A comparative analysis of copper ions concentration in peripheral mononuclear cells of patients with malignant blood disorders

Microelement analysis of peripheral mononuclear blood cells of patients with chronic lymphocytic leukemia and acute lymphoblastic leukemia have been found a significant increase in the copper content. These ions can be potential oxidants that trigger the process of ROS generation in these types of cell. At the same time, previously was revealed a reduced function of cysteine-containing proteins – metallothioneins, in lymphocytes of patients with malignant blood disorders which may be the cause of a alteration of copper homeostasis in these cellsВ результате проведенного микроэлементного анализа периферических мононуклеарных клеток крови пациентов с хроническим лимфоцитарным лейкозом и острым лимфобластным лейкозом обнаружено достоверное увеличение содержания меди по сравнению с условно здоровыми донорами. Эти ионы могут являться потенциальными окислителями, запускающими процесс генерации АФК в данных типах клеток. При этом, выявленная ранее сниженная функция цистеин-содержащих белков металлотионеинов в лимфоцитах пациентов с опухолевыми заболеваниями крови может являться причиной нарушения гомеостаза меди в данных клетках

Молекулярная природа цитотоксичности наноструктур оксида цинка

A comparative analysis of the molecular process of nanostructured zinc oxide of different shape (rod and spherical particle) and zinc chloride as a source of free ions on human lymphocytes was carried out. Our data indicated that ZnO nanostructures induced a decrease in the lymphocyte viability and an increase in the intracellular labile Zn2+ pool in a concentration-dependent manner after 20 and 40 h incubation with cells. It was found that ZnO NRs have the lowest cytotoxicity, but ZnCl2 - the highest. The Zn-mediated activation of free radical processes - ROS accumulation in the cells -is a possible mechanism of the cytotoxic action of these agents. Thus, the shape of ZnO nanomaterial and its ability “to shed” zinc ions make the main contribution to the detected molecular and membrane process on human lymphocytes in vitro.Проведен сравнительный анализ молекулярных процессов, вызванных воздействием наноструктурированного оксида цинка разной формы (стержни и сферические частицы), а также хлоридом цинка как источника свободных ионов на лимфоциты человека. Выявлено снижение процента жизнеспособных клеток при инкубации их в течение 20 и 40 ч с наноструктурами оксида цинка и хлоридом цинка за счет увеличения внутриклеточной концентрации лабильного пула Zn2+. Обнаружено, что наименьшей цитотоксичностью обладают наностержни оксида цинка, а наибольшей - хлорид цинка. Возможным механизмом цитотоксичного действия данных агентов выступает Zn-опосредованная активация свободнорадикальных процессов в клетке - увеличение накопления активных форм кислорода в модифицированных лимфоцитах. Таким образом, форма наноматериала и его способность «отдавать» ионы цинка вносят основной вклад в обнаруженные клеточные молекулярные процессы in vitro

Photoluminescent Detection of Human T-Lymphoblastic Cells by ZnO Nanorods

The precise detection of cancer cells currently remains a global challenge. One-dimensional (1D) semiconductor nanostructures (e.g., ZnO nanorods) have attracted attention due to their potential use in cancer biosensors. In the current study, it was demonstrated that the possibility of a photoluminescent detection of human leukemic T-cells by using a zinc oxide nanorods (ZnO NRs) platform. Monoclonal antibodies (MABs) anti-CD5 against a cluster of differentiation (CD) proteins on the pathologic cell surface have been used as a bioselective layer on the ZnO surface. The optimal concentration of the protein anti-CD5 to form an effective bioselective layer on the ZnO NRs surface was selected. The novel biosensing platforms based on glass/ZnO NRs/anti-CD5 were tested towards the human T-lymphoblast cell line MOLT-4 derived from patients with acute lymphoblastic leukemia. The control tests towards MOLT-4 cells were performed by using the glass/ZnO NRs/anti-IgG2a system as a negative control. It was shown that the photoluminescence signal of the glass/ZnO NRs/anti-CD5 system increased after adsorption of T-lymphoblast MOLT-4 cells on the biosensor surface. The increase in the ZnO NRs photoluminescence intensity correlated with the number of CD5-positive MOLT-4 cells in the investigated population (controlled by using flow cytometry). Perspectives of the developed ZnO platforms as an efficient cancer cell biosensor were discussed

