Взаємодія магнітних наночастинок з клітинами
Анотація
Виконано огляд робіт по дослідженню впливу на живі клітини нанорозмірних магнітних частинок, умов надання їм біосумісності та областей використання. Наводяться дані щодо механізмів цитотоксичності, її залежності від хімічного складу, розмірів, концентрації наночастинок, типу захисного покриття, а також біодеградації наноматеріалів в умовах in vivo та in vitro.
Посилання
Schübbe S., Würdemann C., Peplies J., Heyen U., Wawer C., Glöckner F.O., Schüler D. Transcriptional organization and regulation of magnetosome operons in Magnetospirillum gryphiswaldense // Appl. and Environmental Microbiology. – 2006. – V. 72, N 9. – P. 5757–5765.
Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме / Дж. Киршвинк, Д. Джонс, Б. Мак-Фадден (Ред.) – Москва: Мир, 1989. – T. 2. – 525 c.
Schultheiss-Grassi P.P., Heller F., Dobson J. Analysis of magnetic material in the human heart, spleen and liver // BioMetals. – 1997. – V. 10. – P. 351–355.
Kirschvink J.L., Kobayashi-Kirschvink A., Woodford B.J. Magnetite biomineralization in the human brain // PNAS. – 1992. – V. 89, N 16. – P. 7683–7687.
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu. Functions of biogenic magnetic nanoparticles in organisms // Functional materials. – 2012. – V. 19, N 1. – P. 18–26.
Quintana C., Bellefqih S., Laval J.Y., Guerquin-Kern J.L., Wu T.D., Avila J., Ferrer I., Arranz R., Patiño C. Study of the localization of iron, ferritin, and hemosiderin in Alzheimer's disease hippocampus by analytical microscopy at the subcellular level // J. Struct. Biol. – 2006. – V. 153, N 1. – P. 42–54.
Fuller M., Dobson J., Wieser H.G., Moser S. On the sensitivity of the human brain to magnetic fields: evocation of epileptiform activity // Brain Res. Bull. – 1995. – V. 36, N 2. – P. 155–159.
Schultheiss-Grassi P.P., Dobson J. Magnetic analysis of human brain tissue // BioMetals. – 1999. – V. 12. – P.67–72.
Hautot D., Pankhurst Q.A., Khan N., Dobson J. Preliminary evaluation of nanoscale biogenic magnetite in Alzheimer's disease brain tissue // Proceedings of the royal society B. – 2003. – V. 270, N 1. – P. 62–64.
Вольтер Е.Р. Биофизико-химические аспекты получения и применения коллоидов магнетита: Автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.00.02. – Сухум, 2005. – 119 с.
Rivière C., Boudghène F.P., Gazeau F., Roger J., Pons J.N., Laissy J.P., Allaire E., Michel J.B., Letourneur D., Deux J.F. Iron oxide nanoparticle-labeled rat smooth muscle cells: cardiac MR imaging for cell graft monitoring and quantitation // Radiology. – 2005. – V. 235, N 3. – P. 959– 967.
Leeper N.J., Hunter A.L., Cooke J.P. Stem cell therapy for vascular regeneration: Adult, embryonic, and induced pluripotent stem cells // Circulation. – 2010. – V. 122. – P. 517–526.
Loebinger M.R., Kyrtatos P.G., Turmaine M., Price A.N., Pankhurst Q., Lythgoe M.F., Janes S.M. Magnetic resonance imaging of mesenchymal stem cells homing to pulmonary metastases using biocompatible magnetic nanoparticles // Cancer Res. – 2009. – V. 69, N 23. – P. 8862–8867.
Heymer A., Haddad D., Weber M., Gbureck U., Jakob P.M., Eulert J., Nöth U. Iron oxide labelling of human mesenchymal stem cells in collagen hydrogels for articular cartilage repair // Biomaterials. – 2008. – V. 29, I. 10. – P. 1473–1483.
Singh N., Jenkins G.J.S., Asadi R., Doak S.H. Potential toxicity of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) // Nano Rev. – 2010. – V. 1. – P. 1–15.
