Citotoxicitatea si biodegradarea platformei de nanoparticule de oxid de ceriu-oxid de fier ca potential agent teranostic pentru boli cauzate de ROS
Project Director: Dr. Valentin-Adrian MARALOIU
Acumularea speciilor reactive de oxigen (ROS) duce la aparitia a numeroase boli cum ar fi cancerul, bolile cardiovasculare, inflamatorii sau neurodegenerative.
O strategie eficienta impotriva acestor boli se bazeaza pe un diagnostic eficient a stadiilor incipiente de dezvoltarii utilizand tehnici imagistice, dar si pe sisteme eficiente de terapie. Sistemele continand nanoparticule care combina capacitatile de diagnostic si de terapie, numite agenti teranostici, reprezinta o noua strategie pentru reducerea poverii economice asupra sistemelor de sanatate produse de efectele acestor boli.
Acest proiect multidisciplinar va determina citotoxicitatea si biodegradarea platformei de nanoparticule oxid de ceriu-oxid de fier. Acest lucru se va face folosind un mediu acid asemanator celui biologic, in vitro folosind diverse sisteme de culturi celulare 2D si 3D si in vivo cu un model animal. Urmarirea agentilor teranostici in medii biologice va fi studiata pana la doua saptamani pentru modelul in vitro si pana la trei luni pentru modelul animal folosind tehnici de Microscopie Electronica prin Transmisie (MET): MET conventionala si tomografia de electroni pentru biolocalizarea si biodistributia nanoparticulelor si potentiala necroza indusa celulelor; MET de inalta rezolutie, difractia de electroni pe arie selectionata pentru biodegradare si biotransformare; spectroscopia de pierderi de energie a electronilor combinata cu MET in baleiaj pentru evolutia starilor de oxidare ale O, Fe si Ce.
Obiectivul acestui proiect multidisciplinar este de a evalua eficacitatea agentului teranostic studiat biodistribuit in mediul biologic folosind tehnicile de Microscopie Electronica prin Transmisie.
Agentul teranostic studiat continand nanoparticule de oxid de fier (maghemita - γ-Fe2O3) si oxid de ceriu se va aglomera, dupa injectarea lor in soareci, in celule de tip macrofage in interiorul fagolizozomilor. Evolutia acestor nanoparticule va fi urmarita pe o perioada lunga de timp, de pana la 120 de zile de la injectare. In timp, datorita mediului acid din fagolizozomi, nanoparticulele se vor degrada, majoritatea isi vor schimba structura cristalina. Aceasta biotransformare va fi evidentiata prin diagramele de difractie electronica si prin spectrele EELS.
Aceste rezultatele vor fi comparate cu cele obtinute intr-un mediu acid simulandu-l pe cel biologic, precum si in culturi de celule canceroase 2D si 3D.
Dr. Valentin-Adrian Maraloiu - Director de proiect
Dr. Raluca Florentina Negrea - Postdoctorand
Drd. Catalina Gabriela Milacea - Doctorand
Drd. Cristian Radu - Doctorand
Pornind de la nanoparticule de Fe3O4 si CeO2 cu caracteristici morfo-structurale determinate, au fost sintetizate mai multe platforme CO-ION in care a variat grosimea invelisului de CeO2 in jurul nanoparticulelor de Fe3O4. O parte din aceste platforme nanocompozite au fost tratate termic. Folosind tehnicile de microscopie electronica prin transmisie (CTEM, SAED, HRTEM EDS si EELS), au fost determinate morfologia, structura cristalina si compozitia chimica a nanocompozitelor inainte si dupa tratamentul termic. S-a demonstrat ca nanocompozitele netratate termic au pastrat caracteristicile initiale ale nanoparticulelor de Fe3O4 si CeO2. In cazul nanocompozitelor tratate termic, s-au constatat modificari ale caracteristicilor morfologice ale nanoparticulelor initiale de Fe3O4 si CeO2: au disparut nanofirele de Fe3O4, iar dimensiunile nanoparticulelor de Fe3O4 si CeO2 au inregistrat o usoara crestere.
Degradarea platformei CO-ION alese a fost studiata folosind un mediu acid asemanator celui din lizozomi. Experimentele de biodegradare au fost efectuate in acid citric la diferite valori ale pH la anumite perioade de timp dupa introducerea nanocompozitelor in mediul acid. Investigatiile efectuate prin tehnicile de microscopie CTEM, SAED, HRTEM EDS si EELS au demonstrat ca mediul acid nu a provocat modificari ale morfologie, structurii cristaline sau compozitiei chimice ale nanocompozitelor in cursul a 3 saptamani.
Raportul stiintific al primei etape a proiectului poate fi consultat aici.
Valentin-Adrian Maraloiu
Researcher II
National Institute of Materials Physics
Laboratory of Atomic Structures and Defects in Advanced Materials
405A Atomistilor str., PO Box MG. 7
Magurele - Bucharest, Romania
077125
Telephone: +40212418241
Fax: +40213690177
PROJECTS/ PROIECTE NATIONALE
Copyright © 2023 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved