Studium vlastností nanomateriálů pro biologické aplikace moderními mikroskopickými technikami

Mgr. Jana JIRAVOVÁ

Disertační práce

Anotace:

Nanočástice stříbra (NP Ag) a nanočástice oxidu titaničitého (NP TiO2) jsou obecně nejčastěji aplikovanými nanomateriály. Komerčně vyráběné NP jsou již široce používány v produktech určených ke každodennímu použití, včetně výrobků pro děti. Je tedy důležité studovat jejich potenciální rizika. Mechanismus toxicity NP totiž není zatím zcela objasněn. V rámci této disertační práce byly shrnuty výsledky studia komerčních NP TiO2, komerčních NP Ag a NP Ag syntetizovaných na Katedře fyzikální chemie UP v Olomouci. Nejprve byly NP charakterizovány pomocí chemicko-fyzikálních metod. Následně byly provedeny in vitro studie buněčného poškození na nenádorových buněčných liniích BJ (lidské fibroblasty), NIH 3T3 (myší fibroblasty) a SVK 14 (lidské keratinocyty). Na základě výsledků můžeme konstatovat, že údaje poskytnuté výrobci nejsou v souladu s provedeným měřením. Mimoto všechny studované NP penetrovaly do buněk a všechny NP měly významný vliv na kinetiku tvorby reaktivních kyslíkových radikálů (ROS). Nejvyšší hladiny ROS byly zaznamenány zejména po aplikaci NP TiO2. S těmito výsledky korelovala i zvýšená míra fragmentace DNA a apoptózy. Oxidační poškození buněk hraje zřejmě u vzorků NP TiO2 důležitou roli. Z výsledků in vitro testů vyplývá, že toxicita NP Ag souvisí nejen s produkcí ROS a uvolňováním Ag+, ale pravděpodobně i s přímou interakcí NP Ag s DNA. Ramanovou spektroskopií byl potvrzen výskyt NP Ag v jádře buněk NIH 3T3, což vedlo ke zvýšenému poškození DNA a vyššímu počtu apoptotických buněk linie NIH 3T3. Lokalizace intracelulární akumulace NP Ag však závisela na typu buněčné linie. Zatímco u buněčné linie NIH 3T3 byly detekovány syntetizované NP Ag především v jádře buněk, u buněčné linie SVK 14 byl potvrzen výskyt NP spíše v cytoplazmě. S lokalizací syntetizovaných NP Ag korespondovala míra buněčného poškození. V disertační práci byly kromě konvenčních metod studia buněčného poškození představeny moderní mikroskopické a spektroskopické techniky, které jsou vhodné pro kvantitativní a kvalitativní vyhodnocení buněčné penetrace NP a jejich charakterizaci.

Abstract:

Silver nanoparticles (Ag NPs) and titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) are generally the most frequently applied nanomaterials. Commercially produced NPs are already widely used in products intended for everyday use, including products for children. It is therefore important to study their potential risks. The mechanism of toxicity of NPs is not yet completely elucidated. In this dissertation the results of the study of commercial TiO2 NPs, commercial Ag NPs and Ag NPs synthesized at the Department of Physical Chemistry, UP in Olomouc were summarized. At first, NPs were characterized by chemical-physical methods. Consequently in vitro cell damage study were performed on non-tumor cell lines BJ (human fibroblasts), NIH 3T3 (mouse fibroblasts) and SVK 14 (human keratinocytes). Based on the results, we can conclude that the data provided by the manufacturers are not in accordance with the performed measurements. Furthermore, all studied NPs penetrated into the cells and all NPs had significant effect on the kinetics of reactive oxygen species (ROS) production. Highest levels of ROS were detected especially after application of TiO2 NPs. These results correlated with increased DNA fragmentation and apoptosis. Oxidative damage to cells by NPs TiO2 apparently plays an important role. The results of in vitro tests show that the toxicity of Ag NPs is associated not only with ROS production and Ag+ release but probably also with the direct interaction of Ag NPs with DNA. Raman spectroscopy confirmed the occurrence of Ag NPs in the nucleus of NIH 3T3 cells, leading to increased DNA damage and increased number of apoptotic cells of NIH 3T3 line. The location of intracellular accumulation of Ag NPs depended on the cell line type. Synthesized Ag NPs were detected in the nucleus of NIH 3T3 cells and in the cytoplasm of SVK 14 cells. With the location of the synthesized Ag NPs corresponded the degree of cellular damage. In the dissertation work, in addition to conventional methods of studying cellular damage, modern microscopic and spectroscopic techniques have been introduced, which are suitable for quantitative and qualitative evaluation of cellular penetration of NP and their characterization.

Klíčová slova

nanočástice, mikroskopie atomárních sil, Ramanova spektroskopie, in vitro cytotoxicita

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 28. 11. 2018

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 20. 2. 2019
• Vedoucí: doc. Ing. Kateřina Bartoň Tománková, Ph.D.

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Lékařská fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Lékařská biofyzika / Lékařská biofyzika