ARTIGO RETRATADO:Um Estudo Comparativo da Toxicidade de Nanoesferas e Nanopartículas de Ferrita de Cobalto Revestida com Polietileno Glicol

Resumo

Apresentamos um estudo comparativo da toxicidade de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com polietilenoglicol (PEG). As nanopartículas foram preparadas pelo método hidrotérmico enquanto as nanoesferas foram preparadas pela técnica solvotérmica. A superfície dos nanomateriais foi modificada com sucesso com polietilenoglicol. Para investigar a morfologia das amostras preparadas, foram utilizadas técnicas de difração de raios X (DRX), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman, análise termogravimétrica (TGA) e microscopia eletrônica. As análises estruturais confirmaram a formação de nanopartículas de ferrita de cobalto policristalina com diâmetros na faixa de 20–25 nm e nanoesferas na faixa de 80–100 nm, respectivamente. Camundongos Kunming SPF (fêmeas, 6–8 semanas de idade) foram usados ​​para investigar a toxicidade induzida por nanopartículas de ferrita de cobalto e nanoesferas em diferentes órgãos dos camundongos. Estudos de biodistribuição, índices bioquímicos, avaliações histopatológicas, fatores inflamatórios, níveis de oxidação e antioxidantes e testes de citotoxicidade foram realizados para avaliar a toxicidade induzida por nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto em camundongos. Descobriu-se que as nanoesferas de ferrita de cobalto são mais tóxicas do que as nanopartículas e a curcumina provou ser um bom agente de cura para a toxicidade induzida por nanomateriais de ferrita de cobalto revestidos com PEG em camundongos.

Introdução

Nos últimos anos, os nanomateriais magnéticos têm recebido imenso interesse em pesquisas fundamentais e em aplicações tecnológicas. Essas aplicações incluem, mas não estão limitadas a, veículos de entrega de drogas [1,2,3], imagem por ressonância magnética (MRI) [4,5,6], hipertermia [7,8,9], biossensores [10], células separação [11], separações de proteínas [11, 12], magnetofecção do gene [13,14,15] e poluição ambiental e remediação [16, 17]. A ferrita de cobalto, como material magnético rígido, é usada como agente de contraste para ressonância magnética, liberação direcionada de drogas e mediador de aquecimento na hipertermia [18,19,20,21,22,23]. Embora a ferrita de cobalto seja usada em aplicações biomédicas, ela tem certas restrições, como sua alta toxicidade devido à quantidade notável de cobalto que é liberado na solução, agregação na solução e pouca acessibilidade da superfície quando surfactantes são usados. Portanto, esse problema foi superado pelo uso de modificação de superfície com certos materiais biocompatíveis, não tóxicos e estáveis ​​em água e dispersantes [24,25,26,27,28]. Além disso, a fabricação de ferrita de cobalto é fácil e econômica com composições, formatos e tamanhos personalizados para qualquer aplicação particular. Existem várias técnicas adotadas para a síntese de ferrita de cobalto nanométrica, incluindo mecanoquímica [29], sonoquímica [30], co-precipitação [31, 32], microemulsão [33] e outras [34,35,36,37 , 38]. Da mesma forma, outras técnicas, incluindo o método ecológico de etapa única, foram adotadas para a fabricação de nanoclusters de cobre fluorescentes sob medida usando a curcumina como modelo [39]. Uma grande desvantagem da maioria dessas técnicas é a baixa cristalinidade do material preparado, que por sua vez leva à deterioração significativa das características magnéticas. Nesse sentido, as técnicas hidrotérmicas [40] e solvotérmicas [41] são as técnicas mais eficazes e eficientes para sintetizar ferrita de cobalto com morfologias e cristalinidades controladas.

