Abstrakti
Volframioksidi sol, joka sisältää erittäin kiteisiä ortorombisia WO3-nanohiukkasia ja jolla on hyvä sedimentaatiostabiilius, syntetisoitiin käyttäen helppoa, ultraääni-avusteista tekniikkaa. Lisäksi ehdotettiin steeristä stabilisaattoria, dekstraania, parantamaan WO3-nanohiukkasten stabiilisuutta biologisissa väliaineissa ja vähentämään niiden In vivo-toksisuutta. Dekstraanistabiloitujen ja stabilisoimattomien WO3-solien sytotoksisuutta tutkittiin in vitro käyttämällä dental pulp stem (DPS)-solulinjoja ja breast cancer (MCF-7) – solulinjoja. Molemmat volframioksidimassat osoittivat vähäistä sytotoksisuutta ja vähäistä genotoksisuutta sekä kantasoluille että pahanlaatuisille soluille ja vähensivät vain hieman niiden metabolista aktiivisuutta tutkitulla pitoisuusalueella (0, 2-200 µg/ml). Saadut tiedot tukevat volframioksidikolloidisten liuosten mahdollisia theranostisia sovelluksia.
1. Johdanto
Volframitrioksidi(tai volframi (VI) oksidi. WO3 on puolijohdemateriaali, jonka kaistavahdin leveys on 2,5–2,8 eV ja joka vastaa näkyvää spektrialuetta. WO3-nanopartikkeleilla ja nanokiteisillä ohutkalvoilla on laaja valikoima sovelluksia mikroelektroniikassa ja optoelektroniikassa , älyikkunoissa , väriaineherkistetyissä aurinkokennotekniikassa , kaasun tunnistuslaitteissa , kvanttipistepohjaisissa valodiodeissa , katalyysissä , fotokatalyysissä ja fotoelektrokatalyysissä , mukaan lukien veden jakaminen , Jäteveden puhdistus ja desinfiointi .
viime aikoina volframioksidi on herättänyt paljon huomiota lupaavien biolääketieteellisten sovellustensa vuoksi . WO3-nanopartikkelit parantavat voimakkaasti kudosrakenteiden näkyvyyttä Röntgenpohjaisissa kuvantamistekniikoissa eli tietokonetomografiassa (CT). Volframin Röntgenabsorptiokerroin (4,438 cm2/kg 100 keV) on paljon suurempi kuin kätevän CT-varjoaineen jodin (1,94 cm2/kg 100 keV) . Volframioksidia sisältäviä nanohiukkasia, joilla on fotokatalyyttisiä ominaisuuksia, on sovellettu fototermisissä ja fotodynaamisissa hoidoissa. Volframioksidinanopartikkelit toimivat säteilyannosta tehostavana aineena sädehoidon aikana ja niitä voidaan käyttää theranostisena aineena samanaikaisessa kasvaimen CT-kuvantamisessa ja hoidossa (trimodaalinen vaikutus: fototerminen, fotodynaaminen ja säteily ). WO3: n turvallisuus-ja vaaratiedot ovat saatavilla Pubchemissa .
syöpäteranostisissa sovelluksissa valoaktiivisilla puolijohdenanohiukkasilla on oltava kaksi yhtä tärkeää ominaisuutta: minimitoksisuus pimeässä (normaaleille soluille) ja maksimiaktiivisuus säteilytyksen yhteydessä (kasvainsoluille). Molemmat vaatimukset voidaan osittain täyttää muuttamalla hiukkasten pintatilaa ja habitusta synteesin aikana.
volframioksidinanorakenteiden habitus voidaan helposti säätää käyttövaatimusten mukaiseksi. Näin voidaan syntetisoida 0D (pisteitä), 1D (sauvat, viikset ja kuidut), 2D (levyt, kalvot) tai 3D (suuret hiukkaset, lohkot) WO3-materiaaleja. On raportoitu erityyppisiä nanorakenteisia volframioksideja yksinkertaisista, pallomaisista nanohiukkasista WO3-pohjaisiin aerogel-verkkoihin, kvanttipisteisiin , nanorakenteisiin kalvoihin (mukaan lukien nanoplaattikalvot , nanorodikalvot , hunajakennorakenteiset kalvot ja mesoporofilmit), nanohelteisiin , nanokuituihin, nanoliittimiin , nippumaisiin nanoliittimiin , nanoverkkoihin , onttoihin palloihin , makropalloihin , kiilamaisiin arkkitehtuureihin , nanorodeihin , nanokuboideihin , neliönmuotoisiin nanolaattoihin , nanosäteisiin , nanoaallot , ja siilimäiset , kukkamaiset ja puumaiset nanorakenteet jne.
WO3-nanorakenteiden synteesiin on kehitetty useita pitkälle kehitettyjä lähestymistapoja, joissa käytetään höyry-, neste-ja kiinteäfaasimenetelmiä (sekä “märkä” että “kuiva”). Höyry-vaihe reitti voidaan toteuttaa kautta laser ablaatio, elektronisuihku säteilytys, ionipommitus, tai lämpökäsittely volframi-pohjaisten materiaalien; näitä tekniikoita käytetään ensisijaisesti tuotantoon nanorakenteisten kalvojen ja sisältävät tällaisia prosesseja, kuten sputtering ja terminen haihtuminen (mukaan lukien kuuma-lanka ja kaaren vastuuvapauden höyrystyminen ja spray pyrolyysi ). WO3-nanohiukkasten synteesissä keskeisiä nestefaasimenetelmiä ovat saostaminen hapoilla, hydro-tai solvoterminen käsittely (käyttäen vesipitoisia , ei-vesipitoisia tai sekalaisia liuottimia), sol-geelinkäsittely (sekä vesipitoisissa että ei-vesipitoisissa järjestelmissä), käänteismikroemulsiovälitteiset reitit sekä pehmeä ja kova templaatio (mukaan lukien elektrodepositio ). Kiinteäfaasimenetelmät perustuvat pääasiassa kahteen lähestymistapaan: tribokemialliseen ja termiseen dekompositioon; jälkimmäinen mahdollistaa puhtaan, pinta-aktiivisen, hyvin kiteytyneen materiaalin tuottamisen ilman haitallisia epäpuhtauksia. Esimerkiksi ammonium meta-ja paratungstaatti hajoavat helposti kuumennettaessa muodostaen volframitrioksidia .
on tunnettu tosiasia, että WO3-nanohiukkasten valoaktiiviset ominaisuudet riippuvat voimakkaasti tämän materiaalin kidevedellisyydestä: kidekoon kasvu lisää orgaanisten materiaalien fotodekoostumisnopeutta ja vastaavasti nanohiukkasten fotosytotoksisuutta . Toisaalta volframioksidipinnan kiteytymisasteen nousu ja hydraatioasteen lasku (esim. WO3-nanohiukkasten liuotuksettoman synteesin yhteydessä) liukoisuuden ja myrkyllisyyden pitäisi vähentyä , koska WO3-nanohiukkasten sytotoksisuuden (mukaan lukien genotoksiset vaikutukset, kuten DNA-vauriot ja mikrotumat) oletetaan johtuvan vapaista volframi-ioneista, jotka voivat aiheuttaa oksidatiivista stressiä ja tulehdusta. Tässä asiakirjassa olemme yrittäneet selventää näitä kiistanalaisia kysymyksiä analysoimalla alkuperäisen pinta-aktiivisen aineen vapaan vesipitoisen WO3 sol: n sytotoksisuutta, joka on valmistettu kiinteän olomuodon lämpöhajoamisella ammoniumparatungstatella, minkä jälkeen tuloksena olevan tuotteen ultraäänidispersio vedessä. Tämä sol sisältää erittäin kiteisiä ortorombisia volframioksidinanohiukkasia, joilla odotetaan olevan alhainen ioniliukoisuus ja myrkyllisyys sekä korkea valoaktiivisuus säteilytyksessä. Sol: n in vivo-vakauden lisäämiseksi sitä muutettiin lisäksi myrkyttömällä stabilointiaineella, dekstraanilla. Näin paperi oli suunnattu vertaileva tutkimus tumma sytotoksisuus ja metabolinen aktiivisuus normaalien kantasolujen ja pahanlaatuisten solujen läsnä ollessa stabiloitu ja ei-stabilisoitu sols erittäin kiteistä WO3. Myrkyllisyystutkimuksiin olemme valinneet erittäin kiteisen yksifaasisen WO3: n, joka sulkee pois kaikki muut tekijät, jotka voivat vaikuttaa nanohiukkasten Myrkyllisyyteen.
