Niet-magnetische omhulselcoating van magnetische nanodeeltjes als sleutelfactor voor cytotoxiciteit

Russische wetenschappers hebben ontdekt dat het coaten van magnetische nanodeeltjes met een niet-magnetische silica-omhulselcoating de levensvatbaarheid van kankercellen in een laagfrequent wisselend magnetisch veld aanzienlijk verminderde. De coating verhoogt de stabiliteit van nanodeeltjes, voorkomt aggregatie in endosomen en houdt ze als effectieve magneto-mechanische actuatoren in een laagfrequent wisselend magnetisch veld. De studie is gepubliceerd in Colloïden en oppervlakken B: Biointerfaces.

Biocompatibele magnetische nanomaterialen zijn intensief bestudeerd voor verschillende toepassingen in de biogeneeskunde. Ze kunnen op afstand worden bestuurd door een extern magnetisch veld, wat het mogelijk maakt om doelmoleculen specifiek op moleculair niveau te beïnvloeden.

De cytotoxiciteit van magnetische nanodeeltjes hangt af van werkende magnetische veldparameters, waarvan de magnetische veldamplitude, frequentie en de duur van de actie de belangrijkste zijn. In een wisselend magnetisch veld met een lage frequentie roteren ze, waardoor mechanische schade aan cellen wordt veroorzaakt.

Wetenschappers van NUST MISIS, MV Lomonosov Moscow State University, V. Serbsky National Medical Research Center for Psychiatry and Narcology, Siberian State Medical University, National Research Tomsk Polytechnic University, Skoltech, DI Mendeleev University of Chemical Technology of Russia en NI Pirogov Russian National Research Medical University heeft ontdekt dat een niet-magnetische schaallaag de cytotoxiciteit van magnetische nanodeeltjes aanzienlijk verhoogt. Er werden twee soorten ijzeroxide-nanodeeltjes gesynthetiseerd met dezelfde magnetische kern met en zonder silica-omhulsels. Nanodeeltjes met silica-omhulsels verminderden de levensvatbaarheid van menselijke prostaatkankercellen in een laagfrequent wisselend magnetisch veld aanzienlijk volgens de cytotoxiciteitstest, in tegenstelling tot ongecoate nanodeeltjes.

De studie heeft aangetoond dat celdood het gevolg is van het falen van de integriteit van het intracellulaire membraan en dat de calciumionenconcentratie toeneemt met de daaropvolgende necrose. Transmissie-elektronenmicroscopie en dynamische lichtverstrooiingsbeelden toonden aan dat ongecoate nanodeeltjes worden geëtst door zure media in het endosoom en aggregaten vormen. Als gevolg hiervan ondervinden ze een hoge endosomale macromoleculaire viscositeit en kunnen ze niet efficiënt roteren.

De wetenschappers gaan ervan uit dat effectieve rotatie van nanodeeltjes celdood veroorzaakt in een wisselend magnetisch veld met een lage frequentie. Op zijn beurt verhoogt de coating van silica-omhulsels de stabiliteit van nanodeeltjes, waardoor aggregatie in endosomen wordt voorkomen.

“Onze financieringen hebben zowel theoretische als praktische waarde. We ontdekten dat de niet-magnetische fase de colloïdale stabiliteit van nanodeeltjes verhoogt, en dus de sleutel is tot hun effectieve magneto-mechanische activering. Dit is belangrijk voor het fundamentele begrip van het mechanisme van magneto- mechanische activering en wat de structurele kenmerken van nanodeeltjes zouden moeten zijn om hun cytotoxiciteit te maximaliseren. Aan de andere kant hebben we aangetoond dat onze nanodeeltjes werken, ze veroorzaken celdood. De volgende stap zou het testen van hun effectiviteit in vivo zijn, “merkte op. Artyom Ilyasov, NUST MISIS Biomedisch Nanomaterialen Laboratorium.