Na literatura, vários nanomateriais, como nanopartículas de prata (Ag NPs), foram relatados para serem usados ​​para tratamento antimicrobiano e doenças infecciosas associadas, bem como são usados ​​como nanoveículos para entrega de drogas e tratamento de diferentes doenças [42]. Em outro artigo de revisão, foi relatado que ferratos são usados ​​para eliminação de diversas espécies químicas e biológicas das águas residuais [43]. Na aplicação biomédica de nanomateriais de ferrita de cobalto, o principal problema é o acúmulo de ferrita de cobalto nos órgãos, resultando na toxicidade do corpo que requer a remoção urgente dos nanomateriais coletados dos órgãos e precisa da cura dos danos induzidos pela ferrita de cobalto. Vários pesquisadores estudaram os antiinflamatórios e descobriram que esses medicamentos podem reduzir a toxicidade induzida por nanomateriais [44, 45]. A curcumina com características antioxidantes, antimutação, antitumoral e carcinogênica pode ser usada como agente de cura para a toxicidade induzida por nanomateriais de ferrita de cobalto [46,47,48]. Ele tem a capacidade de ser usado como bloqueador de TNF in vitro e in vivo, fazendo ligação ao TNF diretamente [49].

O objetivo deste trabalho foi fabricar nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com polietilenoglicol (PEG) em laboratórios com morfologia controlada. Doses diferentes de nanomateriais foram injetadas por via intravenosa nos camundongos e análises de sangue, biodistribuição, coloração HE e viabilidade celular estudada foram realizadas para avaliar a toxicidade desses nanomateriais. A comparação da toxicidade de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto foi feita e a curcumina foi usada como agente de cura para a toxicidade induzida por nanoesferas de ferrita de cobalto em camundongos. Foi demonstrado que as nanoesferas de ferrita de cobalto são mais tóxicas do que as nanopartículas devido às suas áreas de superfície alargadas, que as tornam mais tóxicas e mais reativas do que as nanopartículas. Até onde sabemos, este é o primeiro estudo detalhado desse tipo que não foi realizado anteriormente.

Materiais e métodos

Preparação de nanomateriais

Para a preparação de nanopartículas de ferrita de cobalto revestidas com PEG, adotamos a técnica hidrotérmica [40, 47]. Para tanto, soluções de cloreto de cobalto (0,2 M) e nitrato férrico (0,4 M) foram preparadas separadamente em 25 mL de água desionizada (DI) cada e, em seguida, essas soluções foram misturadas com 25 mL de soluções aquosas de polietilenoglicol (2,5 mM) e hidróxido de sódio (3 M), respectivamente. A mistura foi então agitada durante 20 min e vertida na autoclave de aço inoxidável (SS), que foi aquecida a 180 ° C durante 6 h. Quando o processo foi concluído, a mistura foi resfriada à temperatura ambiente e, em seguida, a solução foi lavada 2-3 vezes com água DI e etanol para remover quaisquer impurezas indesejadas da mistura. A mistura foi seca a cerca de 80 ° C durante a noite no forno e, em seguida, moída em pós finos para obter as nanopartículas de ferrita de cobalto desejadas.

Para a preparação de nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG, foi utilizada a técnica solvotérmica. Para este fim, o hexa-hidrato de cloreto de cobalto foi dissolvido em 40 mL de etilenoglicol (2,5 mM) ao qual se seguiu a adição de 1,35 g de hexa-hidrato de cloreto de ferro e 1 g de polietilenoglicol (PEG). A mistura foi então agitada durante cerca de 30 min e então selada em autoclave SS revestida com Teflon. A autoclave foi então aquecida a 200 ° C durante 8 h e após o término da reação, foi então resfriada à temperatura ambiente. A mistura foi lavada com água desionizada e etanol e depois seca a 80 ° C durante a noite no forno. Finalmente, a mistura foi moída em pós finos para obter nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG com diâmetros na faixa de 80–100 nm. A morfologia dos nanomateriais preparados foi investigada por difração de raios-X (XRD) seguindo o método usado na Ref. [50], microscopia eletrônica de varredura e transmissão (SEM e TEM), conforme usado na Ref. [50, 51], espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) à temperatura ambiente para determinação de grupos funcionais em ferrita de cobalto semelhante à Ref. [51], espectroscopia Raman e análise termogravimétrica (TGA) como usado na Ref. [52].