2. Materiaalit ja menetelmät
2.1. WO3-nanopartikkelien synteesi ja karakterisointi
WO3-vesiliuokset valmistettiin hiljattain raportoidulla protokollalla . Lyhyesti, 3 g ammonium paratungstate (erittäin puhdasta laatua) jauhe tuotiin, 10 min, muhveliuuni esilämmitetään 600°С, ilmassa. Näin saatu WO3-jauhe sammutettiin ilmassa, jäähdytettiin ja sekoitettiin 200 mL: aan tislattua vettä ja ultrasonikoitiin ultraäänihauteessa 6 tunnin ajan, jotta saatiin Vaalea keltainen samea sol. Sol sai tyytyä vielä 3 tuntiin ja se jaettiin 2 osaan. Yhteen annoksista lisättiin dekstraanijauhetta (erittäin puhdasta laatua, Sigma #31388, 0,162 g), jonka annettiin liueta sekoittaen. Kantasols: n pitoisuus gravimetrisen analyysin avulla arvioituna oli 2 g/L. jauheen Röntgendiffraktioanalyysi (XRD) tehtiin Bruker D8-Advance-Diffraktometrillä (CuKa-säteily). Pyyhkäisyelektronimikroskopian (sem) kuvat saatiin Carl Zeiss nVision 40-elektronimikroskoopilla 1 kV: n kiihtyvällä jännitteellä. Ennen XRD: n ja SEM: n mittauksia sols kuivattiin ilmassa 50°C: n lämpötilassa yön yli. WO3-suspensioiden aggregointikäyttäytymisen aikaratkaisevat dynaamisen valon sirontamittaukset (DLS) suoritettiin helium-neon-laserilla () varustetulla Foto-Kompleksianalysaattorilla. Kaikki DLS-mittaukset tehtiin 90°: n sirontakulmassa.
2, 2. Soluviljelmä
kokeissa käytettiin kahta solutyyppiä: dental pulp stem (DPS)-soluja ja rintasyöpäsolulinja MCF-7: ää. On huomattava, että viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet suurta kiinnostusta kantasoluihin antituumorilääkkeiden toimittamiseksi . DPS-solut eristettiin kolmannesta poskihammasalkiosta, joka uutettiin oikomisaiheita varten terveeltä, 16-vuotiaalta potilaalta. MCF-7-rintasyöpäsolulinja saatiin Venäjän tiedeakatemian Solubiofysiikan instituutin solupankista. Solut uutettiin dmem: llä (PanEko, Venäjä), joka sisälsi 200 U/mL penisilliiniä ja 200 µg/mL streptomysiiniä (Life Technologies, USA), ruiskulla, joka työnnettiin hampaankoloon ja käsiteltiin edelleen 0, 25% trypsiinillä ja 0, 02% EDTA: lla (Life Technologies, USA) 30 minuutin ajan 37°C: ssa. Eristetyt solut sentrifugoitiin 2 minuutin ajan nopeudella 1500 rpm ja suspendoitiin uudelleen yksisoluiseen viljelyaineeseen, joka koostui dmem/F-12 : sta (1: 1; Life Technologies) ja johon lisättiin 10-prosenttinen sikiön vasikan seerumi (FCS). Saatu liuos siirrettiin 25 mL: n injektiopulloihin ja viljeltiin 5%: n CO2-ilmakehässä 37°C: ssa lisäämällä 10% FCS: ää (Hykloni), 100 U/mL penisilliiniä/streptomysiiniä ja 2 mM L-glutamiinia Dmem: ssä (PanEko, Venäjä). Kun alifluenttisolutila saavutettiin, viljellyt solut käsiteltiin 0,25-prosenttisella EDTA-trypsiiniliuoksella ja syötettiin 75 cm2: n injektiopulloihin suhteessa 1 : 3. Soluja viljeltiin dmem/F-12: lla (PanEko, Venäjä), johon lisättiin 10% FCS: ää, 100 U/mL penisilliiniä/streptomysiiniä ja 2 mM L-glutamiinia.
