Wpływ przepływu mikrofluidycznego oraz nanocząstek metalicznych na właściwości amyloidogenne ludzkiej cystatyny C

Abstract

Celem pracy było zbadanie wpływu nanocząsteczek tlenku miedzi(II) (CuO NPs) na strukturę, stabilność i agregację ludzkiej cystatyny C (HCC) oraz określenie, czy powstające agregaty wykazują aktywność biologiczną. Nanocząstki CuO otrzymano syntetycznie i potwierdzono ich jednorodność, stabilność oraz dobre zdyspergowanie. Wykazano, że CuO NPs oraz jony Cu²⁺ obniżają stabilność natywnej HCC - zarówno formy monomerycznej, jak i dimerycznej. Agregacja HCC przebiegała odmiennie w zależności od pH i obecności nanocząsteczek CuO. W pH 6 białko nie tworzyło agregatów, lecz dodatek CuO NPs inicjował powstawanie struktur fibrylarnych. W pH 4 białko agregowało spontanicznie, a nanocząstki modulowały morfologię agregatów - od form pierścieniowych po grube struktury fibrylarne. Komplementarne techniki potwierdziły wzrost udziału struktur β, zmiany konformacyjne oraz powstawanie większych, bardziej wydłużonych agregatów. W warunkach mikroprzepływu proces był szybszy i bardziej heterogeniczny. Badania na komórkach SH-SY5Y wykazały, że formy powstałe po inkubacji HCC z CuO NPs znacznie obniżają żywotność komórek oraz zwiększają poziom reaktywnych form tlenu. Wyniki pokazują, że nanocząsteczki CuO wpływają na przebieg przemian HCC - od destabilizacji struktury natywnej, poprzez inicjację wczesnych etapów agregacji, aż po formowanie biologicznie aktywnych agregatów.

The aim of this study was to investigate how copper(II) oxide nanoparticles (CuO NPs) affect the structure, stability, and aggregation of human cystatin C (HCC), and whether the resulting aggregates exhibit biological activity. CuO NPs were synthetically obtained and confirmed to be stable and well-dispersed. Both CuO NPs and Cu²⁺ ions reduced the stability of native HCC in its monomeric and dimeric forms. HCC aggregation depended on pH and the presence of nanoparticles. At pH 6, HCC did not aggregate on its own, whereas CuO NPs initiated fibril formation. At pH 4, HCC aggregated spontaneously, and the nanoparticles modulated aggregate morphology - from ring-like structures to thick fibrils. Complementary techniques confirmed increased β-sheet content, conformational changes, and the formation of larger, more elongated aggregates. Under microfluidic conditions, aggregation proceeded faster and was more heterogeneous. SH-SY5Y cell assays showed that structures formed after incubation of HCC with CuO NPs decreased cell viability and elevated reactive oxygen species levels. Overall, the results indicate that CuO nanoparticles influence the transformation pathway of HCC - from destabilization of its native structure through early aggregation steps to the formation of biologically active aggregates.