Rotulagem radioativa de nanomateriais

A radiomarcação de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG foi realizada com ^99m Tc usando cloreto estanoso como agente redutor [53,54,55]. Para este propósito, novos ^99m TcO ₄ o eluato do gerador (50 μL com atividade de ∼ 4 mCi) foi preparado adicionando-o a 30 μL SnCl ₂ suspensão (1 mg / mL em HCl 0,5 N). Com a ajuda de NaHCO ₃ solução (1 M), o pH da suspensão foi ajustado no intervalo 8–10. Soluções de nanopartículas e nanoesferas (40 μL cada) contendo ~ 0,4% em peso em ferrita de cobalto foram misturadas com suspensões de cloreto estanoso (50 μg), ácido ascórbico (10 mg / mL) e ^99m TcO ₄ . A mistura foi então agitada a 10.000 rpm durante 25 min a 80 ° C. Para medições precisas, as contagens radioativas foram registradas em 24 horas devido ao curto tempo de vida de ^99m Tc (~ 6 h). O sobrenadante foi então decantado após a centrifugação e o material restante foi identificado como ^99m Nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto-Tc-PEG. O cromatograma de papel foi usado para medir os rendimentos radioativos dos compostos marcados, que eram mais de 65% que refletiam a biodistribuição real dos nanomateriais nos camundongos in vivo.

Biodistribuição de nanomateriais

Conforme indicado na Fig. 1, camundongos Kunming SPF (fêmeas, 6–8 semanas de idade, peso 18–20 g) foram obtidos no Laboratory Center for Medical Science, Lanzhou University, China. Todos os camundongos foram mantidos em gaiolas sob o sistema de temperatura controlada mantida a 21–22 ° C e as luzes foram acesas das 08:00 às 20:00 h. Os camundongos tiveram acesso gratuito a comida e água da torneira e foram tratados de acordo com os protocolos do Laboratory Animal Care Formulado pela National Society of Medical Research e as diretrizes do US National Institutes of Health. Os camundongos foram divididos aleatoriamente em vários grupos com cada grupo contendo 5 camundongos e, em seguida, foram injetados por via intravenosa com ^99m Soluções de ferrita de cobalto-Tc-PEG de nanopartículas e nanoesferas e mortas após 1 h, 6 h, 16 h e 24 h, respectivamente. Tecidos do coração, pulmão, fígado, baço e rim foram imediatamente dissecados, embrulhados em papel alumínio, pesados ​​e, em seguida, a radioatividade de ^99m O Tc em cada tecido foi medido usando detector de contador gama. A biodistribuição de nanomateriais em diferentes órgãos de camundongos foi apresentada em porcentagem da dose injetada por grama de tecido úmido (ou seja,% ID / g).

Diagrama esquemático do modelo experimental

Coloração por Hematoxilina e Eosina

Para a coloração com hematoxilina e eosina (HE), a cera de parafina foi fatiada em xileno para desparafinação e o processo foi repetido duas vezes por cerca de 10 min cada. A hidratação da amostra foi realizada através da transferência das lâminas através de diferentes soluções de etanol com concentrações de etanol 100%, etanol 95% e etanol 70% cada por 2 min. As lâminas foram enxaguadas em água corrente à temperatura ambiente durante cerca de 2 min e, quando o processo foi concluído, os núcleos foram corados em solução de coloração com hematoxilina a 60 ° C durante 10 s e depois à temperatura ambiente durante 1 min e as lâminas foram colocadas sob a água corrente da torneira em temperatura ambiente por cerca de 5 min. Corou as amostras em solução de trabalho de eosina Y por 2 min e, em seguida, desidratou as amostras primeiro por imersão em etanol 95% e depois em etanol 100% cada por 2 min. O citoplasma foi corado por 7 s por imersão em solução de coloração com eosina por 15 s. Após a remoção, o citoplasma foi lavado e desidratado com etanol absoluto duas vezes por 1 min cada. O tecido foi então tornado transparente com xileno por 15 segundos e o citoplasma foi examinado e então fotografado com lacre de goma neutra. O exame microscópico dos tecidos foi realizado em microscópio Olympus Microphot-CX41 acoplado a câmera digital.