2, 3. MTT-määritys
mitokondrioiden ja sytoplasmisten dehydrogenaasien aktiivisuus elävissä soluissa määritettiin MTT-määrityksellä, joka perustui värittömän tetratsoliumsuolan (3–2,5-difenyylitetratsoliumbromidi (MTT)) pelkistämiseen. 24 tunnin solun inkubaation jälkeen eri pitoisuuksilla WO3-nanohiukkasia, 0.Kuoppiin lisättiin 5 mg / mL MTT-reagenssia korvaamalla viljelyaine, minkä jälkeen tehtiin standardi MTT-määritys.
2, 4. Elävien/kuolleiden määritys
WO3-nanohiukkasten läsnä ollessa viljeltyjen solujen elinkelpoisuuden arviointi tehtiin Carl Zeiss Axiovert 200-mikroskoopilla. Määrityksessä käytettiin l-7007 LIVE/DEAD BacLight-bakteerin Elinkykypakettia (Invitrogen), johon kuului SYTO 9-fluoresoiva väriaine (absorptio 420 nm, emissio 580 nm) ja propidiumjodidi (pi) – väriaine (absorptio 488 nm, emissio 640 nm). Väriaineet lisättiin väliaineeseen (1 µg/mL), ja levy asetettiin CO2-inkubaattoriin 15 minuutiksi. Mikrofotografit otettiin solujen pesun jälkeen fosfaattipuskuroidulla suolaliuoksella.
2, 5. Mitokondriopotentiaali
mitokondrioiden kalvopotentiaali (MMP) määritettiin JC-1-väriaineella käyttäen standardimenetelmän mukaista fluoresenssimikroskopiaa . JC-1 kerääntyy mitokondrion kalvoon potentiaalista riippuvalla tavalla. Sisemmän mitokondriokalvon suuri potentiaali helpottaa väriaineaggregaattien (J-aggregaattien) muodostumista sekä eksitaation että emission siirtyessä kohti punaista valoa (530 nm/590 nm) verrattuna JC-1-monomeereihin (485 nm/538 nm) . Solut kylvettiin 96-kuoppakudosviljelylevyihin (Greiner), joiden tiheys oli 5·104 solua/kuoppa 100 µL: n viljelyaineessa, ja niitä viljeltiin CO2-inkubaattorissa 37°C: ssa 24, 48 ja 72 tunnin ajan. Solut inkuboitiin 5 µM JC-1: llä HBSS: ssä CO2-inkubaattorissa 37°C: ssa 30 minuutin ajan. Seuraavaksi solut pestiin kahdesti hbss: llä ja analysoitiin 200m: n Zeiss-käänteisfluoresenssimikroskoopilla (Zeiss, Saksa) 200x suurennoksella. Tulokset esitetään fluoresenssin suhteena, joka on mitattu aallonpituudella 530 nm/590 nm (aggregaatit) ja aallonpituudella 485 nm/538 nm (monomeerit).
2, 6. Soluytimien fluoresoiva värjäys Hoechst 33342-väriaineella
soluissa viljeltiin 96-kuoppalevyillä edellä kuvatulla tavalla. WO3-nanohiukkasilla 24, 48 ja 72 tunnin viljelyn jälkeen solut pestiin HBSS: llä ennen 20 minuutin värjäystä Hoechst 33342: lla (1 mg/mL). Kuvat värjäytyneistä soluista otettiin fluoresenssimikroskopialla, ja apoptoosin prosenttiosuus laskettiin laskemalla (oli >600 solua ryhmää kohti).
2, 7. Tilastollinen analyysi
kokeet suoritettiin 3-4 rinnakkaisnäytteessä ja analyyttiset määritykset jokaisesta näytteestä tehtiin kahtena kappaleena. Kokeiden tuloksia verrattiin kontrollikokeeseen. Tulosten luotettavuuden arvioimiseksi käytettiin variaatiotilastojen menetelmiä. Tilastollisen merkitsevyyden arviointiin käytettiin Mann-Whitney-testiä (). Saadut tiedot on käsitelty Microsoft Excel 2007-ohjelmistolla.
3. Tulokset ja keskustelu
dekstraanilla stabiloidut ja stabiloimattomat WO3-solit osoittivat erittäin hyvää sedimentaation stabiilisuutta. 7 päivän varastoinnin jälkeen kirkkaan viinan tilavuusosuus oli enintään 7% (taulukko S1, lisätiedot). Röntgenjauhediffraktiotietojen mukaan(kuva 1 (A)) saadut sols: t koostuivat erittäin kiteisestä ortorhombisesta volframitrioksidista (β-WO3), jonka hiukkaskoko on laskettu Röntgendiffraktiokuvioiden täyden Profiilin analyysillä. SEM-kuvat (Kuva 1 b) olivat hyvin yhdenmukaisia XRD-tietojen kanssa ja osoittivat, että ultraäänitutkimus johti WO3-aggregaattien täydelliseen hajoamiseen ja vapaasti seisovien hiukkasten muodostumiseen.
(a)
(b)
(a)
DLS-tutkimuksen tulokset osoittavat, että stabilisoimattomien hiukkasten hydrodynaaminen läpimitta oli noin 54 nm (säde 27 nm); dekstraanistabiloiduille nanohiukkasille tämä arvo kaksinkertaistui (kuva 2).
(a)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c)
WO3-nanohiukkasten sytotoksisuusanalyysissä valittiin kahdentyyppisiä ihmissoluviljelmiä: normaali (varsi), joka eristettiin terveen luovuttajan hampaan massasta, ja transformoitu, eristetty rintakasvaimesta. Tämä valinta tehtiin ottaen huomioon niiden erilainen metabolinen aktiivisuus, morfologia ja proliferatiivinen aktiivisuus. MTT-testin tuloksista käy selvästi ilmi, että MCF-7-solut (kuva 3 a)) lisääntyivät paljon nopeammin kuin DPS-solut(kuva 3 b). MCF-7–ja DPS-solujen metabolisen aktiivisuuden analysointi MTT-testillä WO3-nanohiukkasilla tapahtuneen inkubaation jälkeen kaikilla testatuilla pitoisuuksilla (0,2-200 µg/mL) ei paljastanut merkittävää eroa kontrolliryhmään kummankaan soluviljelmän osalta. Elävien ja kuolleiden solujen suhteen differentiaalianalyysi (Kuva 4) WO3-nanohiukkasilla tapahtuneen inkubaation jälkeen ei myöskään paljastanut merkittäviä eroja kontrolliryhmään nähden. DPS-solujen morfologiset ominaisuudet WO3-nanohiukkasilla tapahtuneen inkubaation jälkeen pysyivät muuttumattomina; solut säilyttivät fibroblastin kaltaisten soluviljelmien ominaisuudet, mukaan lukien tehokkaan adheesion, leviämisen ja siirtymisen etureunamallin kautta. MCF-7-solut säilyttivät myös alkuperäisen morfologiansa ja aktiivisuutensa WO3-nanohiukkasilla tapahtuneen inkubaation jälkeen, mikä lisäksi vahvisti myrkyllisen vaikutuksen puuttumisen.
