Біонанокомплекс квантових точок CdTe-альбумін: генотоксичний потенціал та застосування для біовізуалізації на моделі Drosophila melanogaster
DOI:
https://doi.org/10.26565/2075-3810-2026-55-05Ключові слова:
КТ HSA–CdTe, біонанокомплекс, CdTe КТ, Drosophila melanogaster, токсичність, генотоксичність, флуоресцентна біовізуалізаціяАнотація
Актуальність. Дослідження напівпровідникових нанокристалів, відомих як квантові точки (КТ), та їх застосування в біомедичних дослідженнях, біовізуалізації, діагностиці стрімко розвиваються. Хоча КТ демонструють чудові оптичні властивості, їх практичне застосування обмежується токсичністю. У зв’язку з цим тривають дослідження, спрямовані на зниження токсичності КТ шляхом покриття інертними оболонками чи комплексоутворенням з біомолекулами.
Мета роботи: на D. melanogaster як моделі оцінити генотоксичний потенціал біонанокомплексу КТ CdTe з альбуміном людини (HSA) як безпечного та перспективного інструменту для флуоресцентної біовізуалізації in vivo.
Матеріали і методи. КТ CdTe були отримані хімічним колоїдним методом у водній фазі та кон’юговані з HSA для отримання біонанокомплексу КТ HSA-CdTe. Токсичність і генотоксичність КТ оцінювали у відповідних тестах на моделі D. melanogaster (лінія Oregon R). Візуалізували КТ флуоресцентною мікроскопією. Отримані дані аналізували статистичними методами, вважаючи відмінності значущими при p<0,05.
Результати. Встановлено, що біонанокомплекси, так само як і CdTe КТ, проникали у клітини зародкової лінії модельного організму, переносилися у яйця й личинки та чітко візуалізувалися на гістологічних препаратах. У м’язах імаго виявлялися поодинокі CdTe КТ і кон’югати з HSA. Досліджувані типи КТ не викликали токсичності у імаго за 3-добової експозиції й зниження їх репродуктивної здатності, а також генотоксичного ефекту на ембріональній стадії розвитку у ДЛМ-тесті. При личинковому згодовуванні, обидва типи КТ спричиняли тератогенний ефект. На відміну від CdTe КТ, біонанокомплекс індукував фенотипові аномалії у імаго зі значно меншою частотою (у 2,3 рази) та не спричиняв зменшення їх вильоту порівняно з контролем (p>0,05).
Висновки. Показано, що КТ HSA-CdTe та CdTe не виявляють генотоксичної дії на ембріональній стадії розвитку. На відміну від КТ CdTe, біонанокомплекс не чинить репродуктивної токсичності, має значно меншу тератогенну дію й токсичний вплив на постембріональний розвиток моделі. Ці переваги уможливлюють розглядати КТ HSA-CdTe як відносно безпечний та перспективний інструмент для флуоресцентної біовізуалізації in vitro та для використання in vivo на модельних об’єктах. Однак їхнє застосування in vivo у людини не рекомендується.
Завантажити
Посилання
Kini S, Kulkarni SD, Ganiga V, Nagarakshit TK, Chidangil S. Dual functionalized, stable and water dispersible CdTe quantum dots: Facile, one-pot aqueous synthesis, optical tuning and energy transfer applications. Mater Res Bull. 2019;110:57–66. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2018.10.013
Wagner AM, Knipe JM, Orive G, Peppas NA. Quantum dots in biomedical applications. Acta Biomater. 2019;94:44–63. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2019.05.022
Gidwani B, Sahu V, Shukla SS, Pandey R, Joshi V, Jain VK, et al. Quantum dots: Prospectives, toxicity, advances and applications. J Drug Deliv Sci Technol. 2021;61:102308. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2020.102308
Rodrigues SSM, Ribeiro DSM, Soares JX, Passos MLC, Saraiva MLMFS, Santos JLM. Application of nanocrystalline CdTe quantum dots in chemical analysis: Implementation of chemo-sensing schemes based on analyte-triggered photoluminescence modulation. Coord Chem Rev. 2017;330:127–43. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2016.10.001
Zhu Y, Hong H, Xu Z P, Li Z, Cai W. Quantum dot-based nanoprobes for in vivo targeted imaging. Curr Mol Med. 2013;13(10):1549–67. https://doi.org/10.2174/1566524013666131111121733
Park Y, Ryu YM, Wang T, Jung Y, Kim S, Hwang S, et al. Colorectal cancer diagnosis using enzyme-sensitive ratiometric fluorescence dye and antibody–quantum dot conjugates for multiplexed detection. Adv Funct Mater. 2018;28:1703450. https://doi.org/10.1002/adfm.201703450
Pandey S, Mukherjee D, Kshirsagar P, Patra C, Bodas D. Multiplexed bio-imaging using cadmium telluride quantum dots synthesized by mathematically derived process parameters in a continuous flow active microreactor. Mater Today Bio. 2021;11:100123. https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2021.100123
Castro RC, Saraiva LMFS, Santos JLM, Ribeiro DSM. Multiplexed detection using quantum dots as photoluminescent sensing elements or optical labels. Coord Chem Rev. 2021;448:214181.https://doi.org/10.1016/j.ccr.2021.214181