Índices bioquímicos e fatores inflamatórios

Duzentos e cinquenta microgramas de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG foram injetados por via intravenosa nos camundongos do grupo de exposição, enquanto o grupo de controle foi tratado com solução salina normal de 0,9% e todos os camundongos foram mortos após 24 h. O sangue foi coletado dos camundongos e centrifugado por cerca de 10 min para obter o soro sanguíneo. Os conteúdos séricos de TB, ALT, AST, BUN, CREA e Cys-C foram medidos pelo ensaio imunoenzimático (ELISA) e Western blot. As enzimas ligadas ao fígado, IL-6, IL-8 e TNF-α, desempenham papel fundamental na resposta inflamatória induzida por necrose. Normalmente, níveis elevados dessas expressões ocorrem quando um órgão responde à inflamação.

Ensaio de viabilidade celular MTT

Os potenciais citotóxicos de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG foram determinados por MTT, um ensaio colorimétrico para avaliação das atividades metabólicas celulares. Células de epitélio humano L-132 e monócitos humanos THP-1 adquiridos em Xangai, China, foram expostos a diferentes concentrações de nanopartículas na faixa de 30-125 μg / mL e nanoesferas na faixa de 50-250 μg / mL e a densidade óptica foi medido a 590 nm para diferentes ensaios usando sistema de espectrofotômetro de microplaca (UNICO WFZ UV-2000, Shanghai, China). As células L-132 foram selecionadas porque a inalação é a principal via de exposição de nanomateriais e as células THP-1 foram usadas devido ao seu papel na eliminação de materiais estranhos. Em cada ensaio, as células não tratadas foram avaliadas como o controle negativo. A inibição da atividade enzimática foi observada nas células, a qual foi comparada com células não tratadas (controle negativo) e os valores foram derivados na forma de razão do controle negativo e plotados contra a concentração de nanopartículas e nanoesferas.

Análise estatística

Cada ponto de dados foi relatado como o valor médio (± sem) dos experimentos realizados em triplicado. A significância das diferenças foi avaliada por meio da análise de variância e gráficos estatísticos foram desenhados com o auxílio do Origin e do software Microsoft Excel.

Resultados e discussão

Análise Estrutural

As análises estruturais (XRD, FTIR, Raman e TGA) dos nanomateriais preparados são mostrados na Fig. 2. Os resultados de XRD na Fig. 2a representam a ferrita de cobalto revestida e não revestida em nanoescala, o que confirma que a ferrita de cobalto foi fabricada com sucesso. As posições e intensidades relativas de todos os picos observados nos dados de XRD confirmam a natureza cristalina da ferrita de cobalto. Nenhum pico extra foi observado, o que indica a pureza da ferrita de cobalto preparada. O tamanho médio do cristalito da ferrita de cobalto foi determinado usando a equação de Scherrer [56], que foi encontrada em ~ 24 nm. A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) foi conduzida para investigar a distribuição de cátions (de níquel, cobalto e ferro) na ferrita de cobalto. A Figura 2b indica os dados FTIR coletados em temperatura ambiente. Teoricamente, a ferrita de cobalto tem duas bandas de absorção fortes (ʋ ₁ e ʋ ₂ ) junto com alguns outros aparecendo na faixa de 400–600 cm ⁻¹ . Todos esses picos são claramente indicados em nossos dados mostrados na Fig. 2b. Em dados FTIR, ʋ ₁ corresponde às vibrações de alongamento intrínsecas do metal em sítios tetraédricos, enquanto ʋ ₂ corresponde às vibrações de alongamento dos íons metálicos em sítios octaédricos [57,58,59]. O pico aparecendo no FTIR em 3421 cm ⁻¹ corresponde ao polietilenoglicol (PEG), o que indica seu sucesso na ligação na superfície da ferrita de cobalto. A análise Raman de ferrita de cobalto coletada em temperatura ambiente é mostrada na Fig. 2c, que indica 5 picos diferentes que podem ser vistos nos dados. O pico aparecendo abaixo de 700 cm ⁻¹ é o pico de características principais ( A _1g modo) de ferrita de cobalto que corresponde ao alongamento de íons de oxigênio ao longo das ligações Fe-O em sítios tetraédricos [60], enquanto os outros picos que aparecem nos dados também pertencem à ferrita de cobalto. Isso confirma o sucesso da fabricação de ferrita PEG-cobalto em nosso experimento. A Figura 2d mostra os resultados de TGA das amostras coletadas na faixa de temperatura de 50–380 ° C, que indicam que a ferrita de cobalto perde seu peso em diferentes temperaturas. Também é evidente na análise de TGA que a estabilidade térmica do PEG é relativamente baixa, enquanto a do PEG-ferrita de cobalto é alta.

