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생체적합성 및 대장항암제

May 04, 2023May 04, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14127(2022) 이 기사 인용

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현재 연구에서는 초음파 화학적 접근법을 통해 다양한 나노입자 스피넬 페라이트 시리즈(MFe2O4, Co0.5M0.5Fe2O4, M = Co, Mn, Ni, Mg, Cu 또는 Zn)를 얻었습니다. 그런 다음, 이러한 나노입자를 BaTiO3(BTO)로 코팅하여 코어-쉘 자기전기 나노복합체를 설계하기 위해 졸-겔 방법을 사용했습니다. 제조된 샘플의 구조 및 형태를 X선 분말 회절법(XRD), 주사전자현미경(SEM)과 에너지 분산형 X선 분광법(EDX), 고해상도 투과전자현미경(HR-TEM), 그리고 제타 전위. XRD 분석은 2차 상의 어떠한 흔적도 없이 스피넬 페라이트 및 BTO 상의 존재를 보여주었습니다. 두 상 모두 입방 구조로 결정화되었습니다. SEM 현미경 사진은 불균일한 2상 배향과 다양한 응집 정도를 갖는 구형 입자의 응집을 보여줍니다. 또한 HR-TEM은 스피넬 페라이트 상 및 BTO 상과 잘 일치하는 평면간 d-간격 평면을 나타냈습니다. EDX 분석과 함께 이러한 기술은 원하는 나노복합체의 성공적인 형성을 확인했습니다. 제타 전위도 조사되었습니다. (MFe2O4, CoMFe) MNP 및 코어-쉘(MFe2O4@BTO, CoMFe@BTO) 자기전기 나노복합체의 생물학적 영향을 MTT 및 DAPI 분석으로 조사했습니다. 치료 48시간 후, 정상 비암성 세포(HEK-293)의 세포적합성에 대해 인간 대장암종 세포(HCT-116)에서 MNP 및 MENC의 항암 활성을 조사했습니다. MNP는 항대장암 능력을 갖고 있는 반면, MENC는 생체적합성 보호 BTO 층의 존재로 인해 회복 효과를 나타내는 것으로 확인되었습니다. NP의 RBC 용혈 효과는 비용혈 효과부터 저용혈 효과까지 다양합니다. CoMnFe의 제타 전위로 인한 표면 전하에 기인할 수 있는 이러한 효과는 CoFe2O4 및 MnFe2O4에 비해 안정적이고 가장 낮은 제타 전위를 가지며 쉘의 보호 효과도 있습니다. 이러한 발견은 MNP를 항암제로, MENC를 유망한 약물 나노운반체로 생의학적 응용에 대한 광범위한 전망을 열어줍니다.

나노입자는 생물학적 장벽을 극복하고, 투여해야 하는 약물의 용량을 최소화하고, 부작용을 줄일 수 있기 때문에 생물의학 분야의 약물 전달 시스템으로 잘 알려져 있습니다. MENC(자기 나노복합체)는 자성 나노입자 기술의 최신 개발입니다. MENC는 자기적 특성과 새로운 전기적 특성을 모두 가지고 있습니다2. 생물학적 환경에서 MENC의 작용 메커니즘은 주로 암세포의 기공 형성에 달려 있습니다3. 암세포의 전기적 특성 Vm은 건강한 세포와 ​​다릅니다. 종양 세포는 다양한 종양 세포의 전기생리학적 분석이 빠른 세포 성장 상태를 선호하는 탈분극(즉, 덜 부정적인)을 나타내는 독특한 생체전기 특성을 나타냈습니다4,5,6. 탈분극된 막 전위는 종양 세포를 전기천공에 더 취약하게 만들어 생성된 구멍을 통해 세포 내부로의 전달을 허용합니다7. MENC에 의해 생성된 전기장은 다양한 매개변수를 통해 달라질 수 있습니다. 그 중 하나는 코어-쉘 MENC의 자기 위상(코어) 유형입니다.

티탄산바륨 BaTiO3(BTO로 표기)는 미세한 구조 변형에 반응하여 전기 분극을 생성하여 압전 특성을 나타내는 스마트 소재입니다8. BTO는 생물학적 세포와 접촉했을 때 높은 생체적합성을 포함하는 생물학적 특성을 갖고 있는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 생물의학 응용 분야에서 유망한 재료로 간주되었습니다9. Ciofaniet al. 중간엽 줄기세포(MSC)10에서 100μg/ml와 같은 더 높은 농도에서 BTO NP의 세포적합성을 보고했습니다. Ref.11에 따르면, 폴리(락틱-코-글리콜)산/BTO NP는 세포 부착에서의 역할과 조골세포 및 골세포의 분화 및 증식에 대한 영향을 보여주었습니다.

 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>

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