Попадая в живую систему, металлсодержащая соль, комплекс или наночастица редко остаётся неизменной. Она может растворяться, менять степень окисления и координационное окружение, связываться с белками, агрегировать или распадаться на ионы и малые кластеры. В результате биологический эффект создаёт не только исходное вещество, а постоянно меняющийся «коктейль» металлсодержащих форм.
В новом обзоре сотрудников нашей лаборатории, опубликованном в журнале Coordination Chemistry Reviews, сформулирована концепция динамической токсичности. Согласно ей, действие металлсодержащей системы зависит не только от дозы и первоначального состава, но и от того, какие химические формы металла образуются, где они локализуются и как долго существуют.
На примерах препаратов платины, рутения и золота, а также наноматериалов на основе серебра, меди, цинка, никеля и других рассмотрены процессы обмена лигандов, связывания с белками, растворения и повторного осаждения частиц, перестройки белковой короны и внутриклеточного перераспределения металлов. В зависимости от системы биологическое действие могут определять растворённые соединения, исходные частицы, химические процессы на их поверхности или совместное влияние нескольких форм. Поэтому высвобождение ионов нельзя считать универсальным объяснением токсичности всех металлсодержащих наноматериалов.
Для экспериментального подтверждения динамической токсичности необходимо одновременно сопоставлять четыре параметра: химическую форму металла, пространственную локализацию, изменение во времени и биологический ответ. Ни один аналитический метод не охватывает их полностью, поэтому требуются согласованные исследования с применением спектроскопии в различных ее вариациях, масс-спектрометрии, методов разделения, микроскопии живых клеток, анализа единичных клеток и кинетического моделирования.
Особое внимание уделено одноатомным катализаторам и нанозимам. Их эффективность и безопасность могут зависеть от того, сохраняются ли изолированные атомные центры в биологической среде, объединяются в частицы или высвобождают новые молекулярные формы металла.
Предложенная концепция объединяет подходы координационной химии, катализа, металломики и нанотоксикологии и создаёт основу для более точной оценки металлсодержащих лекарств, катализаторов и наноматериалов.