a Resultados de DRX da ferrita de cobalto. b Espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) empregada na faixa de 500–4000 cm ^-1 . c Espectro Raman da temperatura ambiente das amostras coletadas em 190-1000 cm ⁻¹ alcance de frequência. d Análise termogravimétrica (TGA) de CoFe revestido com PEG ₂ O ₄ coletado na faixa de temperatura 50-400 ° C

As análises de microscopia eletrônica das amostras são mostradas na Fig. 3. As Figuras 3 (a) e (b) indicam as imagens SEM de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG, respectivamente, enquanto as Fig. 3 (c) e (d) indicam as análises TEM de nanoesferas e nanopartículas, respectivamente. Esses resultados mostram que o tamanho médio das nanopartículas é de cerca de 25 nm e o da nanosfera é de 80-100 nm. A partir de imagens TEM de nanoesferas, é óbvio que as nanoesferas são compostas por um grande número de nanopartículas menores com grandes áreas de superfície, tornando-as mesoporosas, o que é altamente desejável para aplicações médicas de nanomateriais como veículos de transporte de drogas. Todas essas análises estruturais confirmam a formação bem-sucedida de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG de fase pura.

SEM de nanopartículas de ferrita de cobalto ( a ) e nanoesferas ( b ) Imagens TEM de nanopartículas de ferrita de cobalto revestidas com PEG ( c ) e nanoesferas ( d ), coletados em diferentes resoluções

Estudos de biodistribuição

Quantitativamente, a biodistribuição de nanopartículas de ferrita de cobalto revestida com PE e nanoesferas no sangue, coração, fígado, baço, pulmão e rim após diferentes intervalos de tempo (1, 6, 16 e 24 h) é mostrada na Fig. 4. O a presença de ferrita de cobalto no sangue e outros órgãos foi avaliada dentro de 24 horas após a injeção intravenosa de ^99m Solução de ferrita Tc-PEG-cobalto (nanopartículas e nanoesferas). No caso das nanoesferas mostradas na Fig. 4 (a), a retenção de sangue da ferrita de cobalto foi de 6,5 ± 0,33% ID / g após 1 h de exposição e, em seguida, foi gradualmente diminuída ao longo dos próximos intervalos de tempo (ou seja, 6, 16 e 24 h). Foi visto que as nanoesferas foram distribuídas principalmente no coração, fígado, baço, pulmão e rim; no entanto, a maioria deles se acumulava principalmente no baço. Além disso, descobriu-se que a biodistribuição das nanoesferas em vários órgãos era mais alta após a primeira hora e, em seguida, diminuía gradualmente e permanecia inferior a 30% após 6 horas. No caso das nanopartículas de ferrita de cobalto, a retenção de sangue das nanopartículas foi de cerca de 2,8 ± 0,14% ID / g após 1 h de exposição, indicando uma eliminação relativamente rápida de material radioativo do pool de sangue do corpo e, em seguida, diminuiu com o passar do tempo como mostrado na Fig. 4 (b). As nanopartículas foram distribuídas no coração, fígado, baço, pulmão e rim, com concentrações máximas no baço e no fígado. É claro pela figura que a biodistribuição de nanopartículas no sangue e outros órgãos foi maior após a primeira hora e, em seguida, diminuiu gradualmente após 6 he finalmente atingiu os valores mais baixos após 24 h. Se compararmos os resultados de biodistribuição de nanoesferas e nanopartículas, verifica-se que o acúmulo / presença de nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG no sangue e em outros órgãos dos camundongos foi maior em comparação com as nanopartículas. Isso pode estar associado a grande área superficial e alta porosidade das nanoesferas em comparação com as nanopartículas, que é um dos fatores críticos para determinar a reatividade das interações dos nanomateriais com os sistemas biológicos. No caso das nanopartículas, sua natureza não mesoporosa com baixa área superficial específica as torna menos reativas do que as nanoesferas nas mesmas condições. Essas características podem ter reduzido a resistência prolongada de nanopartículas de ferrita de cobalto revestidas com PEG no sangue e em outros órgãos de camundongos. Além disso, as nanoesferas estão causando a formação de complexos com biomoléculas e resultando no aumento do nível de espécies radicais, aumentando o nível de estresse oxidativo, danificando o DNA celular, e resultando no estresse oxidativo por peroxidação lipídica.