(a)
(b)
(a)
(b)
oksidatiivinen stressi on metallipohjaisten nanomateriaalien sytotoksisen vaikutuksen päämekanismi . Oksidatiivisen stressin kehittymiseen voi liittyä mitokondrioiden aineenvaihdunnan häiriö, joka johtaa solunsisäisen ROS-tason nousuun . On myös hyvin tunnettua, että nanokiteinen volframi pystyy tuottamaan ROS: ää biologisissa väliaineissa haber-Weiss-reaktion kautta . Tältä osin tutkimme mitokondrioiden kalvopotentiaalia (MMP) WO3-nanohiukkasilla solujen inkuboinnin jälkeen (kuva 5). Mikrografien kvantitatiivinen analyysi paljasti MMP: n vähenevän hieman annosriippuvaisesti. Tämä lasku viittaa siihen, että WO3-nanohiukkasilla oli edelleen tietty vaikutus solun aineenvaihduntaan, mutta se ei LIVE/DEAD-määrityksen mukaan aiheuttanut solukuolemaa.
(a)
(b)
(a)
seuraavaksi teimme WO3-nanohiukkasilla inkuboitavien solujen tumien morfologisen analyysin mahdollisten genotoksisuuden merkkien havaitsemiseksi (kuva 6). Ydinlaitteessa ei havaittu näkyviä muutoksia normaaleissa eikä pahanlaatuisissa soluissa koko WO3-nanohiukkaspitoisuusalueella. Genotoksisuuden puuttumisen varmistamiseksi olisi kuitenkin tehtävä tarkempi tutkimus (esimerkiksi comet-määritys).
näin ollen voidaan päätellä, että WO3-nanohiukkasilla ei ollut lyhytaikaisia (24 tunnin jälkeen) toksisia vaikutuksia MCF-7-ja DPS-soluissa, vaikka on syytä huomata, että WO3-nanohiukkasten lyhytaikaisia vaikutuksia ihmissoluihin tutkittiin, kun taas WO3-nanohiukkasaltistuksen pitkäaikaisia vaikutuksia on vielä tutkittava, mukaan lukien pitkäaikaiset syto-, geno-ja alkiotoksisuustutkimukset.
4. Keskustelu
pääsääntöisesti volframioksidinanohiukkaset osoittavat vähäistä sytotoksisuutta ja ovat suhteellisen turvallisia in vitro pitoisuusalueella 1000 µg mL–1. Esimerkiksi valokaaripurkausmenetelmällä deionisoidussa vedessä valmistetut ja ristisidotulla kitosaanilla päällystetyt WO3-nanohiukkaset eivät osoittaneet merkittävää sytotoksisuutta, kun pitoisuudet olivat enintään 5000 µg / mL 24 tunnin inkubaation jälkeen. Vastaavasti PEG-poly-ε-kaprolaktoni kapseloitu volframioksidi nanopartikkelit (keskimääräinen halkaisija 108 nm, hydrodynaaminen halkaisija 152 nm) syntetisoitiin terminen hajoaminen volframi esiaste (WCl6) polaarinen nonaqueous liuotin (Dietyleeniglykoli) ja muunnetaan käyttäen lohko kopolymeeri . Hela–soluille tehty MTT: n sytotoksisuusmääritys osoitti, että saaduilla