Суперпарамагнитные наночастицы оксида железа: Синтез, характеристика, функциональные свойства и взаимодействие с нейтрофилами, оцененные хемилюминесцентным методом
Иван Антонов, Благовест Бечев, Катерина Кавалджиева
, Стилян Стоев, Андрей Величков
, Юлия Мериенко, Красимира Тодорова
, Сорен Хайрабедян
Abstract: Цель: Синтез и физические характеристики суперпарамагнитных наночастиц оксида железа (SPIONs), покрытых альбумином и казеином, и их взаимодействие с нейтрофилами оценено хемилюминесцентным методом. Материал и методы: Осаждение солей железа используют для получения SPIONs (микрокристаллов магнетита). Их поверхности модифицируют APTES (3-аминопропилтриэтоксисиланом) и активируют глутаральдегидом для ковалентного связывания с альбумином и казеином. Для изучения активности и функционального состояния лейкоцитов используют методы люминол-индуцированной хемилюминесценции (ХЛ) и прижизненной визуализации. Результаты и обсуждение: Проведено мониторирование изменений физических характеристик магнитных частиц на каждой стадии их синтеза модификации их поверхности. Использовали рентгеновскую дифракцию (РД), малоугловое рентгеновское рассеяние (МУРР), сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) и энергетический дисперсионный рентгеновский микроанализ (ЭДРА). С использованием этих методов определено среднее значение диаметра SPIONs около 14,6 нм. Определенная магнитная восприимчивость на двух разных частотах доказала их парамагнитные свойства. Модификация поверхности SPIONs с помощью APTES приводит к образованию устойчивых агрегатов размером 160-180 нм (СЭМ). Динамическое лазерное рассеяние света (ДЛР) использовали для нахождения гидродинамических диаметров непокрытых (158 нм) и покрытых (214 нм HSA, 195 нм Казеин) SPIONs. Была также установлена степень покрытия (масса белка/масса SPION); 22,4% (HSA) и 34,6%, казеин. Покрытые HSA и непокрытые SPIONs, вероятно, не влияют на спонтанную ХЛ для цельной крови и изолированных нейтрофилов, поскольку нейтрофилы происходят из популяции нейтрофилов в состоянии покоя. Вероятно, покрытые HSA и непокрытые SPIONs влияют на инициацию и развитие стимулированной зимозаном реакции популяции нейтрофилов в образце. Выводы: SPIONs с покрытием не инициируют генерацию АФК нейтрофилами в состоянии покоя, но, вероятно, модулируют реакцию, стимулированную зимозаном. Впервые доказано существование субпопуляций нейтрофилов в другом функциональном состоянии при стимуляции зимозаном в присутствии SPIONs. Синтезированные модифицированные SPION являются хорошей основой для применения в будущем.
Keywords: казеин; хемилюминесценция; HSA; прижизненная визуализация; нейтрофилы; 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)