Biodistribuição de PEG-CoFe ₂ O ₄ no sangue, coração, fígado, baço, pulmões e rins após diferentes intervalos (1, 6, 16, 24 h) expostos a nanoesferas ( a ) e nanopartículas ( b )

Índices bioquímicos

Para estudar o efeito de toxicidade de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto-PEG em camundongos, os índices bioquímicos foram medidos e os resultados são apresentados na Fig. 5. Vários parâmetros, incluindo ALT, AST, BUN, CREA, TB e Cys-C foram medidos para os ratos do grupo de controle e exposição. O software SPSS foi usado para extração de dados com * P <0,05 que representa mudanças significativas durante as medições. Em ambas as nanoesferas e nanopartículas, é visto que todos os índices bioquímicos mostram mudanças significativas quando comparados com camundongos do grupo de controle (* P <0,05). No caso do grupo de exposição à nanosfera de ferrita de cobalto, os níveis de ALT, AST e BUN demonstram diferenças significativas (* P <0,05) em comparação com os camundongos do grupo de controle, enquanto no caso do grupo de exposição às nanopartículas, apenas Cys-C exibe uma diferença significativa em comparação com os camundongos do grupo de controle (* P <0,05). Observa-se que TB e Cys-C, que são os principais responsáveis ​​pelo biomarcador da função renal, diminuíram significativamente no caso das nanoesferas. Isso sugere que o rim é mais afetado pela exposição de nanoesferas de ferrita de cobalto-PEG em comparação com as nanopartículas. O AST, como biomarcador para o fígado, foi mais afetado pela exposição de nanopartículas e nanoesferas. Isso sugere que a exposição à ferrita de cobalto pode afetar adversamente a função hepática. A partir de todos esses resultados, fica claro que as nanoesferas de ferrita de cobalto-PEG estão criando mais danos em camundongos in vivo em comparação com as nanopartículas de ferrita de cobalto.

Índices bioquímicos no soro sanguíneo do controle, nanopartículas e camundongos do grupo de exposição à nanosfera. Os dados representam a média ± D.P. de duas experiências independentes feitas em triplicado. * P <0,01

Estudo Histopatológico

Apresentamos a análise histopatológica do controle, nanopartículas, nanosfera e camundongos do grupo de tratamento, conforme mostrado na Fig. 6. Se compararmos os resultados das nanoesferas e grupos de exposição às nanopartículas com os camundongos do grupo de controle, é visto que as nanoesferas de ferrita de cobalto-PEG são produzindo mais danos em diferentes órgãos (fígado, baço, rim e pulmão) de camundongos em comparação com o grupo de exposição a nanopartículas. No rim, congestão glomerular ocorreu junto com edema leve e células de inflamação intersticial são vistas no caso de ingestão de nanoesferas quando comparadas com exposição a nanopartículas e camundongos do grupo controle. Também é visto que as nanopartículas apresentam menos inflamação do que as nanoesferas. No caso da exposição às nanopartículas, verificou-se que os pulmões são relativamente menos afetados, enquanto no caso das nanoesferas, a parede alveolar estava espessada e havia fibrose leve. Além disso, para o grupo de exposição a nanosfera, os hepatócitos mostram inchaço e ocorreu edema, enquanto relativamente menos inflamação foi encontrada no caso de camundongos do grupo de exposição a nanopartículas.

