Orekhovskaya, G. N. Semenkova, B. G. Shulitsky. Int. J. Nonlin. Phen. in Complex Sys., 13, N 4 (2010) 396—408H. V. Grushevskaya, V. V. Hrushevsky, N. G. Krylova, T. A. Kulahava, I. V. Lipnevich, T. I. Orekhovskaya, G. N. Semenkova, B. G. Shulitsky. Int. J. Nonlin. Phen. in Complex Sys., 13, N 4 (2010) 396—408I. A. Chelnokova, L. N. Golubewa, M. N. Starodubtseva, T. A. Kulahava, Y. N. Kunitskaya, P. M. Bulai, I. E. Starodubtsev, Yu. S. Kharin, M. V. Shuba. J. Nanopart. Res., 22, N 144 (2020)I. A. Chelnokova, L. N. Golubewa, M. N. Starodubtseva, T. A. Kulahava, Y. N. Kunitskaya, P. M. Bulai, I. E. Starodubtsev, Yu. S. Kharin, M. V. Shuba. J. Nanopart. Res., 22, N 144 (2020)Е. Н. Голубева, М. В. Шуба, Н. В. Васильев, Т. А. Кулагова. Журн. прикл. спектр., 85, № 6 (2018) 999—1005 [E. N. Golubewa, M. V. Shuba, M. V. Vasilieu, T. A. Kulahava. J. Appl. Spectr., 85, N 6 (2018) 1121—1127]Е. Н. Голубева, М. В. Шуба, Н. В. Васильев, Т. А. Кулагова. Журн. прикл. спектр., 85, № 6 (2018) 999—1005 [E. N. Golubewa, M. V. Shuba, M. V. Vasilieu, T. A. Kulahava. J. Appl. Spectr., 85, N 6 (2018) 1121—1127]L. Golubewa, T. Kulahava, Y. Kunitskaya, P. Bulai, M. Shuba, R. Karpicz. BBRC, 529, N 3 (2020) 647—651L. Golubewa, T. Kulahava, Y. Kunitskaya, P. Bulai, M. Shuba, R. Karpicz. BBRC, 529, N 3 (2020) 647—651B. S. Wong, S. L. Yoong, A. Jagusiak, T. Panczyk, H. K. Ho, W. H. Ang, G. Pastorin. Adv. Drug. Deliv. Rev., 65, N 15 (2013) 1964—2015B. S. Wong, S. L. Yoong, A. Jagusiak, T. Panczyk, H. K. Ho, W. H. Ang, G. Pastorin. Adv. Drug. Deliv. Rev., 65, N 15 (2013) 1964—2015A. M. Elhissi, W. Ahmed, I. U. Hassan, V. R. Dhanak, A. D’Emanuele. J. Drug Deliv. (2012) 837327A. M. Elhissi, W. Ahmed, I. U. Hassan, V. R. Dhanak, A. D’Emanuele. J. Drug Deliv. (2012) 837327H. K. Moon, S. H. Lee, H. C. Choi. ACS Nano, 3, N 11 (2009) 3707—3713H. K. Moon, S. H. Lee, H. C. Choi. ACS Nano, 3, N 11 (2009) 3707—3713L. Golubewa, I. Timoshchenko, O. Romanov, R. Karpicz, T. Kulahava, D. Rutkauskas, M. Shuba, A. Dementjev, Y. Svirko, P. Kuzhir. Sci. Rep., 10, N 1 (2020) 22174L. Golubewa, I. Timoshchenko, O. Romanov, R. Karpicz, T. Kulahava, D. Rutkauskas, M. Shuba, A. Dementjev, Y. Svirko, P. Kuzhir. Sci. Rep., 10, N 1 (2020) 22174E. Kolaczkowska, P. Kubes. Nat. Rev. Immunol., 13 (2013) 159—175E. Kolaczkowska, P. Kubes. Nat. Rev. Immunol., 13 (2013) 159—175Е. И. Коваленко, Г. Н. Семенкова, С. Н. Черенкевич. Цитология, 49, N 10 (2007) 837—847Е. И. Коваленко, Г. Н. Семенкова, С. Н. Черенкевич. Цитология, 49, N 10 (2007) 837—847G. N. Semenkova, S. N. Cherenkevich, V. I. Levin, A. I. Svirnovskiĭ. Biofizika, 30, N 5 (1985) 864—867G. N. Semenkova, S. N. Cherenkevich, V. I. Levin, A. I. Svirnovskiĭ. Biofizika, 30, N 5 (1985) 864—867V. Brinkmann, U. Reichard, C. Goosmann, B. Fauler, Y. Uhlemann, D. S. Weiss, Y. Weinrauch, A. Zychlinsky. Science, 303 (2004) 1532—1535V. Brinkmann, U. Reichard, C. Goosmann, B. Fauler, Y. Uhlemann, D. S. Weiss, Y. Weinrauch, A. Zychlinsky. Science, 