nanohiukkasilla oli mitätön sytotoksinen vaikutus pitoisuusalueella 0, 1-5000 µg/mL 24 tunnin inkubaation jälkeen. Samaa protokollaa käytettiin polyakryylihappokantaisten volframioksidinanohiukkasten synteesissä, jolla oli myös vähäpätöinen sytotoksinen vaikutus ihmisen alveolaarisen tyviepiteelisolulinjaan pitoisuusalueella 50-1000 µg/mL 24 tunnin inkubaation jälkeen . Kaksiulotteiset WO3-nanoplateletit, joiden koot vaihtelevat 30-100 nm ja paksuus noin 5-10 nm, syntetisoitiin wcl6: n lämpöhajoamisella ei-polaarisessa liuottimessa ja päällystettiin poly-ε-kaprolaktonikerroksella . Hela-solulinjan sytotoksisuuskokeet osoittivat LD50-arvon olevan noin 0.01 M (noin 2300 µg mL–1) ja myrkyllisyyden puuttuminen pitoisuuksilla 0,001 M (noin 230 µg/mL). Pinnoittamattomien ja pinnoitettujen nanohiukkasten toksisuusprofiilit in vitro olivat hyvin samanlaiset, mikä viittaa siihen, että polymeeri ei vaikuttanut WO3: n luontaiseen sytotoksisuuteen. Päinvastoin, pinnoittamattomien hiukkasten suspensiot osoittautuivat erittäin myrkyllisiksi in vivo, mikä johti hiiren kuolemaan muutamassa sekunnissa. Chinde ym. tutkittiin WO3 – nano-ja mikropartikkelien eri pitoisuuksien (0-300 µg/mL) toksisuusmekanismeja ihmisen keuhkosyöväsoluissa (A549). Mikropartikkelit olivat myrkyttömiä koko tutkitulla pitoisuusalueella, kun taas nanopartikkelit olivat myrkyttömiä vain pitoisuusalueella 100 µg / mL. WO3-pitoisuus 200 ja 300 µg/mL 24 tunnin altistuksen jälkeen lisäsi merkittävästi hännän DNA: n prosenttiosuutta, mikrotumien muodostumista ja sisäistä apoptoottista solukuolemaa. Zhou ym. syntetisoitu volframioksidi nanorodit, joiden pituus ja halkaisija on helposti terminen hajoaminen, sitten muutettu niitä metoksipoly (etyleeniglykoli) (PEG) karboksyylihapon kautta ligandinvaihto . MTT-solukkovuusmäärityksen (ihmisen epiteelisolujen kohdunkaulan syöpäsolulinja HeLa ja hiiren normaali fibroblastisolulinja L929) mukaan näillä nanohiukkasilla ei ollut sytotoksisuutta pimeässä (ilman säteilytystä) pitoisuusalueella, joka oli enintään 125 µg/mL 4 tunnin inkubaation jälkeen. Tässä osoitimme, että uusi, helppo ja skaalautuva lähestymistapamme nanokiteisen WO3: n synteesiin mahdollistaa stabiilien WO3-solien valmistuksen, joka sisältää erittäin kiteisiä nanohiukkasia, mikä varmistaa niiden alhaisen sytotoksisuuden ja antaa heille mahdollisuuden biolääketieteellisiin sovelluksiin.