Cortes de histologia dos tecidos de diferentes grupos (controle, nanopartículas, nanoesferas e tratamento)

Fatores inflamatórios e nível de oxidação / antioxidante

Os níveis de expressão de IL-6, IL-8, TNF-α, MDA e T-AOC foram medidos e os resultados são mostrados na Fig. 7. A Figura 7a representa as bandas de western blot de IL-6, IL-8, e β-actina para o controle, nanopartículas e grupos de exposição a nanosfera. O nível de proteína relativo de IL-6 e IL-8 para o controle, nanopartículas e grupos de exposição a nanosfera é mostrado na Fig. 7b, enquanto os conteúdos de TNF-α, MDA e T-AOC são mostrados na Fig. 7c– e com * P <0,05 para o grupo de exposição versus grupo controle ± sem. Os resultados revelaram que os níveis de IL-6, IL-8, TNF-α e MDA para camundongos do grupo de exposição a nanosfera de ferrita de cobalto são maiores do que os do grupo de nanopartículas e ambos os níveis são maiores do que os do grupo controle. No caso do T-AOC, o nível de nanoesferas foi inferior ao da exposição às nanopartículas e dos camundongos do grupo controle. Todos esses resultados indicam que nanopartículas e nanoesferas estão causando inflamação em camundongos, principalmente no fígado. No entanto, as nanoesferas estão afetando os órgãos mais do que as nanopartículas. É bem entendido que os nanomateriais no corpo geram radicais livres de oxigênio (ROS), que causam uma série de reduções qualitativas dos antioxidantes, resultando em danos de oxidação dos tecidos biológicos que afetam adversamente os organismos celulares [61, 62]. Além disso, quando os níveis de IL-6, IL-8, TNF-α, MDA e T-AOC para os camundongos expostos às nanopartículas foram comparados com aqueles expostos às nanoesferas, verificou-se que as nanoesferas de ferrita de cobalto resultaram em mais inflamação em comparação com os camundongos do grupo de exposição às nanopartículas.

Expressões de IL-6, IL-8, TNF-α, MDA e T-AOC. a Bandas de Western blot para IL-6, IL-8 e β-actina no controle, nanopartículas e grupos de exposição a nanosfera. b Níveis de expressão relativa de IL-6 e IL-8. c Conteúdo de TNF-α. d Nível MDA. e Gráfico estatístico do conteúdo de T-AOC para os grupos de controle e exposição (nanopartículas e nanoesferas). (* P <0,05 para os grupos de exposição versus grupo controle ± sem)

Avaliação de citotoxicidade

Os estudos de citotoxicidade para diferentes concentrações de nanoesferas e nanopartículas de ferrita de cobalto revestidas com PEG foram realizados e os resultados são apresentados na Fig. 8. A porcentagem de sobrevivência das células L-132 é mostrada na Fig. 8 (a), enquanto a Fig. 8 (b) representa a porcentagem de sobrevivência de células THP-1. Observa-se que para concentrações acima de 100 μg / mL, há mudanças significativas na viabilidade celular observada para ambas as células, e verifica-se que os resultados são mais pronunciados no caso de nanoesferas de PEG. Isso confirma que as nanoesferas de ferrita de cobalto estão produzindo mais danos em comparação com as nanopartículas. Além disso, a viabilidade celular diminui com o aumento da concentração de nanopartículas e nanoesferas, o que indica que a ferrita de cobalto revestida com PEG em ambas as formas produz mais toxicidade em camundongos com concentração crescente. Devido aos dois alvos celulares diferentes (L-132 e THP-1), pode-se esperar que a resposta celular não seja idêntica, dependendo do mecanismo de morte celular [63]. A possível razão para explicar as especificidades do alvo celular mesmo para tamanhos semelhantes das partículas pode ser atribuída à função da fagocitose, que caracteriza os monócitos (células THP-1), mas não as células epiteliais do pulmão [64]. É bem conhecido que a nanosfera única é composta por um grande número de pequenas nanopartículas. Assim, possui grande área superficial em comparação com as nanopartículas e, portanto, tem mais reatividade e mais chances de interação com sistemas biológicos (tecidos) em comparação com as nanopartículas. Além disso, devido ao tamanho maior das nanoesferas, elas não são capazes de ser secretadas facilmente pela circulação sanguínea ou urinária, uma vez que entram no órgão. Portanto, eles permanecem no corpo (órgãos) por um tempo relativamente mais longo em comparação com as nanopartículas, que por sua vez afetam os tecidos adversamente. Além disso, as nanoesferas causam redução da função dos macrófagos, redução da fagocitose das próprias nanoesferas e redução da mobilidade dos macrófagos e disfunção do citoesqueleto.

