Новые трёхмерные модели in vitro для оценки токсичности углеродных нанотрубок

Введение. В последние годы проявляется интерес к трёхмерным клеточным моделям, которые более точно отражают условия in vivo и могут стать альтернативой экспериментам на животных при оценке токсичности наноматериалов. Существует необходимость в разработке 3D-моделей дыхательных путей человека, которые смогут заполнить пробел между традиционными клеточными культурами in vitro и лабораторными животными.

Материал и методы. Разработаны моно- и совместные 3D-модели на основе клеток бронхиального эпителия BEAS-2B и фибробластов легких MRC5-SV40. В качестве материалов для исследования использовали очищенные и неочищенные от металлических примесей углеродные нанотрубки (УНТ) российского производства: ОУНТ TUBALL™ и МУНТ Таунит-М. Диапазон исследуемых концентраций включал концентрации, соответствующие реальным производственным экспозициям (0,0006–100 мкг/мл). Для оценки цитотоксичности УНТ в клеточных моделях определяли уровень активности лактатдегидрогеназы (ЛДГ) через 72 ч экспозиции.

Результаты. Цитотоксические эффекты УНТ в 2D- и 3D-клеточных моделях проявились в разных диапазонах концентраций: трехмерная модель клеток бронхиального эпителия оказалась более чувствительной к воздействию УНТ по сравнению с монослойной, тогда как в сфероидной модели фибробластов был отмечен более высокий порог цитотоксичности для многостенных углеродных нанотрубок, по сравнению с традиционной клеточной культурой. В трёхмерной совместной культуре клеток значимое повышение ЛДГ наблюдалось, начиная с более высоких концентраций, по сравнению с монокультурами.

Ограничения исследования. Настоящее исследование было ограничено использованием одного типа теста на цитотоксичность при изучении влияния УНТ на клетки дыхательной системы.

Заключение. Разработан способ трехмерного культивирования клеток дыхательной системы человека для моделирования взаимодействия эпителиальных и стромальных клеток нижних дыхательных путей. Традиционные 2D-клеточные модели могут демонстрировать заниженные или завышенные оценки токсичности материалов. Усовершенствованные 3D- модели in vitro, приближенные по своим свойствам и морфологии к нативной ткани, обладают большей надёжностью при определении токсических доз и мишеней.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов:
Габидинова Г.Ф. — разработка подходов культивирования трёхмерных моделей, проведение тестов на клетках, обзор литературы, статистическая обработка данных, обобщение полученных результатов, написание текста;
Тимербулатова Г.А. — культивирование клеток, проведение тестов на клетках, обобщение полученных результатов, редактирование;
Убейкина Е.В. — обзор литературы, культивирование клеток, обработка данных;
Саягфарова А.А. — обзор литературы, проведение тестов на клетках, обработка данных;
Фатхутдинова Л.М. — дизайн исследования, анализ материала, редактирование.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 22-25-00512.
https://rscf.ru/project/22-25-00512/

Дата поступления: 09 сентября 2023 / Дата принятия в печать: 03 декабря 2023 / Дата публикации: 29 декабря 2023