Но наночастицы можно использовать не только как средство выявления чего-либо в организме: золотые наночастицы интенсивно исследовали в качестве мишень-специфичных транспортных частиц для доставки лекарственных средств.

Благодаря своим инертным химическим свойствам, золото считается одним из наиболее стабильных и биосовместимых материалов. Но, как  объясняет X. Nancy Xu, "Исследование биосовместимости и токсичности наночастиц золота для различных типов клеток дало неоднозначные результаты: некоторые исследования показывают  наличие токсического эффекта и высокую зависимость степени токсичности от размера наночастиц и поверхностных функциональных групп, в то время как другие исследования говорят об отсутствии существенной цитотоксичности. Во многих из этих исследований либо использовали наночастицы золота с примесями, либо рассматривали свойства других химических веществ, присутствующих в растворах наночастиц золота, или делали акцент на физические свойства (например, возможные изменения размеров и агрегирование) золотых наночастиц в буферном растворе и культуре клеток, что и привело к таким неубедительным результатам. Кроме того, биосовместимость и токсичность наночастиц золота для животных до сих пор не полностью изучены ".

Xu является профессором в области химии и биохимии в университете Old Dominion в Норфолке, штат Вирджиния. В своей последней работе она и ее команда синтезировали стабильные (фотоустойчивые, не агрегирующие), почти монодисперсные и высокоочищенные наночастицы золота. Они использовали их для изучения стадии дробления эмбриона рыбы данио рерио в режиме реального времени, а также исследовали их влияние на развитие зародыша на уровне одной наночастицы в режиме реального времени.

Команда недавно представила свои выводы в Nanoscale ( "Случайное распределение одиночных наночастиц золота в организме эмбрионов рыб данио рерио, ведущее к стохастическому токсическому эффекту в процессе развития зародыша").

 

"Мы обнаружили, что одиночные наночастицы золота пассивно диффундируют в хорионическое пространство эмбриона данио рерио через хорионические поры и продолжают свое случайное распространение внутрь него", говорит Xu. "Коэффициенты диффузии одиночных наночастиц существенно различаются в разных частях эмбриона, что объясняется разнообразными транспортными барьерами и степенью вязкости градиентов".

Исследователи также обнаружили, что количество накопленных в эмбрионе данио рерио наночастиц золота соответствует введенной концентрации.

"Интересно", говорит Xu ", что их влияние на развитие зародыша показывает случайную зависимость от концентрации наночастиц".

Ученые обнаружили, что большая часть эмбрионов данио рерио (74% в среднем), инкубированных с 0.025-1.2 нм наночастицами золота в течение 120 часов, развились до нормы, при этом некоторые (24%) погибли и у нескольких (2%) появились деформации. Этот результат контрастирует с результатом исследования наночастиц серебра (это исследование опубликовано в предыдущем номере Nanowerk Spotlight: оно касалось изучения наночастиц серебра на эмбрионах рыб в режиме реального времени). Оказалось, что наночастицы золота гораздо больше биологически совместимы с тканями эмбрионов данио рерио, чем серебряные наночастицы. Это означает, что биологическая совместимость и токсичность наночастиц зависит от их химических свойств.

Известно, что физические и химические свойства наночастиц сильно зависят от целого ряда параметров - их размера, формы, свойств поверхности, растворителя, а также от того, как они были подготовлены и очищены.

Как указывает Xu, их химические и физические свойства, несомненно, влияют на их взаимодействия с живыми организмами, определяя тем самым их биологическую совместимость и токсичность для данного вида. "Таким образом, будет заведомо неверно пытаться сравнивать результаты исследований наночастиц одного типа в данном живом организме и наночастиц другого типа в другом живом организме”, говорит она.

Для преодоления затруднений исследования нанотоксичности, команда Xu разработала три необходимых этапа его проведения:

• Разработка новых методов подготовки стабильных (не агрегирующих) и очищенных модельных наночастиц (например, наночастиц золота и серебра с разными размерами и поверхностными функциональными группами);
• Экранирование исследования в режиме реального времени (например, с помощью DFOMS),  характеристика размеров отдельных наночастиц in vivo в режиме реального времени;
• Исследование in vivo, а именно: скрининг и зондирование биосовместимости и токсичности модельных наночастиц, изучение зависимости биологической совместимости и токсичности наночастиц от их физических и химических свойств, а также лежащих в их основе механизмов.

"Мы обнаружили наночастицы золота в различных частях нормально развитых рыб данио рерио", говорит Xu. "Учитывая широкую вариацию коэффициентов диффузии, эти интересные данные свидетельствуют о том, что случайная диффузия наночастиц золота в ткани эмбрионов, возможно, повлияла на их развитие".

Команда уже работает над дальнейшим зондированием для того, чтобы узнать, что вызывает гибель и деформацию эмбрионов данио рерио при инкубации их с наночастицами золота.