Биосовместимость и колоректальные анти | Куньминская компания постоянных магнитов, ООО

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 14127 (2022) Цитировать эту статью

1539 Доступов

3 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В настоящей работе сонохимическим методом были получены различные серии наночастиц ферритов шпинели (MFe2O4, Co0,5M0,5Fe2O4; M = Co, Mn, Ni, Mg, Cu или Zn). Затем золь-гель-методом были созданы магнитоэлектрические нанокомпозиты ядро-оболочка путем покрытия этих наночастиц BaTiO3 (BTO). Структуру и морфологию приготовленных образцов исследовали методами порошковой рентгеновской дифракции (XRD), сканирующего электронного микроскопа (SEM) в сочетании с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией (EDX), просвечивающего электронного микроскопа высокого разрешения (HR-TEM), и зета-потенциал. Рентгеноструктурный анализ показал наличие фаз феррита шпинели и BTO без каких-либо следов вторичной фазы. Обе фазы кристаллизовались в кубической структуре. СЭМ-микрофотографии иллюстрируют агломерацию сферических зерен с неравномерной двухфазной ориентацией и различной степенью агломерации. Более того, HR-TEM выявила межплоскостные плоскости d-расстояния, которые хорошо согласуются с плоскостями ферритной шпинели и фазы BTO. Эти методы вместе с анализом EDX подтвердили успешное формирование желаемых нанокомпозитов. Дзета-потенциал также был исследован. Биологическое влияние МНЧ (MFe2O4, CoMFe) и магнитоэлектрических нанокомпозитов ядро-оболочка (MFe2O4@BTO, CoMFe@BTO) исследовали с помощью МТТ- и DAPI-анализов. Через 48 часов лечения противораковую активность MNP и MENC исследовали на клетках колоректальной карциномы человека (HCT-116) в отношении цитосовместимости нормальных нераковых клеток (HEK-293). Установлено, что МНЧ обладают способностью противостоять раку толстой кишки, а МЭНК обладают восстановительным эффектом благодаря наличию защитного биосовместимого слоя БТО. Гемолитическое действие НЧ на эритроциты варьировало от не- до слабогемолитического эффекта. Этот эффект можно объяснить поверхностным зарядом от дзета-потенциала, а также CoMnFe обладает стабильным и самым низким дзета-потенциалом по сравнению с CoFe2O4 и MnFe2O4, а также защитным эффектом оболочки. Эти результаты открывают широкие перспективы для биомедицинского применения МНЧ в качестве противораковых препаратов и МЭНК в качестве перспективных наноносителей лекарственных средств.

Наночастицы хорошо известны как системы доставки лекарств в биомедицине, поскольку они могут преодолевать биологические барьеры, минимизировать дозы лекарства, которые необходимо вводить1, и уменьшать побочные эффекты. Магнитоэлектрические нанокомпозиты (МЭНК) — новейшая разработка в технологии магнитных наночастиц. МЭНК обладают как магнитными, так и новыми электрическими свойствами2. Механизм действия МЭНК в биологической среде в основном связан с образованием пор на раковых клетках3. Электрические свойства Vm раковых клеток отличаются от свойств здоровых клеток их аналогов. Опухолевые клетки демонстрировали отличительные биоэлектрические характеристики: электрофизиологический анализ различных опухолевых клеток показал деполяризацию (т.е. менее отрицательную), которая способствует быстрому клеточному росту4,5,6. Деполяризованный мембранный потенциал делает опухолевые клетки более восприимчивыми к электропорации, позволяя осуществлять доставку внутрь клеток через образующиеся поры7. Генерируемое МЭНК электрическое поле можно варьировать по многим параметрам, одним из которых является тип магнитной фазы (ядра) в МЭНК ядро-оболочка.

Титанат бария BaTiO3 (обозначается BTO) представляет собой интеллектуальный материал, который демонстрирует пьезоэлектрические характеристики за счет генерации электрической поляризации в ответ на мельчайшие структурные деформации8. Установлено, что БТО обладает биологическими характеристиками, в том числе высокой биосовместимостью при контакте с биологическими клетками. Поэтому его рассматривают как многообещающий материал для применения в биомедицине9. Чиофани и др. сообщили о цитосовместимости НЧ BTO в более высоких концентрациях, таких как 100 мкг/мл, на мезенхимальных стволовых клетках (МСК)10. Согласно ссылке 11, поли(молочная-ко-гликолевая) кислота/НЧ BTO продемонстрировали свою роль в прикреплении клеток и влияние на дифференцировку и пролиферацию остеобластов и остеоцитов.

0.05) in normal cells HEK-293 and further experiments are necessary to confirm the result. Figure 7 shows the cell viability for both cell lines treated with CoMFe@BTO (M = Ni, Cu, Mg, Zn, and Mn) MENCs. The presence of BTO coating layer inhibited the toxic and pro-apoptotic effects of CoMFe. The results revealed that cell viability was more favorable in case of BTO coating CoMFe@BTO (M = Ni, Cu, Mg, Zn, and Mn) MENCs as shown in Fig. 7 than with uncoated ones. BTO exhibited recovery effect on HEK-293 and HCT-116 cells and no indication were observed of mass death of both cell lines which confirmed that CoMFe@BTO MENCs may not be toxic. Generally, we have observed that MENCs either maintain the cell viability or promote the cell proliferation within the certain composites. This may be related to the presence of BTO shell. It is a piezoelectric nanomaterial and possesses an ability to act as an active substrate to promote cellular growth under physiological environment9. BTO can generates an electric stimulation as response to transient structure deformation due to the migration and attachment of cells8. The generated electrical pulses are transmitted to the surrounding cells which promotes the cell signaling pathways and stimulates Ca2+-calmodulin pathway that responsible for synthesis the growth factor and enhance the cell growth56,57. G. Genchi et al. used BTO NPs to promote tissue regeneration. They have shown that the presence of BTO NPs in the scaffold was able to enhance the growth rate and proliferation of H9c2 myoblasts after 72 h58. BTO is the most promising nanomaterial with huge potential in a wide range of nanomedicine applications. Owing to its good biocompatibility, protectivity and its applicability in multifunctional theranostic systems including drug delivery, cell stimulation, and tissue engineering58./p> 5%) hemolytic29. It has been observed that all the formulation in this study at the lowest concentration 33 µg/0.1 ml either core (MFe2O4, CoMFe2O4; M = Ni, Co, Mn, Mg, Zn, and Cu) MNPs or core–shell (MFe2O4@BTO, CoMFe2O4@BTO; M = Ni, Co, Mn, Mg, Zn, and Cu) MENCs showed nonhemolytic effect (0–2%). In contrast, the highest concentration 276 µg/0.1 ml exhibited a slightly to high hemolytic effect (> 5%) as detailed in Table 3 and Fig. 12. Upon close analysis, the presence of a biocompatible BTO layer plays a crucial role in terms of reducing the hemolytic effect of different core formulations even with the highest concentration as shown in Fig. 12. The large surface-to-volume ratio is one of the most important parameters of NPs where the smaller size of particle, the larger surface area they have. Although NPs possess the advantage of large loading drug due to large surface area, however; they promote the reaction of oxygen with tissues and creating free radicals47 which is oxidative stress factor on the cell. It has been acknowledged from literatures that the cytotoxicity and human cells apoptosis are generally based on the ROS production and oxidative stress due to the exposing to MNPs61,62,63. Several studies reported that the blocking of nanoparticles ROS leads to minimize their interaction with RBCs membrane and therefore their potential hemolytic effect64. Therefore, uncoated MNPs might be cytotoxic due to the direct contact with cells65./p>