Vliv nanostříbra na vybrané imunitní parametry na modelu zavíječe voskového Galleria mellonella

Bc. Martin Kunc

Master's thesis

The influence of silver nanoparticles on immunity parameters using model of Galleria mellonella

Abstract:

Nanočástice stříbra se v poslední době stále více využívají kvůli svým antibakteriálním vlastnostem. Jejich použití je opravdu široké od medicínského využití, přes textilie a kosmetiku až třeba po antibakteriální omítky ve stavebnictví. Nanočástice se však mohou ze všech těchto zdrojů uvolňovat a třeba i odpadními vodami se dostávat do životního prostředí. Zde mohou působit na živé organismy. Tato diplomová práce se zabývá vlivem nanočástic stříbra na bezobratlé organismy. Jelikož se v literatuře často vyskytuje poznatek že nanočástice vyrobené různými metodami mají různé účinky, byly při studiu jejich vlivu použity 2 metody výroby. První metoda byla elektrochemická, při níž vznikají nanočástice s průměrnou velikostí cca 100 nm a v koncentraci 50mg/l. Při této metodě jsou použity stříbrné elektrody ponořené ve vodě a připojené ke zdroji napětí. Jako druhá metoda byla zvolena jedna z bottom-up chemických metod. Při ní se chemickou cestou z dusičnanu stříbrného uvolní ionty stříbra které pak agregují. K zastavení této agregace dojde po přidání stabilizačního činidla. Touto metodou se povedlo vytvořit roztok nanočástic, které měly průměrnou velikost 87,82 nm. V práci byl sledován vliv nanočástic stříbra vyrobených uvedenými dvěma postupy na imunitní parametry u modelového organismu zavíječe voskového (Galleria mellonella). Zavíječ byl nanočásticím stříbra vystaven buď v potravě, nebo byly přímo vpraveny do jeho těla pomocí mikroinjekční jehly. Následně se sledovaly 3 parametry imunitního systému v hemolymfě larev. Prvním sledovaným parametrem byla aktivita fenoloxidázové kaskády. Tato kaskáda je velice významná v mnoha imunitních reakcích u hmyzu. Jako její konečný produkt vzniká fenoloxidáza která působí jako katalyzátor při tvorbě melaninu. Aktivita této kaskády byla působením nanočástic vyrobených oběma metodami snižována. Druhý sledovaný parametr byla antioxidační kapacita. Čím je tato kapacita vyšší tím lépe, protože se snižuje riziko poškození tkání volnými radikály. Zde se projevil rozdíl mezi metodami výroby, kdy elektroforeticky vyrobené nanočástice kapacitu snižovaly, zatímco chemické nanočástice ji zvyšovaly. Jako třetí byla sledována koncentrace lysozymu jako obrana proti bakteriím. V těchto pokusech byla při podání nanočástic injekční cestou koncentrace lysozymu zvýšena. Pokud však byly nanočástice podány alimentárně byla naopak koncentrace lysozymu snížena.

Abstract:

Silver nanoparticles are increasingly used for its antibacterial quality. Their application is very wide from medical use, through textiles and cosmetics to even the antibacterial plaster. However nanoparticles may be released from this sources and get into environment even through waste water. There they may affect living organisms. This thesis examines the influence of silver nanoparticles onto the invertebrate organisms. In literature often occurs the theory that silver nanoparticles produced by different method has different effects. Because of this there were used two different method of producing silver nanoparticles in this thesis. The first method was electrochemical which generates nanoparticles with an average size about 100 nm and a concentration of 50 mg / l. In this method are used a silver electrodes immersed in the water and connected to a voltage source. As a second method was chosen one of the bottom-up chemical methods. During that, the chemical process releases silver ions from silver nitrate which then aggregates. Aggregation was stopped by adding stabilizing solution. We have created a solution of nanoparticles which have an average particle size of 87.82 nm by this method. In this work we observed the effect of silver nanoparticles produced by these two procedures on immune parameters in the model organism wax moth (Galleria mellonella). Moth was exposed to silver nanoparticles in the nourishment or the nanoparticles were directly injected into the body using a microinjection needle. Subsequently three parameters of the immune system were observed in larval hemolymph. The first parameter was the activity of phenoloxidase cascade. This cascade is very important in many immune responses in insects. As the final product is formed phenoloxidase which acts as a catalyst in the formation of melanin. The activity of this cascade was reduced by the influence of both types of nanoparticles. The second parameter was antioxidant capacity. The higher the capacity is, the better because it reduces the risk of tissue damage by free radicals. There was manifested the difference between the methods of production. Electrophoretic nanoparticles decreased the capacity while chemical nanoparticles increased the capacity. The third parameter was lysozyme concentration as a defense strategy against bacteria. The lysozyme concentration was increased when the nanoparticles were administered by injection. However, if the nanoparticles were administered in the nourishment the lysozyme concentration was reduced.

Keywords

Stříbro, nanočástice, bezobratlí živočichové, zavíječ voskový (Galleria mellonella), lysozym, antioxidační kapacita, fenoloxidáza Silver, nanoparticles, invertebrates, wax moth (Galleria Mellonella), lysozyme, antioxidant capacity, phenoloxidase

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 5. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 4. 6. 2015
• Supervisor: MVDr. Mgr. Monika Dušková, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Special Biology