Изучение геометрических и механических свойств наночастиц разной природы с помощью атомно-силовой микроскопии в режиме PeakForce QNM

Цель исследования: с помощью атомно-силовой микроскопии, используя режим картирования свойств поверхности с наноразмерным разрешением, установить различие численных значений параметров, характеризующих геометрические и механические (адгезионные) свойства неорганических наноразмерных частиц и наноразмерных частиц биологического происхождения.

Материалы и методы. В качестве бионаночастиц использовали экзосомы, выделенные из крови мыши линии Af методом последовательного ультрацентрифугирования. В качестве неорганических наночастиц использовали наночастицы серебра. Наночастицы сканировали на воздухе с помощью атомно-силового микроскопа BioScope Resolve (Bruker) в режиме записи PeakForсe QNM in Air с записью карт сил адгезии и топографии изучаемых поверхностей.

Результаты. Наночастицы серебра и экзосомы имели близкие, но статистически различающиеся диаметры (45,59 ± 1,04 нм и 41,25 ± 0,91 нм, р < 0,001 t-критерий). Тем не менее наночастицы серебра характеризовались большими значениями как высоты, так и площади свободной поверхности в сравнении с соответствующими значениями параметров экзосом. Это приводит к более высокому значению степени распластанности для экзосом (усредненное отношение диаметра к высоте (d/h) равнялось 11,78 для экзосом и 6,67 - для наночастиц (р < 0,001, Манн-Уитни критерий), что обусловлено большими в сравнении с наночастицами серебра адгезионными свойствами мембран экзосом и более низким значением отношения объема частицы к ее площади поверхности. Усредненные по наномасштабным участкам поверхности наночастиц силы адгезии были выше 3,2 ± 0,57 нН для экзосом в сравнении с наночастицами серебра - 2,2 ± 0,03 нН (р < 0,05, Манн-Уитни критерий).

Заключение. Выявлены различия параметров геометрических (диаметр, высота, площадь свободной поверхности) и механических свойств (силы адгезии) наночастиц серебра и экзосом, позволяющие с помощью методов атомно-силовой микроскопии идентифицировать и различать эти наночастицы при изучении сложнокомпонентных биологических сред с возможным содержанием обоих типов наночастиц.

1. Постнов ВН, Наумышева ЕБ, Королев ДВ, Галагудза ММ. Наноразмерные носители для доставки лекарственных препаратов. Биотехносфера. 2013;6(30):17-27.

2. Мамучиева МБ, Компанцев ДВ, Саградян ГВ. Современные аспекты использования наноматериалов в бальнеологии и медицине (обзор литературы). Научные Ведомости БелГУ. 2017;19 (268):20-28.

3. Hartjes TA, Mytnyk S, Jenster GW, van Steijn V, van Royen ME. Extracellular vesicle quantification and characterization: common methods and emerging approaches. Bioengineering (Basel). 2019;6:7. doi:10.3390/bioengineering6010007

4. Самойлова ЕМ, Кальсин ВА, Беспалова ВА, Девиченский ВМ, Баклаушев ВП. Экзосомы: от биологии к клинике. Гены и Клетки. 2017;4:7-19.

5. Chernyshev VS, Rachamadugu R, Tseng YH, Belnap DM, Jia Y, Branch KJ, Butterfield AE, Pease LF, Bernard PS, Skliar M. Size and shape characterization of hydrated and desiccated exosomes. Anal Bioanal Chem. 2015;407:3285-3301. doi:10.1007/s00216-015-8535-3