Мембранные эффекты воздействия наностержней и наночастиц оксида цинка на лимфоциты человека

The study of the physical state of membrane lipids after the exposure of lymphocytes to ZnO NRs revealed a decrease in the lipid microviscosity of the hydrophilic membrane area and its increase in the hydrophobic area (external monolayer). The effects of ZnO NPs on membrane lipid components were not significant. Investigations of the membrane proteins conformation state revealed a rise of the protein NH2-groups level on the membrane surface only after the lymphocytes exposure to ZnO NRs. The level of SH-groups of the membrane protein after the action of ZnO NPs increased, otherwise the interaction of ZnO NRs with cells leads to the oxidation of thiol groups. According to the results of SEM, the geometric size of ZnO NPs did not exceed 30-100 nm, the diameter of ZnO NRs was 70-150 nm and the length - more than 500 nm. So the obtained results of toxicological tests can be partly explained by the possibility of ZnO NPs to enter into the cell but the most probable mechanisms for the NRs interaction with the cell are an electrostatic interaction or membrane puncturing.Выявлено снижение микровязкости в гидрофильной области и ее увеличение в гидрофобной области липидного бислоя (внешнего монослоя) мембраны лимфоцитов после воздействия наностержней оксида цинка (ZnO NRs). При этом не обнаружено статистически достоверных изменений исследуемых параметров при действии наночастиц оксида цинка (ZnO NPs). Изучение структурного состояния белкового компонента клеточных мембран выявило увеличение количества NH2-групп на поверхности мембран только после действия ZnO NRs. Установлено, что экспозиция клеток с ZnO NPs сопровождалась увеличением содержания SH-групп белков на поверхности мембран лимфоцитов, а взаимодействие ZnO NRs с клеткой приводило к окислению белковых сульфгидрильных групп. Согласно результатам сканирующей электронной микроскопии геометрические размеры наночастиц не превышали 30-100 нм, а диаметр наностержней оксида цинка составлял 70-150 нм при их длине до 500 нм. Полученные результаты могут быть частично объяснены возможностью наночастиц проникать внутрь клетки, а предполагаемым механизмом взаимодействия наностержней с клеткой является электростатическое взаимодействие или «прокалывание» цитоплазматической мембраны

ИНДУЦИРОВАННАЯ АМИЛОИДАМИ МОДИФИКАЦИЯ МЕМБРАН ЭРИТРОЦИТОВ ЧЕЛОВЕКА. ВЛИЯНИЕ АНТИОКСИДАНТОВ

We studied the antioxidant defense enzyme activity in amyloid- modified human erythrocytes in vitro, and the influence of antioxidants on the amyloid-induced modification of erythrocyte membranes. It was shown that a combined action of amyloid structures of lysozyme and tocopherol or quercetin on human erythrocytes in vitro enhances membrane lipids microviscosity changes, but the activation of peroxidation process wasn’t detected. Most likely it happens because a total antioxidant activity of all antioxidant defense enzymes in human erythrocytes in vitro does not change under the influence of amyloidoligomers. The activity of glutathione peroxidase decreases while the catalase activity increases and the superoxide dismutase activity doesn’t change as compared to control.Изучены активность ферментов антиоксидантной защиты в модифицированных амилоидами in vitro эритроцитах человека, а также влияние антиоксидантов на индуцированную амилоидами модификацию их мембран. Показано, что сочетанное действие амилоидных структур лизоцима и токоферола или кверцетина на эритроциты человека in vitro усиливает изменение микровязкости мембранных липидов, но активации процессов перекисного окисления липидов не обнаружено. Это происходит, скорее всего, за счет сохранения общей активности ферментов антиоксидантной защиты в эритроцитах человека in vitro под воздействием амилоидных олигомеров: снижается активность глутатионпероксидазы, но повышается активность каталазы, а активность супероксиддисмутазы остается на уровне значений, характерных для эритроцитов в контроле

Cellular redox state of patients with chronic b-lymphocytic leukemia after exposure to drugs

