ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №11

УДК: 577.352.26

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НАНОЧАСТИЦ МАГНЕТИТА
С БИСЛОЙНОЙ ЛИПИДНОЙ МЕМБРАНОЙ

И.В. Григорян^1,2, И.В. Таранов², И.М. Ле-Дейген³, Е.Д. Борисова^2,4, А.А. Аносов^2,4,
И.М. Колмогоров³, И.Д. Кравцов^1,2, А.М. Адельянов¹, А.А. Ярославов³,
В.В. Спиридонов³, Г.Б. Хомутов^1,2, В.А. Черепенин²

¹Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова,
119992, Москва, Ленинские горы, д. 1

²ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН,
125009, Москва, ул. Моховая, 11, корп. 7

³Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова,
119992, Москва, Ленинские горы, д. 1

⁴Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет)
119991, Москва, ул. Трубецкая, 8, стр. 2

Статья поступила в редакцию 28 ноября 2025 г.

Аннотация. Настоящая работа посвящена исследованию механизмов взаимодействия суперпарамагнитных наночастиц магнетита с липидной мембраной. Безлигандные полярные наночастицы магнетита, формирующие коллоидную суспензию в водной фазе, могут проникать сквозь бислойную липидную мембрану, не нарушая ее целостность. В процессе прохождения наночастиц магнетита через мембрану образуются комплексы наночастиц с молекулами липида, которые регистрируются в водной фазе за мембраной. В данной работе независимыми экспериментальными методами структурно-функциональной диагностики, включающими ИК-Фурье спектроскопию, динамическюе светорассеяние, сканирующую трансмиссионную электронную микроскопию и энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию были охарактеризованы нанокомпозитные комплексы, адсорбированные на оригинальные магнитные ловушки, установленные за бислойной плоской липидной мембраной из азолектина. Полученные этими методами результаты указывают на то, что образующиеся комплексы являются полидисперсными с характерными размерами в интервале 10-300 нм, и имеют железосодержащее ядро, окружённое липидной оболочкой в виде бислоев или мультислоев липидных молекул. С использованием метода Ленгмюра-Блоджетт было проведено исследование взаимодействия магнитных коллоидных наночастиц магнетита водной фазы с липидными азолектиновыми мономолекулярными слоями на поверхности водной субфазы во внешнем неоднородном магнитном поле. Соответствующие монослойные ленгмюровские пленки, нанесенные на твёрдую подложку из слюды методами Шеффера и Ленгмюра-Блоджетт, были исследованы методом атомно-силовой микроскопии в полуконтактном режиме. Результаты топографического анализа структуры полученных нанокомпозитных ленгмюровских пленок, содержащих комплексы наночастиц магнетита и молекул азолектина, согласуются с вышеуказанными результатами анализа структуры нанокомпозитных комплексов, образующихся при взаимодействие наночастиц магнетита с бислойной липидной мембраной.

Ключевые слова: бислойная липидная мембрана, коллоидные наночастицы магнетита, проникновение коллоидных частиц через мембрану, комплексы наночастиц и липида, сканирующая трансмиссионная электронная микроскопия, энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия, ленгмюровские монослои и пленки.

Финансирование: Работа выполнена в рамках госзадания FFWZ‑2025-0013

Автор для переписки: Таранов Игорь Владимирович, i.v.t@bk.ru

Литература

1. Chen Y., Hou S. Recent progress in the effect of magnetic iron oxide nanoparticles on cells and extracellular vesicles //Cell Death Discovery. – 2023. – Т. 9. – №. 1. – С. 195. https://doi.org/10.1038/s41420-023-01490-2

2. Koksharov Y. A. et al. Magnetic nanoparticles in medicine: progress, problems, and advances //Journal of Communications Technology and Electronics. – 2022. – Т. 67. – №. 2. – С. 101-116. https://doi.org/10.1134/s1064226922020073

3. Arami H. et al. In vivo delivery, pharmacokinetics, biodistribution and toxicity of iron oxide nanoparticles // Chemical Society Reviews. – 2015. – Т. 44. – №. 23. – С. 8576-8607. https://doi.org/10.1039/C5CS00541H

4. Abarca-Cabrera L., Fraga-García P., Berensmeier S. Bio-nano interactions: binding proteins, polysaccharides, lipids and nucleic acids onto magnetic nanoparticles //Biomaterials research. – 2021. – Т. 25. – №. 1. – С. 12. https://doi.org/10.1186/s40824-021-00212-y

5. Yun G. et al. The biomolecular corona in 2D and reverse: patterning metal–phenolic networks on proteins, lipids, nucleic acids, polysaccharides, and fingerprints //Advanced Functional Materials. – 2020. – Т. 30. – №. 1. – С. 1905805.; Stewart M. P. et al. In vitro and ex vivo strategies for intracellular delivery // Nature. – 2016. – Т. 538. – №. 7624. – С. 183-192. https://doi.org/10.1002/adfm.201905805

6. Vácha R., Martinez-Veracoechea F. J., Frenkel D. Receptor-mediated endocytosis of nanoparticles of various shapes //Nano letters. – 2011. – Т. 11. – №. 12. – С. 5391-5395. https://doi.org/10.1021/nl2030213

