Синтез, биологическая активность и цитотоксичность нанопорошков на основе Fe₃O₄

Abstract

В данной работе получен нанопорошок Fe₃O₄, определены его фазовый состав, дисперсность частиц и магнитные характеристики. Выполнен анализ способности магнетита Fe₃O₄ адсорбировать белковые компоненты культуральных сред, а также исследованы цитотоксичность наночастиц и характер их взаимодействия с культурой альвеолярных макрофагов (АМ) в зависимости от концентрации и времени инкубации. Анализ микроструктуры наночастиц в среде, содержащей 10% эмбриональную телячью сыворотку (ЭТС), показал, что наличие белкового компонента в среде культивирования приводит к образованию вокруг наночастиц тонкой оболочки. Установлено, что при инкубации АМ с наночастицами наблюдается их внутриклеточная локализация, плотность которой определяется концентрацией наночастиц и временем экспозиции. Снижение жизнеспособности клеток до 75% при их взаимодействии с исследуемым наноматериалом отмечено при использовании максимальной концентрации Fe₃O₄ в течение 24-х часов. Предполагается, что адсорбция белковых молекул культуральной среды на поверхности наночастиц облегчает их проникновение внутрь клеток путём эндоцитоза, а также снижает реакционную способность поверхности наночастиц, что и проявляется в их низкой цитотоксичности. Высокая степень биоактивности и биосовместимости наночастиц Fe₃O₄ при взаимодействии с культурой макрофагов даёт право рассматривать полученные нанопорошки с точки зрения их применения в биологии и медицине для магнитоуправляемого транспорта лекарственных препаратов.

У даній роботі одержано нанопорошок Fe₃O₄, визначено його фазовий склад, дисперсність частинок і магнетні характеристики. Виконано аналізу здатности магнетиту Fe₃O₄ адсорбувати білкові компоненти культуральних середовищ, а також досліджено цитотоксичність наночастинок і характер їх взаємодії з культурою альвеолярних макрофагів (АМ) залежно від концентрації та часу інкубації. Аналіза мікроструктури наночастинок у середовищі, що містить 10% ембріональну телячу сироватку (ЕТС), показала, що наявність білкової компоненти в середовищі культивування призводить до утворення навколо наночастинок тонкої оболонки. Встановлено, що при інкубації АМ з наночастинками спостерігається їх внутрішньоклітинна локалізація, густина якої визначається концентрацією наночастинок і часом експозиції. Зниження життєздатности клітин до 75% при їх взаємодії з досліджуваним наноматеріялом відзначено при використанні максимальної концентрації Fe₃O₄ упродовж 24-х годин. Передбачається, що адсорбція білкових молекуль культурального середовища на поверхні наночастинок полегшує їх проникнення усередину клітин шляхом ендоцитозу, а також знижує реакційну здатність поверхні наночастинок, що й проявляється в їх низькій цитотоксичності. Таким чином, висока ступінь біоактивности і біосумісности наночастинок Fe₃O₄ при взаємодії з культурою макрофагів дає право розглядати одержані нанопорошки з точки зору їх застосування в біології та медицині для магнетокерованого транспорту лікарських препаратів.

In a given work, Fe₃O₄ nanopowder was fabricated. Its phase composition, particle dispersity, and magnetic characteristics are determined. Ability of magnetite (Fe₃O₄) to adsorb protein components of culture media is analysed; nanoparticles cytotoxicity and character of their interaction with alveolar macrophage (AM) culture depending on concentration and incubation time are studied. The analysis of nanoparticles microstructure in a media containing 10% of Fetal Bovine Serum (FBS) shows that presence of a protein component in cultural medium leads to the formation of thin coat around nanoparticles. During incubation of AM with nanoparticles, their intercellular localization is observed; its density is determined by both the concentration of nanoparticles and the exposure time. Cells viability reduction down to 75% during their interaction with the studied nanomaterial is revealed, when the maximum concentration of Fe₃O₄ for 24 hrs. is used. It is supposed that adsorption of protein molecules of culture medium on the surface of nanoparticles facilitates their penetration inside the cells by endocytosis and reduces the reaction ability of the nanoparticles surface that results in their low cytotoxicity. Thus, a high rate of bioactivity and compatibility of Fe₃O₄ nanoparticles during interaction with the culture of macrophages suggests an application of the obtained nanopowders in biology and medicine for magnetically controlled transport of drugs.