303 (2004) 1532—1535V. Papayannopoulos. Nat. Rev. Immunol., 18 (2018) 134—147V. Papayannopoulos. Nat. Rev. Immunol., 18 (2018) 134—147В. Н. Мальцева, В. Г. Сафронова. Цитология, 51, N 6 (2009) 467—474В. Н. Мальцева, В. Г. Сафронова. Цитология, 51, N 6 (2009) 467—474M. Graf, R. Prins, R. Merchant. J. Immunol., 166 (2001) 121—129M. Graf, R. Prins, R. Merchant. J. Immunol., 166 (2001) 121—129E. Di Carlo, G. Forni, P. L. Lollini, M. P. Colomobo, A. Modesti, P. Musiani. Blood, 97 (2001) 339—345E. Di Carlo, G. Forni, P. L. Lollini, M. P. Colomobo, A. Modesti, P. Musiani. Blood, 97 (2001) 339—345K. Watari, A. Tojo, T. Nagamura-Inoue, M. Matsuoka, S. Irie, K. Tani, Y. Yamada, S. Asano. Cancer, 89 (2000) 551—560K. Watari, A. Tojo, T. Nagamura-Inoue, M. Matsuoka, S. Irie, K. Tani, Y. Yamada, S. Asano. Cancer, 89 (2000) 551—560Z. Sun, P. Yang. Lancet Oncol., 5 (2004) 182—190Z. Sun, P. Yang. Lancet Oncol., 5 (2004) 182—190Q. D. Wu, J. H. Wang, C. Condron, D. Bouchier-Hayes, H. P. Redmond. Am. J. Physiol. Cell. Physiol., 280 (2001) 814—822Q. D. Wu, J. H. Wang, C. Condron, D. Bouchier-Hayes, H. P. Redmond. Am. J. Physiol. Cell. Physiol., 280 (2001) 814—822S.-C. Hung, N. Rajasekaran, S. Zhu, Z. Ma, E. Ghosn, E. D. Mellins J. Immunol., 200, 1 Suppl. (2018) 175.23S.-C. Hung, N. Rajasekaran, S. Zhu, Z. Ma, E. Ghosn, E. D. Mellins J. Immunol., 200, 1 Suppl. (2018) 175.23C. Farrera, K. Bhattacharya, B. Lazzaretto, F. T. Andón, K. Hultenby, G. P. Kotchey, A. Star, B. Fadeel. Nanoscale, 6 (2014) 6974—6983C. Farrera, K. Bhattacharya, B. Lazzaretto, F. T. Andón, K. Hultenby, G. P. Kotchey, A. Star, B. Fadeel. Nanoscale, 6 (2014) 6974—6983M. Pacurari, X. J. Yin, J. Zhao, M. Ding, S. S. Leonard, D. Schwegler-Berry, B. S. Ducatman, D. Sbarra, M. D. Hoover, V. Castranova, V. Vallyathan. Environ. Health Perspect., 116, N 9 (2008) 1211—1217M. Pacurari, X. J. Yin, J. Zhao, M. Ding, S. S. Leonard, D. Schwegler-Berry, B. S. Ducatman, D. Sbarra, M. D. Hoover, V. Castranova, V. Vallyathan. Environ. Health Perspect., 116, N 9 (2008) 1211—1217Y. Jiang, H. Zhang, Y. Wang, M. Chen, S. Ye, Z. Hou, L. Ren. PLoS One., 8, N 6 (2013) е65756Y. Jiang, H. Zhang, Y. Wang, M. Chen, S. Ye, Z. Hou, L. Ren. PLoS One., 8, N 6 (2013) е65756F. A. Murphy, C. A. Poland, R. Duffin, K. T. Al-Jamal, H. Ali-Boucetta, A. Nunes, F. Byrne, A. Prina-Mello, Y. Volkov, S. Li, S. J. Mather, A. Bianco, M. Prato, W. MacNee, W. A. Wallace, K. Kostarelos, H. Donaldson. Am. J. Pathol., 178 (2011) 2587—2600F. A. Murphy, C. A. Poland, R. Duffin, K. T. Al-Jamal, H. Ali-Boucetta, A. Nunes, F. Byrne, A. Prina-Mello, Y. Volkov, S. Li, S. J. Mather, A. Bianco, M. Prato, W. MacNee, W. A. Wallace, K. Kostarelos, H. Donaldson. Am. J. Pathol., 178 (2011) 2587—2600M. S. P. Boyles, L. C. Stoehr, P. Schlinkert, M. Himly, A. Duschl. Fibers, 2, N 1 (2014) 45—74M. S. P. Boyles, L. C. Stoehr, P. Schlinkert, M. Himly, A. Duschl. Fibers, 