7. Kręcisz M. et al. Interactions between magnetic nanoparticles and model lipid bilayers—Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR) studies of the molecular basis of nanotoxicity //Journal of Applied Physics. – 2016. – Т. 120. – №. 12. https://doi.org/10.1063/1.4962951

8. Arsianti M. et al. Polyethylenimine based magnetic iron-oxide vector: the effect of vector component assembly on cellular entry mechanism, intracellular localization, and cellular viability //Biomacromolecules. – 2010. – Т. 11. – №. 9. – С. 2521-2531. https://doi.org/10.1021/bm100748p

9. Marzano M. et al. Biogenesis of extracellular vesicles produced from human-stem-cell-derived cortical spheroids exposed to iron oxides //ACS Biomaterials
Science & Engineering. – 2021. – Т. 7. – №. 3. – С. 1111-1122. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.0c01286

10. Chen Y., Hou S. Recent progress in the effect of magnetic iron oxide nanoparticles on cells and extracellular vesicles // Cell Death Discovery. – 2023. – Т. 9. – №. 1. – С. 195. https://doi.org/10.1038/s41420-023-01490-2

11. Zanella D. et al. Iron oxide nanoparticles can cross plasma membranes //Scientific reports. – 2017. – Т. 7. – №. 1. – С. 11413. https://doi.org/10.1038/s41598-017-11535-z

12. Li S., Malmstadt N. Deformation and poration of lipid bilayer membranes by cationic nanoparticles //Soft Matter. – 2013. – Т. 9. – №. 20. – С. 4969-4976. https://doi.org/10.1039/C3SM27578G

13. Anosov A. A. et al. Penetration of hydrophilic colloidal magnetite nanoparticles through a lipid membrane in an inhomogeneous magnetic field // Physics of Fluids. – 2024. – Т. 36. – №. 11. https://doi.org/10.1063/5.0240116

14. Anosov A. A. et al. Effect of colloidal magnetite (Fe3O4) nanoparticles on the electrical characteristics of the azolectin bilayer in a static inhomogeneous magnetic field //Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. – 2024. – Т. 1866. – №. 7. – С. 184352. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2024.184352

15. Olenick L. L. et al. Lipid corona formation from nanoparticle interactions with bilayers //Chem. – 2018. – Т. 4. – №. 11. – С. 2709-2723. https://doi.org/10.26434/chemrxiv.5512996

16. Pereira A. R., Oliveira Junior O. N. Recent advances in the use of Langmuir monolayers as cell membrane models //Eclética Química. – 2021. – Т. 46. – №. 1. – С. 18-29. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1SI.2021.p18-29

17. Er-Rafik M. et al. Tear of lipid membranes by nanoparticles //Soft Matter. – 2022. – Т. 18. – №. 17. – С. 3318-3322 https://doi.org/10.1039/D2SM00179A

18. Massart R. Preparation of aqueous magnetic liquids in alkaline and acidic media //IEEE transactions on magnetics. – 1981. – Т. 17. – №. 2. – С. 1247-1248. https://doi.org/10.1109/TMAG.1981.1061188

19. Mueller P. et al. Reconstitution of cell membrane structure in vitro and its transformation into an excitable system // Nature. – 1962. – Т. 194. – №. 4832. – С. 979-980. https://doi.org/10.1038/194979a0

20. Mendelsohn R., Mao G., Flach C.R. Infrared reflection–absorption spectroscopy: Principles and applications to lipid–protein interaction in Langmuir films // Biochim. Biophys. Acta. – 2010. – Vol. 1798, № 4. – P. 788–800. – https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2009.11.024 .

21. Weinstein D.B., Marsh J.B., Glick M.C., Warren L. Membranes of animal cells. IV. Lipids of the L cell and its surface membrane // J. Biol. Chem. – 1969. – Vol. 244, № 15. – P. 4103–4111.

22. Le-Deygen I. M. et al. Magnetic nanorods for remote disruption of lipid membranes by non-heating low frequency magnetic field //Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. – 2019. – Т. 21. – С. 102065. https://doi.org/10.1016/j.nano.2019.102065

23. Шевченко Л. Л. Инфракрасные спектры солей и комплексных соединений карбоновых кислот и некоторых их производных //Успехи химии. – 1963. – Т. 32. – №. 4. – С. 457-469. https://doi.org/10.1070/RC1963v032n04ABEH001329

24. Born M. Volumen und hydratationswärme der ionen //Zeitschrift für physik. – 1920. – Т. 1. – №. 1. – С. 45-48. https://doi.org/10.1007/BF01881023

25. P. W. Atkins and J. De Paula, Atkins’ Physical Chemistry (New York: W.H. Freeman, 2006).

Для цитирования:

Григорян И.В., Таранов И.В., Ле-Дейген И.М., Борисова Е.Д., Аносов А.А., Колмогоров И.М., Кравцов И.Д., Адельянов А.М., Ярославов А.А., Спиридонов В.В., Хомутов Г.Б., Черепенин В.А. Взаимодействие наночастиц магнетита с бислойной липидной мембраной. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.46