See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus
"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF9001
ETF9001 "Metalliliste nanoosakeste toksilisuse hindamine in vitro: Saccharomyces cerevisiae mudel (1.01.2012−31.12.2015)", Kaja Kasemets, Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituut.
ETF9001
Metalliliste nanoosakeste toksilisuse hindamine in vitro: Saccharomyces cerevisiae mudel
Metal-based nanoparticles toxicity assessment in vitro: Saccharomyces cerevisiae model
1.01.2012
31.12.2015
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ValdkondAlamvaldkondCERCS erialaFrascati Manual’i erialaProtsent
1. Bio- ja keskkonnateadused1.12. Bio- ja keskkonnateadustega seotud uuringud, näiteks biotehnoloogia, molekulaarbioloogia, rakubioloogia, biofüüsika, majandus- ja tehnoloogiauuringudT490 Biotehnoloogia 1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt100,0
AsutusRollPeriood
Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituutkoordinaator01.01.2012−31.12.2015
PerioodSumma
01.01.2012−31.12.201212 000,00 EUR
01.01.2013−31.12.201312 000,00 EUR
01.01.2014−31.12.201412 000,00 EUR
01.01.2015−31.12.201512 000,00 EUR
48 000,00 EUR

Sünteetilisi nanoosakesi kasutatakse juba paljudes tarbe- ja tööstuskaupades, eelkõige nende eriliste füüsikalis-keemiliste omaduste tõttu, mis puuduvad sama materjali mikrosuuruses osakestel, nagu suur eripind, suurenenud reaktiivsus ja absorbtsioon, kuid ka reaktiivsete hapnikuosakeste (ROS) tekitamise võime. Vaatamata nanoosakeste laialdasele kasutamisele ja perspektiivsusele, on nende potentsiaalsete kahjulike mõjude uurimine alles algusjärgus. Käesoleva projekti põhieesmärgiks on uurida, kuidas metalliliste nanoosakeste füüsikalis-keemilised omadused määravad ära nende toksilisuse (struktuuri-funktsiooni analüüs). Mudel-nanoosakestena plaanime kasutada nanohõbedat, nanokulda ja Cd-kvantpunkte. Antud nanoosakesed valiti uuringuks kuna nAg kasutatakse juba laialdaselt erinevates tarbekaupades ja nAu ja kvantpunktid on perspektiivsed kasutada nii rakkude in vivo visualiseerimisel kui ka ravimikandjatena vähiteraapias. Peamine tööhüpotees on, et nAg, nAu ja kvantpunktide toksilisus sõltub nende füüsikalis-keemilistest omadustest nagu koostis, suurus, kuju ja pinnalaengud, mis omakorda määravad ära nende lahustuvuse (nAg, QDs), võime tekitada ROS’e, interakteeruda ja siseneda rakkudesse. Seega saades teada, kuidas nanoosakeste omadused määravad ära nende bioloogilised efektid, peaks olema võimalik ette ennustada ka veel toksikoloogiliselt uurimata nanoosakeste kahjulikke mõjusid. Mudelorganismina kasutatakse üherakulist eukarüootset organismi pärmi Saccharomyces cerevisiae. Nanoosakeste toksilisuse mehhanismi-põhiseks uurimiseks kasutatakse kombineeritult nii metsiktüüpi kui ROS-tundlikke tüvesid, nii intaktseid kui ka permeabiliseeritud rakke ning geen-modifitseeritud luminestseeruvaid biosensoreid biosaadavate metalli-ioonide ja rakusiseste ROS’de määramiseks. Plaanime kasutad permeabiliseeritud rakke, et uurida võrdlevalt nanoosakeste bioloogilisi efekte rakusisese ja rakuvälise lokalisatsiooni korral ja rakuvälise (periplasmaatilise) invertaasi määramise meetodit, et uurida nanoosakeste kahjulikku toimet rakukestale. Antud uurimistöös saadavate nanoosakeste toksilisuse andmed võivad olla olulised, et mõista kuidas nanoosakeste erinevad füüsikalis-keemilised omadused määravad ära nende bioloogilised interaktsioonid ja seeläbi ennustada nanoosakeste toksilisust nii inimesele kui ka keskkonnale ja suunatult modelleerida uudseid nanoosakesi soovitud omaduste ja mõjudega.
