Russische wetenschappers hebben ontdekt dat het coaten van magnetische nanodeeltjes met een niet-magnetische silica-omhulselcoating de levensvatbaarheid van kankercellen in een wisselend magnetisch veld met lage frequentie aanzienlijk verminderde. De coating verhoogt de stabiliteit van nanodeeltjes, het voorkomen van aggregatie in endosomen en ze als effectieve magneto-mechanische actuatoren in een laagfrequent wisselend magnetisch veld te houden. De studie is gepubliceerd in Colloïden en oppervlakken B:Biointerfaces.

Biocompatibele magnetische nanomaterialen zijn intensief bestudeerd voor verschillende toepassingen in de biogeneeskunde. Ze kunnen op afstand worden bestuurd door een extern magnetisch veld, wat het mogelijk maakt om doelmoleculen specifiek op moleculair niveau te beïnvloeden.

De cytotoxiciteit van magnetische nanodeeltjes hangt af van werkende magnetische veldparameters, de belangrijkste daarvan zijn de amplitude van het magnetische veld, frequentie, en de duur van de actie. In een laagfrequent wisselend magnetisch veld, ze draaien, mechanische schade aan cellen veroorzaken.

Wetenschappers van NUST MISIS, MV Lomonosov Staatsuniversiteit van Moskou, V. Serbsky Nationaal Medisch Onderzoekscentrum voor Psychiatrie en Narcologie, Siberische Staats Medische Universiteit, Nationale Onderzoek Tomsk Polytechnische Universiteit, Skoltech, DI Mendeleev University of Chemical Technology of Russia en N.I Pirogov Russian National Research Medical University hebben ontdekt dat een niet-magnetische schaallaag de cytotoxiciteit van magnetische nanodeeltjes aanzienlijk verhoogt. Er werden twee soorten ijzeroxide-nanodeeltjes gesynthetiseerd met dezelfde magnetische kern met en zonder silica-omhulsels. Nanodeeltjes met silica-omhulsels hebben volgens de cytotoxiciteitstest de levensvatbaarheid van menselijke prostaatkankercellen aanzienlijk verminderd in een wisselend magnetisch veld met lage frequentie, in tegenstelling tot ongecoate nanodeeltjes.

De studie heeft aangetoond dat celdood het gevolg is van het falen van de integriteit van het intracellulaire membraan, en de calciumionenconcentratie neemt toe met de daaropvolgende necrose. Transmissie-elektronenmicroscopie en dynamische lichtverstrooiingsbeelden toonden aan dat ongecoate nanodeeltjes worden geëtst door zure media in het endosoom en aggregaten vormen. Als resultaat, ze hebben te maken met een hoge endosomale macromoleculaire viscositeit en kunnen niet efficiënt roteren.

De wetenschappers gaan ervan uit dat effectieve rotatie van nanodeeltjes celdood veroorzaakt in een wisselend magnetisch veld met een lage frequentie. Beurtelings, silica shell coating verhoogt de stabiliteit van nanodeeltjes, het voorkomen van aggregatie in endosomen.

"Onze financieringen hebben zowel theoretische als praktische waarde. We ontdekten dat de niet-magnetische fase de colloïdale stabiliteit van nanodeeltjes verhoogt, dus de sleutel tot hun effectieve magneto-mechanische aansturing. Dit is belangrijk voor het fundamentele begrip van het mechanisme van magneto-mechanische activering en wat de structurele kenmerken van nanodeeltjes zouden moeten zijn om hun cytotoxiciteit te maximaliseren. Anderzijds, we hebben aangetoond dat onze nanodeeltjes werken, ze veroorzaken celdood. De volgende stap zou zijn om hun effectiviteit in vivo te testen, " merkte Artyom Ilyasov op, NUST MISIS Biomedisch Nanomaterialen Laboratorium.