Citotoxicidade de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG em células L-132 ( a ) e células THP-1 ( b ) * P <0,01 e ** P <0,05 para as duas células em comparação com controles não tratados. Os dados representam a média ± D.P. de duas experiências independentes feitas em triplicado

Efeito da curcumina na toxicidade

Os índices bioquímicos no soro sanguíneo foram estudados para o grupo de exposição a nanosfera e o grupo tratado com curcumina e os resultados foram comparados com camundongos do grupo de controle, que são mostrados na Fig. 9. Foi descoberto que todos esses índices nos camundongos do grupo de tratamento mostraram melhorias significativas após the administration of curcumin when compared their values with nanosphere exposure and control group mice. In the figure, it is seen that the expression levels of ALT, AST, BUN, CREA, CYS-C, and TB were approached towards the normal values after the administration of curcumin. This can be attributed to the fact that curcumin has strong antioxidant characteristics which reduces the oxidative stress produced as a result of the toxicity induced by cobalt ferrite [47]. It has also been reported that TNF-α and IL-1 play important role in the induction of hepatic necrosis and curcumin reduces the effect of toxicity by inhibiting the secretion of TNF-α and IL-1 by macrophages [48], similar to the work reported earlier in Ref. [65].

Biochemical indexes in blood serum of the control, nanosphere exposure, and treatment group mice (*P <0.05 compared with untreated controls)

Conclusion

In this work, we successfully fabricated PEG-coated cobalt ferrite nanoparticles and nanospheres via hydrothermal and solvothermal methods, respectively. From structural analyses, it was found that the prepared nanomaterials are highly pure, crystalline, and biocompatible in nature resulting from the successful attachment of PEG. It was found that both nanospheres and nanoparticles of cobalt ferrite are toxic to biological systems. Furthermore, it was shown that nanospheres of cobalt ferrite are more toxic than the nanoparticles due to their large surface area and more reactivity with biological tissues. Positive changes were monitored in biochemical indexes after the administration of curcumin which is a natural chemical possessing no side effects, thus confirming it can be used as the healing agent for the toxicity induced by cobalt ferrite nanospheres.

Histórico de alterações

Abreviações

PEG:

Polietileno glicol

XRD:

Difração de raios X

FTIR:

Espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier

TGA:

Análise termogravimétrica

SPF:

Specific pathogens free

MRI:

Magnetic resonance imaging

TNF:

Fator de necrose tumoral

HE:

Hematoxilina-eosina

SS:

Aço inoxidável

DI:

Deionized

SEM:

Microscopia eletrônica de varredura

TEM:

Microscopia eletrônica de transmissão

TB:

Bilirrubina total

ALT:

Alanina aminotransferase

AST:

Aspartato transferase

BUN:

Nitrogênio da uréia no sangue

CREA:

Creatinina

Cys-C:

Cistatina C

DNA:

Ácido desoxirribonucleico

MDA:

Malondialdehyde assay

ROS:

Oxygen free radicals

T-AOC:

Capacidade antioxidante total

Combinação baseada em nanopartículas de sílica mesoporosa de inibidor de NQO1 e 5-fluorouracil para efeito antitumoral potente contra carcinoma de células escamosas de cabeça e pescoço (HNSCC) Dinâmica de Maxwell-Wagner-Sillars e suscetibilidade elastomecânica aprimorada de radiofrequência em compostos de nanopartículas de titanato de bário dopados com hidrogel PNIPAm KF