Sarkar S, Srivastava TP, Sahoo OS, Shankar A, Rai A, Pethusamy K, et al. Applications of quantum dots in preventive oncology. Asian Pac J Cancer Prev. 2024;25(3):747–56. https://doi.org/10.31557/APJCP.2024.25.3.747
Paithankar JG, Kushalan S, Nijil S, Hegde S, Kini S, Sharma A. Systematic toxicity assessment of CdTe quantum dots in Drosophila melanogaster. Chemosphere. 2022;295:133836. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.133836
Garmanchuk L, Borova M, Kapush O, Dzhagan V, Valakh M, Blume Y, et al. Green synthesis of CdTe quantum dots and their effect on human and animal cells. Cytol Genet. 2023;57(3):229–38. https://doi.org/10.3103/S0095452723030040
Nguyen KC, Zhang Y, Todd J, Kittle K, Patry D, Caldwell D, et al. Biodistribution and systemic effects in mice following intravenous administration of cadmium telluride quantum dot nanoparticles. Chem Res Toxicol. 2019;32(8):1491–503. https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.8b00397
Stolyarchuk ID, Savchuk AI, Wojnarowska R, Polit J. Characterization of the interaction of CdTe quantum dots with human serum albumin by optical spectroscopic techniques. Sensor Electronics and Microsystem Technologies. 2015;12(3):40–6. https://doi.org/10.18524/1815-7459.2015.3.107698
Stolyarchuk ID, Shporta OA. Optical studies of the interactions CdS and CdTe nanoparticles with a human serum albumin. Physics and Chemistry of Solid State. 2016;17(4):498–503. https://doi.org/10.15330/pcss.17.4.498-503
das Dores Aguiar C, Coelho YL, Campos de Paula HM, Neves Santa Rosa L, Virtuoso LS, de Oliveira Mendes TA, et al. Thermodynamic and kinetic insights into the interactions between functionalized CdTe quantum dots and human serum albumin: A surface plasmon resonance approach. Int J Biol Macromol. 2021;184:990–99. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.06.158
Stolyarchuk ID, Wojnarowska-Nowak R, Polit J, Sheregii E, Nowak S, Romerowicz-Misielak M. CdTe quantum dots and their bioconjugate with human serum albumin for fluorescence imaging. Physics and Chemistry of Solid State. 2017;18(2):166–72. https://doi.org/10.15330/pcss.18.2.166-172
Haque M, Mondal A, Lyndem S, Chamlagai D, Roy AS. CdSe core and CdSe@ZnSe core–shell QDs decorated with human serum albumin: deciphering the antimicrobial properties and sensing of mercury ion. ACS Appl. Nano Mater. 2024;7(7):7453–64. https://doi.org/10.1021/acsanm.4c00149
Motevalian M, Ghavamipour T, Maroufi B, Mirshahi M, Sajeda RH. Mutual effect of protein corona formation on CdTe quantum dots. Anal Biochem. 2020;610:113983. https://doi.org/10.1016/j.ab.2020.113983
Ni X, Lu Y, Li M, Liu Y, Zhang M, Sun F, et al. Application of Se-Met to CdTe QDs significantly reduces toxicity by modulating redox balance and inhibiting apoptosis. Ecotoxicol Environ Saf. 2023;267:115614. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2023.115614
Haque M, Kalita M, Chamlagai D, Lyndem S, Koley S, Kumari P, et al. Human serum albumin directed formation of cadmium telluride quantum dots: Applications in biosensing, anti-bacterial activities and cell cytotoxicity measurements. Int J Biol Macromol. 2024;268(Pt 1):131862. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131862
Korbytyak DV, Kalytchuk SM, Geru II. Colloidal CdTe and CdSe quantum dots: Technology of preparing and optical properties. J Nanoelectron Optoelectron. 2009;4(1):1–6. https://doi.org/10.1166/jno.2009.1019
Chifiriuc MC, Ratiu AC, Popa M, Ecovoiu AA. Drosophotoxicology: An emerging research area for assessing nanoparticles interaction with living organisms. Int J Mol Sci. 2016;17(2):36. https://doi.org/10.3390/ijms17020036
Demir E, Demir F. Drosophila melanogaster as a dynamic in vivo model organism reveals the hidden effects of interactions between microplastic/nanoplastic and heavy metals. J Appl Toxicol. 2023;43(2):212–9. https://doi.org/10.1002/jat.4353
Eickelberg V, Lüersen K, Staats S, Rimbach G. Phenotyping of Drosophila melanogaster - A nutritional perspective. Biomolecules. 2022;12(2):221. https://doi.org/10.3390/biom12020221
Holub NI, Klepach HM, Kryzhanovska MA, Horbulinska SM, Krechkivska HV. Evaluation of the genotoxic potential of surface water of anthropogenically loaded areas using eukaryotic test objects (on the Zubra river example, Lviv, Ukraine). Studia Biologica. 2025;19(1):61–70. https://doi.org/10.30970/sbi.1901.812
Kucherenko MM, Marrone AK, Rishko VM, Yatsenko AS, Klepzig A, Shcherbata HR. Paraffin-embedded and frozen sections of Drosophila adult muscles. J Vis Exp. 2010;46:e2438. https://doi.org/10.3791/2438
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