2, N 1 (2014) 45—74I. Fenoglio, E. Aldieri, E. Gazzano, F. Cesano, M. Colonna, D. Scarano, G. Mazzucco, A. Attanasio, Y. Yakoub, D. Lison, B. Fubini. Chem. Res. Toxicol., 25, N 1 (2012) 74—82I. Fenoglio, E. Aldieri, E. Gazzano, F. Cesano, M. Colonna, D. Scarano, G. Mazzucco, A. Attanasio, Y. Yakoub, D. Lison, B. Fubini. Chem. Res. Toxicol., 25, N 1 (2012) 74—82J. Dong, D. W. Porter, L. A. Batteli, M. G. Wolfarth, D. L. Richardson, Q. Ma. Arch. Toxicol., 89, N 4 (2015) 621—633J. Dong, D. W. Porter, L. A. Batteli, M. G. Wolfarth, D. L. Richardson, Q. Ma. Arch. Toxicol., 89, N 4 (2015) 621—633M. V. Shuba, A. G. Paddubskaya, P. P. Kuzhir, S. A. Maksimenko, V. Ksenevich, G. Niaura, D. Seliuta, I. Kašalynas, G. Valusis. Nanotechnol., 23 (2012) 495714M. V. Shuba, A. G. Paddubskaya, P. P. Kuzhir, S. A. Maksimenko, V. Ksenevich, G. Niaura, D. Seliuta, I. Kašalynas, G. Valusis. Nanotechnol., 23 (2012) 495714Н. В. Глебова, А. А. Нечитайлов. Письма в ЖТФ, 36, N 19 (2010) 45—50Н. В. Глебова, А. А. Нечитайлов. Письма в ЖТФ, 36, N 19 (2010) 45—50Н. В. Васильев, М. В. Шуба, Е. Н. Голубева, Т. А. Кулагова, С. Н. Черенкевич. Cб. статей XII съезда БООФиБ “Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосистем”, 28—30 июня 2016 г., 2, Минск, изд. центр БГУ (2016) 229—233Н. В. Васильев, М. В. Шуба, Е. Н. Голубева, Т. А. Кулагова, С. Н. Черенкевич. Cб. статей XII съезда БООФиБ “Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосистем”, 28—30 июня 2016 г., 2, Минск, изд. центр БГУ (2016) 229—233A. Boyum. Tissue Antigens, 4 (2004) 269—274A. Boyum. Tissue Antigens, 4 (2004) 269—274Ю. А. Владимиров, Е. В. Проскурина. Успехи биол. химии, 49 (2009) 341—388Ю. А. Владимиров, Е. В. Проскурина. Успехи биол. химии, 49 (2009) 341—388T. Kuznetsova, T. Kulahava, I. Zholnerevich, N. Amaegberi, G. Semenkova, O. Shadyro, J. Arnhold. Mol. Immunol., 87 (2017) 317—324T. Kuznetsova, T. Kulahava, I. Zholnerevich, N. Amaegberi, G. Semenkova, O. Shadyro, J. Arnhold. Mol. Immunol., 87 (2017) 317—324C. G. Atkins, K. Buckley, M. W. Blades, R. F. B. Turner. Appl. Spectrosc., 71, N 5 (2017) 767—793C. G. Atkins, K. Buckley, M. W. Blades, R. F. B. Turner. Appl. Spectrosc., 71, N 5 (2017) 767—793N. M. Sijtsema, A. G. J. Tibbe, G. M. J. Segers-Nolten, A. J. Verhoeven, R. S. Weening, J. Greve, C. Otto. Biophys. J., 78 (2000) 2606—2613N. M. Sijtsema, A. G. J. Tibbe, G. M. J. Segers-Nolten, A. J. Verhoeven, R. S. Weening, J. Greve, C. Otto. Biophys. J., 78 (2000) 2606—2613H. J. Van Manen, N. Uzunbajakava, R. van Bruggen, D. Roos, C. Otto. J. Am. Chem. Soc., 125, N 40 (2003) 12112—12113H. J. Van Manen, N. Uzunbajakava, R. van Bruggen, D. Roos, C. Otto. J. Am. Chem. Soc., 125, N 40 (2003) 12112—12113A. G. Masyutin, D. V. Bagrov, I. I. Vlasova, I. I. Nikishin, D. V. Klinov, K. A. Sychevskaya, G. E. Onishchenko, M. V. Erokhina. Nanomaterials, 8, N 9 (2018) 