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2次元遷移金属ジカルコゲナイド上の空孔が強誘電性細胞死を引き起こす
Vacancies on 2D transition metal dichalcogenides elicit ferroptotic cell death.
PMID: 32661253 DOI: 10.1038/s41467-020-17300-7.
抄録
ナノテクノロジーの持続的な発展には、ナノバイオ界面での構造活性関係（SAR）の探索が必要である。フェロプトーシスは、いくつかの重篤な疾患（パーキンソン病、脳卒中、腫瘍など）の発症に寄与する可能性がありますが、ナノサイズのフェロプトーシス誘導剤によって誘発される疾患では、細胞経路とナノSARが探索されていることはほとんどありません。ここでは、WSとMoSナノシートが上皮細胞（BEAS-2B）とマクロファージ（THP-1）の鉄依存性細胞死、フェロプトーシスを誘導し、グルタチオンペルオキシダーゼ4（GPX4）、酸素ラジカル生成、脂質過酸化の抑制によって証明されていることを発見した。また、20種類の遷移金属ジカルコゲナイド(TMD)のナノSAR分析により、フェロプトーシスにおける表面空孔の決定的な役割が明らかになった。そこで、我々は、メタノールと硫化物のパッシベーションをTMDナノシートの安全なデザインアプローチとして開発した。これらの知見は、動物の肺において、TMDナノシートの口腔咽頭吸引によって検証された。全体として、本研究は、TMD誘発性フェロプトーシスにおけるナノSARと同様に重要な細胞イベントを明らかにし、ナノ製品の安全な設計を促進する可能性がある。
Sustainable developments of nanotechnology necessitate the exploration of structure-activity relationships (SARs) at nano-bio interfaces. While ferroptosis may contribute in the developments of some severe diseases (e.g., Parkinson's disease, stroke and tumors), the cellular pathways and nano-SARs are rarely explored in diseases elicited by nano-sized ferroptosis inducers. Here we find that WS and MoS nanosheets induce an iron-dependent cell death, ferroptosis in epithelial (BEAS-2B) and macrophage (THP-1) cells, evidenced by the suppression of glutathione peroxidase 4 (GPX4), oxygen radical generation and lipid peroxidation. Notably, nano-SAR analysis of 20 transition metal dichalcogenides (TMDs) disclosures the decisive role of surface vacancy in ferroptosis. We therefore develop methanol and sulfide passivation as safe design approaches for TMD nanosheets. These findings are validated in animal lungs by oropharyngeal aspiration of TMD nanosheets. Overall, our study highlights the key cellular events as well as nano-SARs in TMD-induced ferroptosis, which may facilitate the safe design of nanoproducts.