Nichtmagnetische Schalenbeschichtung von magnetischen Nanopartikeln als Schlüsselfaktor für die Zytotoxizität

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Russische Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Beschichtung von magnetischen Nanopartikeln mit einer nicht-magnetischen Siliziumdioxid-Hülle die Lebensfähigkeit von Krebszellen in einem niederfrequenten magnetischen Wechselfeld signifikant verringert.

Die Beschichtung erhöht die Stabilität der Nanopartikel, verhindert die Aggregation in Endosomen und sorgt dafür, dass sie in einem niederfrequenten magnetischen Wechselfeld als wirksame magneto-mechanische Aktoren fungieren. Die Studie wurde in Colloids and Surfaces B:Biointerfacesveröffentlicht.

Biokompatible magnetische Nanomaterialien wurden intensiv für verschiedene Anwendungen in der Biomedizin untersucht. Sie können durch ein externes Magnetfeld ferngesteuert werden, was eine gezielte Beeinflussung von Zielmolekülen auf molekularer Ebene ermöglicht.

Die Zytotoxizität von magnetischen Nanopartikeln hängt von den Parametern des einwirkenden Magnetfeldes ab, von denen die Amplitude des Magnetfeldes, die Frequenz und die Wirkungsdauer die wichtigsten sind. In einem niederfrequenten magnetischen Wechselfeld drehen sie sich und verursachen mechanische Schäden an den Zellen.

Wissenschaftler von NUST MISIS, M.V. Lomonosov Moscow State University, V. Serbsky National Medical Research Center for Psychiatry and Narcology, Siberian State Medical University, National Research Tomsk Polytechnic University, Skoltech, D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland und N.I Pirogov Russian National Research Medical University haben herausgefunden, dass eine nichtmagnetische Hülle die Zytotoxizität von magnetischen Nanopartikeln deutlich erhöht. Es wurden zwei Arten von Eisenoxid-Nanopartikeln mit demselben magnetischen Kern mit und ohne Siliziumdioxidhüllen synthetisiert. Nanopartikel mit Siliziumdioxidhüllen verringerten die Lebensfähigkeit menschlicher Prostatakrebszellen in einem niederfrequenten magnetischen Wechselfeld gemäß dem Zytotoxizitätstest deutlich, im Gegensatz zu unbeschichteten Nanopartikeln.

Die Studie hat gezeigt, dass der Zelltod aus dem Versagen der intrazellulären Membranintegrität resultiert und die Kalziumionenkonzentration mit der nachfolgenden Nekrose ansteigt. Die Transmissionselektronenmikroskopie und dynamische Lichtstreuungsbilder zeigten, dass unbeschichtete Nanopartikel durch saure Medien im Endosom geätzt werden und Aggregate bilden. Infolgedessen stoßen sie auf eine hohe endosomale makromolekulare Viskosität und können nicht effizient rotieren.

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die effektive Rotation von Nanopartikeln in einem niederfrequenten magnetischen Wechselfeld zum Zelltod führt. Die Siliziumdioxidbeschichtung wiederum erhöht die Stabilität der Nanopartikel und verhindert die Aggregation in Endosomen.

"Unsere Finanzierungen haben sowohl theoretischen als auch praktischen Wert. Wir entdeckten, dass die nichtmagnetische Phase die kolloidale Stabilität von Nanopartikeln erhöht und somit der Schlüssel zu ihrer effektiven magneto-mechanischen Betätigung ist. Dies ist wichtig für das grundlegende Verständnis des Mechanismus der magneto-mechanischen Betätigung und der strukturellen Merkmale von Nanopartikeln, um ihre Zytotoxizität zu maximieren. Andererseits haben wir gezeigt, dass unsere Nanopartikel funktionieren und den Zelltod verursachen. Der nächste Schritt wäre, ihre Wirksamkeit in vivo zu testen", erklärte Artyom Ilyasov vom NUST MISIS Biomedical Nanomaterials Laboratory.

Quelle: The National University of Science and Technology MISiS (ots)