Auffan M., Rose J., Wiesner M.R., Bottero J.-Y. Chemical stability of metallic nanoparticles: A parameter controlling their potential cellular toxicity in vitro // Environmental Pollution. – 2009. – V. 157, I. 4. – P. 1127–1133.
Auffan M., Achouak W., Rose J., Roncato M.A., Chanéac C., Waite D.T., Masion A., Woicik J.C., Wiesner M.R., Bottero J.Y. Relation between the redox state of iron-based nanoparticles and their cytotoxicity toward Escherichia coli // Environ. Sci. Technol. – 2008. – V. 42, N 17. – P. 6730–6735.
Nanoethics and Nanotoxicology / P. Houdy, M. Lahmani, F. Marano (Eds.) – Paris: Éditions Bélin, 2010. – 1st Edition. – 2011, XLIII, 620 p.
Polikarpov D.M., Gabbasov R.R., Cherepanov V.M., Chuev M.A., Korshunov V.A., Nikitin M.P., Deyev S.M., Panchenko V.Y. Biodegradation of magnetic nanoparticles in rat brain studied by mössbauer spectroscopy // IEEE Transactions on magnetics. – 2013. – V. 49, N 1. – P. 1–4.
Freyria F.S., Bonelli B., Tomatis M., Ghiazza M., Gazzano E., Ghigo D., Garrone E., Fubini B. Hematite nanoparticles larger than 90 nm show no sign of toxicity in terms of lactate dehydrogenase release, nitric oxide generation, apoptosis, and comet assay in murine alveolar macrophages and human lung epithelial cells // Chem. Res. Toxicol. – 2012. – V. 25, N 4. – P. 850–861.
Karlsson H.L., Gustafsson J., Cronholm P., Möller L. Size-dependent toxicity of metal oxide particles—A comparison between nano- and micrometer size // Toxicology Letters. – 2009. – V. 188, I. 2. – P. 112–118.
Könczöl M., Ebeling S., Goldenberg E., Treude F., Gminski R., Giere R., Grobéty B., Rothen-Rutishauser B., Merfort I., Mersch-Sundermann V. Cytotoxicity and genotoxicity of size-fractionated iron oxide (magnetite) in A549 human lung epithelial cells: Role of ROS, JNK and NF-κB // Chem. Res. Toxicol. – 2011. – V. 24, N 9. – P. 1460–1475.
Lunov O., Syrovets T., Büchele B., Jiang X., Röcker C., Tron K., Nienhaus G.U., Walther P., Mailänder V., Landfester K., Simmet T. The effect of carboxydextran-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles on c-Jun N-terminal kinase-mediated apoptosis in human macrophages // Biomaterials. – 2010. – V. 31, I. 19. – P. 5063–5071.
Berry C.C., Wells S., Charles S., Aitchison G., Curtis A.S.G. Cell response to dextran-derivatised iron oxide nanoparticles post internalization // Biomaterials. – 2004. – V. 25. – P. 5405–5413.
Naqvi S., Samim M., Abdin M.Z., Ahmed F.J., Maitra A.N., Prashant C.K., Dinda A.K. Concentration-dependent toxicity of iron oxide nanoparticles mediated by increased oxidative stress // Int. J. Nanomedicine. – 2010. – V. 5. – P. 983–989.
Ankamwar B., Lai T.C., Huang J.H., Liu R.S., Hsiao M., Chen C.H., Hwu Y.K. Biocompatibility of Fe3O4 nanoparticles evaluated by in vitro cytotoxicity assays using normal, glia and breast cancer cells // Nanotechnology. – 2010. – V. 21, N 7.
Villanueva A., Cañete M., Roca A.G., Calero M., Veintemillas-Verdaguer S., Serna C.J., Morales M. del Puerto, Miranda R. The influence of surface functionalization on the enhanced internalization of magnetic nanoparticles in cancer cells // Nanotechnology. – 2009. – V. 20, N 11.
Liu Y.X., Chen Z.P., Wang J.K. Internalization of DMSA-coated Fe3O4 magnetic nanoparticles into mouse macrophage cells // Advanced Materials Research. – 2012. – V. 455-456. – P. 1221–1227.
Auffan M., Decome L., Rose J., Orsiere T., De Meo M., Briois V., Chaneac C., Olivi L., Berge-Lefranc J.-L., Botta A., Wiesner M.R., Bottero J.-Y. In vitro interactions between DMSA-coated maghemite nanoparticles and human fibroblasts: A physicochemical and cyto-genotoxical study // Environ. Sci. Technol. – 2006. – V. 40, N 14. – P. 4367–4373.
Monge-Fuentes V., Garcia M.P., Tavares M.C.H., Valois C.R.A., Lima E.C.D., Teixeira D.S., Morais P.C., Tomaz C., Azevedo R.B. Biodistribution and biocompatibility of DMSA-stabilized maghemite magnetic nanoparticles in nonhuman primates (Cebus spp.) // Nanomedicine. – 2011. – V. 6, N 9. – P. 1529–1544.
de Freitas E.R.L., Soares P.R.O., de Paula Santos R., dos Santos R.L., da Silva J.R., Porfirio E.P., Báo S.N., de Oliveira Lima E.C., Morais P.C., Guillo L.A. In vitro biological activities of anionic γ-Fe2O3 nanoparticles on human melanoma cells // J. of Nanoscience and Nanotechnology. – 2008. – V. 8, N 5. – P. 2385–2391.
Pradhan P., Giri J., Banerjee R., Bellare J., Bahadur D. Cellular interactions of lauric acid and dextran-coated magnetite nanoparticles // J. of Magnetism and Magnetic Materials. – 2007. – V. 311, I. 1. – P. 282–287.
Honda H., Kawabe A., Shinkai M., Kobayashi T. Development of chitosan-conjugated magnetite for magnetic cell separation // J. of Fermentation and Bioengineering. – 1998. – V. 86, I. 2. – P. 191–196.
Azevedo R.B., Silva L.P., Lemos A.P.С., Bao S.N., Lacava Z.G.M., Safarik I., Safarikova M., Morais P.C. Morphological study of Saccharomyces cerevisiae cells treated with magnetic fluid // IEEE Transactions on Magnetics. – 2003. – V. 39, I. 5. – P. 2660–2662.
Geppert M., Hohnholt M.C., Thiel K., Nürnberger S., Grunwald I., Rezwan K., Dringen R. Uptake of dimercaptosuccinate-coated magnetic iron oxide nanoparticles by cultured brain astrocytes // Nanotechnology. – 2011. – V. 22, N 14.
Николаева Е.В., Шишкин Е.И., Шур В.Я. Взаимодействие наночастиц магнетита с биологическими клетками. Исследование методами сканирующей зондовой микроскопии // Третья международная конференция «Современные достижения бионаноскопии» (16-18 июня, 2009, Москва, Россия, физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова). – С. 43.
Neal A.L., Bank T.L., Hochella M.F., Rosso K.M. Cell adhesion of Shewanella oneidensis to iron oxide minerals: Effect of different single crystal faces // Geochem Trans. – 2005. – V. 6, N 4. – P. 77.
van Oss C.J. Interfacial Forces in Aqueous Media. – New York: Marcel Dekker, 1994. – 440 p.
Caccavo F. Protein-mediated adhesion of the dissimilatory Fe(III)-reducing bacterium Shewanella alga BrY to hydrous ferric oxide // Appl. Environ. Microbiol. – 1999. – V. 65, N 11. – P. 5017–5022.
Roberts J.A., Fowle D.A., Hughes B.T., Kulczycki E. Attachment behavior of Shewanella putrefaciens onto magnetite under aerobic and anaerobic conditions // Geomicrobiology J.. – 2006. – V. 23. – P. 631–640.
Ström V., Hultenby K., Grüttner C., Teller J., Xu B., Holgersson J. A novel and rapid method for quantification of magnetic nanoparticle–cell interactions using a desktop susceptometer // Nanotechnology. – 2004. – V. 15, N 5. – P. 457.
Gabbasov R.R., Cherepanov V.M., Chuev M.A., Polikarpov D.M., Panchenko V.Y. Study of interparticle interaction in conjugates of magnetic nanoparticles injected into mice // Hyperfine interact. – 2012. – V. 206. – P. 71–74.