715A. G. Masyutin, D. V. Bagrov, I. I. Vlasova, I. I. Nikishin, D. V. Klinov, K. A. Sychevskaya, G. E. Onishchenko, M. V. Erokhina. Nanomaterials, 8, N 9 (2018) 715D. W. Shipp, F. Sinjab, I. Notingher. Adv. Opt. Photonic., 9, N 2 (2017) 315—428D. W. Shipp, F. Sinjab, I. Notingher. Adv. Opt. Photonic., 9, N 2 (2017) 315—428V. Jaumouillé, S. Grinstein. Curr. Opin. Cell Biol., 23 (2011) 22—29V. Jaumouillé, S. Grinstein. Curr. Opin. Cell Biol., 23 (2011) 22—29M. S. Boyles, L. Young, D. M. Brown, L. MacCalman, H. Cowie, A. Moisala, F. Smail, P. J. Smith, L. Proudfoot, A. H. Windle, V. Stone. Toxicol. In Vitro, 29, N 7 (2015) 1513—1528M. S. Boyles, L. Young, D. M. Brown, L. MacCalman, H. Cowie, A. Moisala, F. Smail, P. J. Smith, L. Proudfoot, A. H. Windle, V. Stone. Toxicol. In Vitro, 29, N 7 (2015) 1513—1528I. Fenoglio, E. Aldieri, E. Gazzano, F. Cesano, M. Colonna, D. Scarano, G. Mazzucco, A. Attanasio, Y. Yakoub, D. Lison, B. Fubini. Chem. Res. Toxicol., 25, N 1 (2012) 74—82I. Fenoglio, E. Aldieri, E. Gazzano, F. Cesano, M. Colonna, D. Scarano, G. Mazzucco, A. Attanasio, Y. Yakoub, D. Lison, B. Fubini. Chem. Res. Toxicol., 25, N 1 (2012) 74—82K. Futosi, S. Fodor, A. Mócsai. Int. Immunopharmacol., 17, N 3 (2013) 638—650K. Futosi, S. Fodor, A. Mócsai. Int. Immunopharmacol., 17, N 3 (2013) 638—650K. Pulskamp, S. Diabaté, H. F. Krug. Toxicol. Lett., 168, N 1 (2007) 58—74K. Pulskamp, S. Diabaté, H. F. Krug. Toxicol. Lett., 168, N 1 (2007) 58—74B. Chen, Y. Liu, W. M. Song, Y. Hayashi, X. C. Ding, W. H. Li. Biomed. Environ. Sci., 24, N 6 (2011) 593—601B. Chen, Y. Liu, W. M. Song, Y. Hayashi, X. C. Ding, W. H. Li. Biomed. Environ. Sci., 24, N 6 (2011) 593—601A. Shvedova, A. Pietroiusti, B. Fadeel, V. Kagan. Toxicol. Appl. Pharmacol., 261, N 2 (2012) 121—133A. Shvedova, A. Pietroiusti, B. Fadeel, V. Kagan. Toxicol. Appl. Pharmacol., 261, N 2 (2012) 121—133J. K. Hurst, T. M. Loehr, J. T. Curnutte, H. Rosen. J. Biol. Chem., 266 (1991) 1627—1634J. K. Hurst, T. M. Loehr, J. T. Curnutte, H. Rosen. J. Biol. Chem., 266 (1991) 1627—1634S. P. Mukherjee, B. Lazzaretto, K. Hultenby, L. Newman, A. F. Rodrigues, N. Lozano, K. Kostarelos, P. Malmberg, B. Fadeel. J. Chem., 4 (2018) 334—358S. P. Mukherjee, B. Lazzaretto, K. Hultenby, L. Newman, A. F. Rodrigues, N. Lozano, K. Kostarelos, P. Malmberg, B. Fadeel. J. Chem., 4 (2018) 334—358K. Bhattacharya, C. Sacchetti, R. El-Sayed, A. Fornara, G. P. Kotchey, J. A. Gaugler, A. Star, M. Bottini, B. Fadeel. Nanoscale, 6 (2014) 14686—14690K. Bhattacharya, C. Sacchetti, R. El-Sayed, A. Fornara, G. P. Kotchey, J. A. Gaugler, A. Star, M. Bottini, B. Fadeel. Nanoscale, 6 (2014) 14686—14690S. Keshavan, P. Calligari, L. Stella, L. Fusco, L. G. Delogu, B. Fadeel. Cell Death & Disease, 10, N 8 (2019) 569S. Keshavan, P. Calligari, L. Stella, L. Fusco, L. G. Delogu, B. Fadeel. Cell Death & Disease, 10, N 8 (2019) 569

The authors declare that there are no conflicts of interest present.