Исследование in vivo взаимодействия нанохлопьев борофена с жуком Tenebrio molitor: жизнеспособность гемоцитов и кратковременность

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 11823 (2023) Цитировать эту статью

234 доступа

3 Альтметрика

Подробности о метриках

В 2014 году в семействе материалов на основе графена появился новый член — борофен. Исследования путей синтеза и экспериментальное изучение физико-химических и биологических (особенно in vivo) свойств по-прежнему крайне желательны, чтобы оценить его практический потенциал в качестве средства доставки лекарств. система. Влияние двумерных нанохлопьев борофена на клетки, системы и весь организм животных до сих пор не изучено. Поэтому мы исследовали in vivo его биосовместимость с гемоцитами Tenebrio molitor как модельного организма. Краткосрочные исследования показали, что нанохлопья борофена в дозах 0,5, 1 или 2 мкг нанохлопьев на насекомое не вызывают гемоцитотоксичности. Гемоциты, подвергшиеся воздействию нанохлопьев, демонстрировали морфологию, адгезивность и способность образовывать филоподии, как и контрольные гемоциты. Детальное исследование показывает, что нанохлопья борофена: (i) не генерируют внутриклеточные активные формы кислорода в гемоцитах, (ii) не влияют на потенциал митохондриальной мембраны и (iii) не препятствуют фагоцитозу. Таким образом, этот вклад представляет новое понимание in vivo группы двумерных материалов, которые являются одними из наиболее многообещающих материалов для биомедицинских применений благодаря своей особой структуре и уникальным свойствам. Однако долгосрочные исследования на насекомых и других животных все еще необходимы, чтобы подтвердить, что борофен биосовместим и биологически безопасен.

В последние годы значительно возросло развитие наноматериалов, в которых можно выделить различные морфологические структуры: нульмерную (0D), одномерную (1D), двумерную (2D) и трехмерную (3D). Самая популярная двумерная структура, графен, привлекла большое внимание к этим двумерным архитектурам, что подтолкнуло к разработке и производству других новых материалов — дихалькогенидов переходных металлов (TMD), графитового нитрида углерода (gCN), гексагонального нитрида бора (hBN), черный фосфор (БП) и так далее. Графен в форме оксида графена (ГО) имеет широкий потенциал применения в области доставки лекарств, биовизуализации, биосенсорства и даже тканевой инженерии1. Однако было доказано, что ГО вызывает цитотоксичность при попадании в цитоплазму и ядро ​​клеток, что приводит к индуцированному апоптозу клеток. Более того, он также накапливается в тканях почек и легких и его трудно вывести2,3,4. Снижение ГО вследствие изменения амфифильной структуры ГО приводило к затруднению распределения липидов, подавляя гемолиз. Очевидно, что токсичность структур на основе графена сильно зависит от их размера, функциональных групп и латерального размера5. Испытания на токсичность in vivo также доказывают корреляцию между структурными свойствами графена и концентрацией доз и точками проникновения в живые организмы. В отличие от производных графена, TMD проявляют меньшую цитотоксичность, когда мы подвергали им эпителиальные клетки легких человека (A549). MoS2, WS2 и WSe2 продемонстрировали низкую токсичность даже при высоких концентрациях (200 мкг/мл)6. Тесты in vivo, проведенные на мышах, показали, что MoS2 биосовместим и может использоваться в терапии лечения опухолей7. MoS2 также можно использовать благодаря его совместимости в качестве биоразлагаемого биосенсора8. Кроме того, исследование биосовместимости графитового нитрида углерода в зависимости от размера in vitro доказало, что 10 нм и 160 нм биосовместимы. Однако gCN размером 20 нм показали наименьшую жизнеспособность клеток. gCN агломерировался преимущественно вокруг ядер, однако не проникал9. Другой член семейства 2D — гексагональный нитрид бора (hBN) (диаметром ~ 120 нм) не вызывал повреждений легких при низких дозах. Однако в других органах доза 1600 мкг/кг вызывала повреждение легких, печени, почек, сердца или селезенки10. BP также может быть использован как успешная альтернатива суровым лекарствам при химиотерапии. Было показано, что БП убивает раковые клетки (HepG2) и биосовместим с нормальными клетками (QSG-7701). Следовательно, БП можно использовать в качестве неорганического инструмента для менее вредного лечения рака11. Очевидно, что многие факторы (такие как латеральный размер, свойства поверхности, функциональные группы на поверхности, а также различные дозы) влияют на биосовместимость и токсичность 2D-наноматериалов. Тем не менее, крайне важно протестировать 2D-структуры как в экспериментах in vitro, так и in vivo. Недавно обнаруженные члены 2D, такие как борофен, должны быть тщательно исследованы на предмет их потенциальной биосовместимости или токсичности. Тем не менее, в современном уровне техники еще есть место для исследований, посвященных нанохлопьям борофена в их первозданной форме, особенно в отношении испытаний in vivo.