Engineered nanoparticles (NPs) have received increasing interest in many fields due to their novel physicochemical properties compared to the same bulk material, mostly due to the remarkably increased specific surface area and reactivity. Despite the intensive use of NPs in various consumer and industrial products, data on their potential hazard to human and environment are still rare. The main objective of this study is to elucidate the mechanism by which the metal-based NPs nano-silver (nAg), nano-gold (nAu) and quantum dots (QDs) cause the cytotoxicity to the yeast S. cerevisiae to investigate the link between the NPs physicochemical properties and their toxic nature. These nanomaterials were chosen as nAg is already widely used in consumer and medical products, and the nAu and QDs are promising in cell imaging and cancer treatment. The toxicity of NPs will be studied using different S. cerevisiae strains. S. cerevisiae is a unicellular eukaryotic organism and can be a promising model for NPs toxicity assessment as its cellular structure and functional organization has many similarities with higher-level organisms and offer wide spectrum of genetic and cytological tools for the toxicity studies. The general hypothesis is that the toxicity of nAg, nAu and QDs to the yeast S. cerevisiae is a function of NPs composition, size and surface charge and is specific with respect to the dissolution, generation of ROS, adsorption at the cell surface and internalization. The combined approach for the profiling of the NPs will be used: the wild type and ROS-sensitive strains, enzymatically permeabilized yeast to elucidate the NPs toxicity driven by the extra- (intact cells) or intracellular location and the metal-specific recombinant biosensors to elucidate the NPs toxicity mediated through the release of ions. The assessment of biological effects of nanomaterials and the understanding the relationship between the physicochemical properties and biological effects may allow predicting which NPs may be useful for industrial or medical application, and which ones may be hazardous to humans and environment and design the NPs with desired properties.
Projekti eesmärgiks oli uurida hõbeda nanoosakeste (AgNO) füüsikalis-keemiliste omaduste, nagu suuruse, pinnakatted ja laengu mõju nende toksilisusele pärmi Saccharomyces cerevisiae rakkudele. AgNO toksilisust uuriti S. cerevisiae BY4741 metsiktüüpi (wt), oksüdatiivse stressivastuse (OS), rakukesta/membraani komponentide sünteesi ja endotsütoosi (end3Δ) defektsete katkestusmutantidega. Testiti erineva suuruse (10-80nm), pinnakatte (PVP, kaseiin, tsitraat, bPEI) ja laenguga AgNO. AgNO iseloomustati DLS ja UV-vis absorbtsioon spektroskoopiga ning lahustuvust määrati AAS meetodil. AgNO toksilisust S. cerevisiae rakkudele testiti 48-h kasvuinhibitsiooni (YPD sööde) ja 24-h raku elulemuse testis deioniseeritud vees (DI). Rakkude ja AgNO interaktsioone uuriti konfokaal ja elektronmikroskoopiaga. Peamised tulemused: (1) töötati välja uus test (Spot test) NO biotsiidsete omaduste määramiseks, (2) 10-80nm tsitraadiga kaetud AgNO (C-AgNPs) toksilisuse uuring elulemuse testis näitas, et 20-80nm AgNO toksilisus wt rakkudele oli põhjustatud lahustunud Ag ioonidest, kuid 10nm osakeste toksilisus tulenes ka osakeste-efektist, (3) DI vees olid Ag ioonid, katmata ja kaetud AgNO ~30 korda toksilisemad kui YPDs, (4) Ag+ and AgNPs toksilisus wt rakkudele DIs oli 0.09-18.7 mg Ag/L (24-h IC50) ja YPDs 2.4-576 mg Ag/L (48-h IC50), (5) mõlemas testikeskkonnas olid kaetud AgNO 4-7 korda toksilisema kui katmata NO, (6) AgNO toksilisus pärmile ei olnud põhjustatud OS ega rakumembraani kahjustustest, (7) end3Δ oli testpaneeli kõige tundliku tüvi nAg-col ja nAg-PVP-le, (8) konfokaalmikroskoopia näitas, et nAg-col ja nAg-PVP rakusisest translokatsiooni wt rakkudes, kuid mitte end3Δ rakkudes, (9) positiivselt laetud 10nm ja 80nm bPEI-AgNPs olid 10-68 korda tokilisemad kui negatiivselt laetud C-AgNPs, (10) konfokaalmikroskoopia näitas bPEI-AgNPs ja C-AgNPs sisenemist rakkudesse, (11) SEM ja TEM uuring näitas, et erinevalt C-AgNPs, olid bPEI-AgNPs adsorbeerinud pärmirakkude pinnale. Granti toel on publitseeritud 7 1.1. kategooria teadusartiklit.