Gabbasov R.R., Cherepanov V.M., Chuev M.A., Polikarpov D.M., Nikitin M.P., Deyev S.M., Panchenko V.Y. Biodegradation of magnetic nanoparticles in mouse liver from combined analysis of mössbauer and magnetization data // IEEE Transactions on magnetics. – 2013. – V. 49, N 1. – P. 1–4.
Singh N., Jenkins G.J.S., Nelson B.C., Marquis B.J., Maffeis T.G.G., Brown A.P., Williams P.M., Wright C.J., Doak S.H. The role of iron redox state in the genotoxicity of ultrafine superparamagnetic iron oxide nanoparticles // Biomaterials. – 2012. – V. 33, I. 1. – P. 163–170.
Kruszewski M., Iwaneńko T. Labile iron pool correlates with iron content in the nucleus and the formation of oxidative DNA damage in mouse lymphoma L5178Y cell lines // Acta Biochim. Pol. – 2003. – V. 50, N 1. – P. 211–215.
Физико-химия наноматериалов и супрамолекулярных структур / А.П. Шпак, П.П. Горбик (Ред.) – Киев: Наукова думка, 2007. – Т. 1. – 428 с.
Nanomaterials and Supramolecular Structures. Physics Chemistry, and Applications / A.P. Shpak, P.P. Gorbyk (Eds.) – Springer Nederlands, 2009. – P. 63.
Горбик П.П., Чехун В.Ф., Шпак А.П. Наноструктурные материалы - получение, свойства, применение. – Минск: Беларуская навука, 2009. – C. 131.
Пат. 86322 Україна, МПК (2009) А61К 9/51, 33/26, 47/48. Нанокапсула з функціями наноробота / Горбик П.П., Петрановська А.Л., Усов Д.Г., Сторожук Л.П. – Опубл. 10.04.09. Бюл. №7.
Горбик П.П., Туров В.В. Наноматериалы и нанокомпозиты в медицине, биологии, экологии / А.П. Шпак, В.Ф. Чехун (Ред.) – Киев: Наукова думка, 2011. – 444 с.
Горбик П.П., Горобець С.В., Турелик М.П., Чехун В.Ф., Шпак А.П. Біофункціоналізація наноматеріалів і нанокомпозитів. Навчальний посібник. – Київ: Наукова думка, 2011. – 283 с.
Пат. 99211 Україна, МПК А61К 9/51, А61Р 35/00, 47/02, 39/44, 45/06 (2006.01). Нанокапсула з функціями наноробота / Горбик П.П., Петрановська А.Л., Турелик М.П. та ін. – Опубл. 25.07.12. Бюл. № 14.
Горбик П.П., Петрановська А.Л., Турелик М.П. та ін. Свідоцтво № 46056 на ТТР (технологічний регламент) на виробництво речовини «Магнетит У» (7.09.2012).
Пат. 78473 Україна, МПК Н01F 1/28, A61K 47/02, C01G 49/08 (2006.01). Магнітна протипухлинна рідина / Патон Б.Є., Горбик П.П., Петрановська А.Л. та ін. – Опубл. 25.03.2013. Бюл. № 6.
Пат. 78448 Україна, МПК H01F 1/28, C01G 49/08 (2006.01). Магнітна рідина / Горбик П.П., Петрановська А.Л., Турелик М.П. та ін. – Опубл. 25.03.2013. Бюл. № 6.
Горбик П.П., Турелик М.П., Горобець С.В., Горобець О.Ю., Дем’яненко І.В. Біофункціоналізовані наноматеріали і нанокомпозити: наукові основи та напрями застосування. Навчальний посібник (електронне видання НМУ № Е 12/13-090). – Київ: НТТУ (КПІ), 2013. – 480 с.
Чекман І.С., Сімонов П.В. Природні наноструктури та наномеханізми. – Київ: Задруга, 2012. – 104 с.
Чекман І.С. Нанофармакологія. – Київ: Задруга, 2011. – 424 с.
