Суперпарамагнитни наночастици от железен оксид: Синтез, характеризиране, функционални свойства и взаимодействие с неутрофили, оценени чрез хемилуминесцентен метод
Иван Антонов, Благовест Бечев, Катерина Кавалджиева
, Стилян Стоев, Андрей Величков
, Юлия Мериенко, Красимира Тодорова
, Сорен Хайрабедян
Abstract: Цел: Синтез и физични характеристики на суперпарамагнитни наночастици от железен оксид (SPIONs), покрити с албумин и казеин и тяхното взаимодействие с неутрофили, оценени чрез хемилуминесцентен метод. Материал и методи: Утаяването на железни соли се използва за получаване на SPIONs (магнетитни микрокристали). Повърхностите им са модифицирани с APTES (3-аминопропилтриетоксисилан) и активирани с глутаралдехид за ковалентно свързване с албумин и казеин. За изследване на активността и функционалното състояние на левкоцитите се използват методи за индуцирана от луминол хемилуминесценция (CL) и интравитално изобразяване. Резултати и обсъждане: Проведен е мониторинг на промените във физичните характеристики на магнитните частици на всеки етап от техния синтез и модификация на повърхността им. Използвани са рентгенова дифракция (XRD), рентгеново разсейване с малък ъгъл (SAXS), сканираща електронна микроскопия (SEM) и енергийно дисперсивен рентгенов микроанализ (EDX). Използвайки тези методи, средният диаметър на SPIONs беше определен на приблизително 14,6 nm. Определената магнитна чувствителност при две различни честоти доказа техните парамагнитни свойства. Повърхностната модификация на SPIONs с помощта на APTES води до образуването на стабилни агрегати с размер 160–180 nm (SEM). Динамичното лазерно разсейване на светлината (DLS) беше използвано за намиране на хидродинамичните диаметри на непокрити (158 nm) и покрити (214 nm HSA, 195 nm казеин) SPIONs. Степента на покритие (протеинова маса/SPION маса) също беше определена; 22,4% (HSA) и 34,6%, казеин. Покрити и непокрити с HSA SPION вероятно не засягат спонтанния CL за цяла кръв и изолирани неутрофили, тъй като неутрофилите произлизат от неутрофилната популация в покой. Вероятно покрити и непокрити с HSA SPION повлияват инициирането и развитието на отговора на стимулираната от зимозан неутрофилна популация в пробата. Заключения: SPIONs с покритие не инициират генериране на ROS чрез неутрофили в покой, но вероятно модулират отговора, стимулиран от зимозан. За първи път е доказано съществуването на неутрофилни субпопулации в различно функционално състояние, когато са стимулирани със зимозан в присъствието на SPIONs. Синтезираните модифицирани SPION осигуряват добра основа за бъдещи приложения.
Keywords: казеин; хемилуминесценция; HSA; интравитално изображение; неутрофили; SPIONs
| References: (click to open/close) | [1] Bansal, R., Nagórniewicz, B., Storm, G., and Prakash, J. 2017. Relaxin-coated Superparamagnetic Iron-Oxide Nanoparticles as a Novel Theranostic Approach for the Diagnosis and Treatment of Liver Fibrosis. J. Hepatol. 66, S43.
[2] Lu, Y., Xu, Y. J., Zhang, G. B., Ling, D., Wang, M. Q., and Zhou, Y. 2017. Iron Oxide Nanoclusters for T1 Magnetic Resonance Imaging of Non-Human Primates. Nat. Biomed. Eng. 1, 637–643.
[3] Mohammed, L., Gomaa, H. G., Ragab, D., and Zhou, J. 2017. Magnetic Nanoparticles for Environmental and Biomedical Applications: A review. Particuology 30, 1–14.
[4] Weissleder, R., Bogdanov, A., Neuwelt, E. A., and Papisov, M. 1995. LongCirculating Iron Oxides for MR Imaging. Adv. Drug Delivery Rev. 16, 321–334.
[5] Kumar, C. S., and Mohammad, F. 2011. Magnetic Nanomaterials for Hyperthermia-Based Therapy and Controlled Drug Delivery. Adv. Drug Delivery Rev. 63, 789–808.
[6] Adjei, I.M., Plumton, G.; Sharma, B., 2016. Oxidative Stress and Biomaterials: The Inflammatory Link. In Oxidative Stress and Biomaterials; Elsevier Inc.: Amsterdam, The Netherlands, 89–115.
[7] Durocher, I., Noël, C., Lavastre,V., Girard,D., 2017. Evaluation of the in vitro and in vivo proinflammatory activities of gold (+) and gold (−) nanoparticles. Inflamm. Res. 66, 981–992.
[8] Hwang, T.-L., Aljuffali, I.A., Lin, C.-F., Chang, Y.-T., Fang, J.-Y., 2015. Cationic additives in nanosystems activate cytotoxicity and inflammatory response of human neutrophils: Lipid nanoparticles versus polymeric nanoparticles. Int. J. Nanomed. 10, 371–385.