itse asiassa WO3-solien stabiilisuus on keskeinen edellytys niiden biolääketieteelliselle sovellukselle, sillä yleensä volframioksidin suuren tiheyden (7,16 g / cm3) vuoksi WO3-nanohiukkaset saostuvat helposti. Intermolekulaariset vetovoimat (esim .van der Waalsin voimat) aiheuttavat nanohiukkasten agglomeraation/aggregaation ja Solin hyytymisen/sedimentaation. Kolloidisten liuosten stabiilisuus riippuu nanohiukkasten välisestä repulsiosta; tällaisen repulsion päämekanismeja on kaksi: sähköstaattinen ja steerinen . Edellinen on seurausta sähköisestä kaksikerroksisesta muodostumisesta nanohiukkasten ympärille varauksen erotuksesta johtuen. Kun kaksi nanohiukkasta lähestyy toisiaan päällekkäisinä kaksoiskerroksinaan, syntyy voimakas vastenmielisyys . Tämä mekanismi on hallitseva heikoissa elektrolyyteissä; kaksoiskerroksen paksuus pienenee rajusti korkeammalla ionipitoisuudella, nanohiukkaset lähestyvät paljon lähempänä ja vetovoima tapahtuu. Koska biologiset nesteet ovat vahvoja elektrolyyttejä, jotka sisältävät monia komponentteja, tämä voi aiheuttaa sols: n epävakautta ja hiukkasten aggregaatiota . Tämän vuoksi toista, steeristä stabilointimekanismia tulisi mieluiten käyttää biolääketieteellisessä kolloidisessa systeemitekniikassa . Tässä repulsion saavutetaan adsorboituneiden suurten orgaanisten molekyylien (varaamattomat nonioniset pinta-aktiiviset aineet tai polymeerit), muodostaen suojaavan kerroksen nanohiukkasten pinnalle, estäen niiden törmäyksen johtuen hydratoitujen ketjujen energeettisesti epäsuotuisasta vuorovaikutuksesta (kun steerisellä stabilointiaineella on hyvä hydrofiilisyys) . Samankaltaista lähestymistapaa käyttivät Zhou et al. WOX-nanohiukkasten muokkaaminen metoksipoly (etyleeniglykoli) karboksyylihapolla niiden hyvän veden dispergoituvuuden ja bioyhteensopivuuden varmistamiseksi.
yleensä laimennetuissa elektrolyyteissä näiden kahden mekanismin kautta stabiloitujen sols: ien ominaisuuksissa ei ole eroja, mutta niiden käyttäytyminen muuttuu radikaalisti biologisissa väliaineissa . On tunnettu tosiasia, että WO3-nanohiukkaset, joissa ei ole steerisiä stabilointiaineita (vain sähköstaattinen stabilointi), ovat erittäin myrkyllisiä in vivo, luultavasti johtuen hiukkasten aggregoitumisesta verisuonissa ja hiussuonissa . Näin ollen huolimatta siitä, että stabilointiaine (dekstraani) vaikuttaa vain vähän volframioksidinanopartikkelien toksisuuteen in vitro, dekstraanistabiloitu sol on lupaavampi jatkokäyttöön in vivo-sovelluksissa, esimerkiksi röntgenkuvauksessa.
5. Päätelmät
erittäin kiteiset ortorhombiset volframioksidinanopartikkelit syntetisoitiin ammoniumparatungstaatin lämpöhajoamisella, ja niiden ultraäänitutkimuksella valmistettiin erittäin stabiili vesiliuos. WO3-nanohiukkasten todettiin olevan myrkyttömiä DPS-kantasoluille ja MCF-7-rintasyöpäsoluille; ne eivät aiheuttaneet solukuolemaa tutkitulla pitoisuusalueella (0, 2-200 µg/mL) ja vähensivät vain hieman solujen metabolista aktiivisuutta. WO3-nanohiukkasten in vivo-annosteluun ehdotettiin myrkytöntä steeristä stabilointiainetta (dekstraani). Dekstraanistabiloidun WO3 sol: n vähäinen myrkyllisyys normaaleille (stem -) ja pahanlaatuisille soluille tekee tästä valmisteesta mahdollisen ehdokkaan biolääketieteellisiin sovelluksiin, kuten röntgenkuvaukseen.
tietojen saatavuus
Kaikki tämän tutkimuksen tulosten tueksi käytetyt tiedot sisältyvät artikkeliin ja lisätietotiedostoon.
eturistiriidat
kirjoittajat ilmoittavat, ettei tämän paperin julkaisemiseen liity eturistiriitoja.
kiitokset
tätä tutkimusta on tukenut Venäjän tiedesäätiö (projekti 18-73-10150).
lisämateriaalit
taulukko S1: stabiloitujen ja stabilisoimattomien WO3-solien sedimentaatiostabiilisuus 26 päivän varastoinnin jälkeen. (Lisämateriaalit)
Leave a Reply