The redox state of cells of patients with chronic b-lymphocytic leukemia (B-CLL) was evaluated after exposure to drugs (fludarabel, vincristine, dexamethasone and imatinib) in therapeutic concentrations, and their sensitivity to these drugs was determined. The results indicate a decrease in the sensitivity of cells of B-CLL patients after a full course of chemotherapy to investigated drugs, compared with cells of patients before treatment. A change in the redox status in cells of B-CLL patients before treatment was established after exposure to drugs, compared with the group of patients after chemotherapy.Выполнена оценка редокс-состояния клеток пациентов схроническим B-лимфоцитарным лейкозом (B-ХЛЛ) после воздействия на них лекарственных средств (флударабела, винкристина, дексаметазона и иматиниба) в терапевтических концентрациях, а также определена их чувствительность к данным лекарственным средствам. Полученные результаты свидетельствуют о снижении чувствительности клеток пациентов с B-ХЛЛ, прошедших полный курс химиотерапии, к исследуемым лекарственным средствам, по сравнению с клетками пациентов, не прошедших химиотерапию. Установлено изменение редокс-статуса в клетках пациентов с B-ХЛЛ, не прошедших химиотерапию, после воздействия исследуемых лекарственных средств, по сравнению с группой пациентов после химиотерапии

Изменение уровня металлотионеинов, цинка и меди в плазме крови пациентов с хроническим лимфоцитарным лейкозом

   Изучена взаимосвязь между содержанием металлотионеинов, ионов меди и цинка в плазме периферической крови при хронических лимфоцитарных лейкозах (ХЛЛ) в зависимости от прогрессирования заболевания. Показано, что у пациентов с ХЛЛ при прогрессирующем заболевании, частичной и полной ремиссии значения отношений цинка к меди в плазме крови достоверно снижались по сравнению с аналогичными показателями, характерными для практически здоровых доноров. Установлено, что в плазме крови у пациентов с ХЛЛ при прогрессировании заболевания уменьшается уровень металлотионеинов по сравнению с другими исследуемыми группами, что говорит об обнаруженной нами сниженной функции цистеинсодержащих белков-металлотионинов. На основании полученных данных можно заключить, что отношение концентрации цинка к меди и уровень металлотионенинов в плазме периферической крови могут быть потенциальными диагностическими и прогностическими маркерами при терапии ХЛЛ.   The relationship between the content of metallothioneins, copper and zinc ions in peripheral blood plasma in chronic lymphocytic leukemia (CLL) depending on the disease progression was studied. It was shown that in patients with CLL in blood plasma with a progressive disease, partial and complete remission, the values of the zinc-to-copper ratios significantly decreased in comparison to similar indicators of practically healthy donors. It was established that in patients with CLL, the level of metallothioneins in blood plasma decreases with the disease progression compared to other studied groups, which indicates a reduced function of cysteine-containing metallothionein proteins. Based on the obtained data, it can be concluded that the zinc-to-copper concentration ratio and the level of metallothionenins in peripheral blood plasma are potential diagnostic and prognostic markers in chronic leukemia.   Изучена взаимосвязь между содержанием металлотионеинов, ионов меди и цинка в плазме периферической крови при хронических лимфоцитарных лейкозах (ХЛЛ) в зависимости от прогрессирования заболевания. Показано, что у пациентов с ХЛЛ при прогрессирующем заболевании, частичной и полной ремиссии значения отношений цинка к меди в плазме крови достоверно снижались по сравнению с аналогичными показателями, характерными для практически здоровых доноров. Установлено, что в плазме крови у пациентов с ХЛЛ при прогрессировании заболевания уменьшается уровень металлотионеинов по сравнению с другими исследуемыми группами, что говорит об обнаруженной нами сниженной функции цистеинсодержащих белков-металлотионинов. На основании полученных данных можно заключить, что отношение концентрации цинка к меди и уровень металлотионенинов в плазме периферической крови могут быть потенциальными диагностическими и прогностическими маркерами при терапии ХЛЛ

Zinc oxide nanorods as a platform for human B-lymphocytes detection

Биофизика клетки и клеточные технологииThis work is supported by grant № 777926 of Research and Innovation Programme Horizon 2020