[9] Li, W.T., Chang, H.W., Yang, W.C., Lo, C., Wang, L.Y., Pang, V.F., Chen, M., Jeng, C., 2018. Immunotoxicity of Silver Nanoparticles (AgNPs) on the Leukocytes of Common Bottlenose Dolphins (Tursiops truncatus). Sci. Rep. 8, 1–12. 25
[10] Bechev, B., Magrisso, M., Bochev, P., Markova, V., Alexandrova, M., 1993. Dependence of whole blood luminol chemiluminescence on PMNL and RBC count. Biochem biophys methods 27, 301-309.
[11] Can, K, Ozmen, M., Ersoz, M., 2009. Immobilization of albumin on aminosilane modified superparamagnetic magnetite nanoparticles and its characterization. Colloids Surf B Biointerfaces 71, 154–159.
[12] Keshavarz, M., Ghasemi, Z., 2011. Coating of Iron Oxide Nanoparticles with Human and Bovine Serum Albumins: A Thermodynamic Approach. J. Phys. Theor. Chem. IAU Iran, ISSN 1735-2126, 85-95.
[13] Maltas, E., Ozmen, M., Cingilli, V., Yildiz, S., Ersoz, M., 2011. Immobilization of albumin on magnetite nanoparticles. Materials Letters 65, 3499-3501.
[14] Gupta, A. K., Gupta, M. 2005. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials 26, 3995–4021.
[15] Hrouda, F., 2011. Models of frequency-dependent susceptibility of rocks and soils revisited and broadened. Geophys. J. Int., 187, 3, 1259-1269
[16] Dearing, J.A., Dann, R.J.L., Hay, K., Lees, J.A., Loveland, P.J., Maher, B.A., O'Grady, K., 1996. Frequency-dependent susceptibility measurements of environmental materials. Geophys. J. Int. 127, 228–240.
[17] Egli, R., Lowrie, W., 2002. Anhysteretic remanent magnetization of fine magnetic particles. J. Geophys. Res.107 (B10), 2209–2214
[18] Geiss, C. E., and C. W. Zanner, 2006. How abundant is pedogenic magnetite? Abundance and grain size estimates for loessic soils based on rock magnetic analyses, J. Geophys. Res., 111, B12S21,
[19] Geiss, C.E., Egli, R., Zanner, C.W., 2008. Direct estimates of pedogenic magnetite as a tool to reconstruct past climates from buried soils. J. Geophys. Res.113, B11102.
[20] Ito A., Shinkai M., Honda H., Kobayashi T., 2005. Medical application of functionalized magnetic nanoparticles. J Biosci Bioeng, 101–111.
[21] del Campo, A., Sen, T., Lellouche, JP., Bruce, IJ., 2005. Multifunctional magnetite and silicamagnetite nanoparticles: synthesis, surface activation and applications in life sciences. J Magn Magn Mater, 33–40.
[22] Wacker, M., Altinok, M., Urfels, S., Bauer, J., 2014. Nanoencapsulation of ultra-small superparamagnetic particles of iron oxide into human serum albumin nanoparticles. Beilstein J. Nanotechnol, 5, 2259–2266.
[23] Ansari, S., Ficiarà, E., Ruffinatti, F., Stura, I., Argenziano, M., Abollino, O., et al. (2019). Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis, Characterization and Functionalization for Biomedical Applications in the central Nervous System. Materials 12, 465.
[24] Lu, A. H., Salabas, E. L., and Schüth, F., 2007, Magnetic Nanoparticles: Synthesis, Protection, Functionalization, and Application. Angew. Chem. Int. Ed. 46, 1222–1244.
[25] Mireles, L.-K., Sacher, E., Yahia, L. H., Laurent, S., and Stanicki, D., 2016. A Comparative Physicochemical, Morphological and Magnetic Study of SilaneFunctionalized Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles Prepared by Alkaline Coprecipitation. Int. J. Biochem. Cel. Biol. 75, 203–211.
[26] Toropova, Ya., Motorina D., Zelinskaya I., Korolev D., Schulmeister, G., Skorik Yu., 2021. Generation of Reactive Oxygen Species by Human Whole Blood Cells Exposed to Iron Oxide Magnetic Nanoparticles Coated with Different Shells. Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 171,1, May, BIOTECHNOLOGIES, doi 10.1007/s10517-021-05176-6
[27] Abdelaziz Saafane, Denis Girard, Interaction between iron oxide nanoparticles (Fe3O4 NPs) and human neutrophils: Evidence that Fe3O4 NPs possess some pro-inflammatory activities. 2022. Chemico-Biological Interactions, 365, 110053.
[28] Ashley N. Connelly, Richar d P. H. Huijbregts, Harish C. Pal, Valeriya Kuznetsova1, Marcus D. Davis 1, Krystle L. Ong1 , Christian X. Fay1 , Morgan E. Greene1 , Edgar T. Overton & Zdenek Hel, 2022. Optimization of methods for the accurate characterization of whole blood neutrophils. Sci Rep 12 ,1 3667.
|
|
| Date published: 2024-08-01
(Price of one pdf file: 39.00 BGN/20.00 EUR)
