Biocompatibilité et anti colorectal

May 04, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 14127 (2022) Citer cet article

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Dans le présent travail, différentes séries de nanoparticules de ferrite spinelle (MFe2O4, Co0,5M0,5Fe2O4; M = Co, Mn, Ni, Mg, Cu ou Zn) ont été obtenues par approche sonochimique. Ensuite, la méthode sol-gel a été utilisée pour concevoir des nanocomposites magnétoélectriques cœur-coque en enrobant ces nanoparticules de BaTiO3 (BTO). La structure et la morphologie des échantillons préparés ont été examinées par diffraction des rayons X sur poudre (XRD), microscope électronique à balayage (SEM) couplé à la spectroscopie des rayons X à dispersion d'énergie (EDX), microscope électronique à transmission à haute résolution (HR-TEM), et le potentiel zêta. L'analyse XRD a montré la présence de phases ferrite spinelle et BTO sans aucune trace de phase secondaire. Les deux phases ont cristallisé dans la structure cubique. Les micrographies SEM illustraient une agglomération de grains sphériques avec une orientation diphase non uniforme et différents degrés d'agglomération. De plus, HR-TEM a révélé des plans d'espacement d interplanaires qui sont en bon accord avec ceux de la phase de ferrite spinelle et de la phase BTO. Ces techniques ainsi que les analyses EDX ont confirmé la formation réussie des nanocomposites souhaités. Le potentiel zêta a également été étudié. L'influence biologique des MNP (MFe2O4, CoMFe) et des nanocomposites magnétoélectriques noyau-enveloppe (MFe2O4 @ BTO, CoMFe @ BTO) a été examinée par des tests MTT et DAPI. Après 48 h de traitements, l'activité anticancéreuse des MNP et des MENC a été étudiée sur des cellules de carcinome colorectal humain (HCT-116) par rapport à la cytocompatibilité de cellules normales non cancéreuses (HEK-293). Il a été établi que les MNP possédaient une capacité anti-cancer du côlon tandis que les MENC présentaient un effet de récupération en raison de la présence d'une couche protectrice biocompatible de BTO. L'effet hémolytique des globules rouges des NP a varié d'effet non hémolytique à faiblement hémolytique. Cet effet qui pourrait être attribué à la charge de surface du potentiel zêta, le CoMnFe possède également le potentiel zêta stable et le plus bas par rapport à CoFe2O4 et MnFe2O4 également à l'effet protecteur de la coquille. Ces découvertes ouvrent de larges perspectives pour les applications biomédicales des MNP comme anticancéreux et des MENC comme nanoporteurs de médicaments prometteurs.

Les nanoparticules sont bien connues en tant que systèmes d'administration de médicaments en biomédecine car elles peuvent vaincre les barrières biologiques, minimiser les doses de médicament à administrer1 et réduire les effets secondaires. Les nanocomposites magnétoélectriques (MENC) sont le dernier développement de la technologie des nanoparticules magnétiques. Les MENC possèdent à la fois des propriétés magnétiques et de nouvelles propriétés électriques2. Le mécanisme d'action des MENC dans l'environnement biologique repose principalement sur la formation des pores sur les cellules cancéreuses3. Les propriétés électriques Vm des cellules cancéreuses diffèrent de celles des cellules saines de leurs homologues. Les cellules tumorales présentaient des caractéristiques bioélectriques distinctives où l'analyse électrophysiologique de différentes cellules tumorales a montré une dépolarisation (c'est-à-dire moins négative) qui favorise et en tant que propriété d'un état de croissance cellulaire rapide4,5,6. Le potentiel membranaire dépolarisé rend les cellules tumorales plus sensibles à l'électroporation, permettant la livraison à l'intérieur des cellules à travers les pores produits7. Le champ électrique généré par les MENC peut varier selon de nombreux paramètres, l'un d'entre eux étant le type de phase magnétique (noyau) dans les MENC noyau-coque.

Le titanate de baryum, BaTiO3 (noté BTO), est un matériau intelligent qui présente une caractéristique piézoélectrique par la génération d'une polarisation électrique en réponse à de minuscules déformations structurelles8. Il a été indiqué que le BTO possède des caractéristiques biologiques, notamment une biocompatibilité élevée lorsqu'il est mis en contact avec des cellules biologiques. Par conséquent, il a été considéré comme un matériau prometteur dans les applications biomédicales9. Ciofani et al. ont rapporté la cytocompatibilité des NPs BTO à des concentrations plus élevées telles que 100 μg/ml sur des cellules souches mésenchymateuses (CSM)10. Selon la Réf.11, les NPs d'acide poly(lactique-co-glycolique)/BTO ont montré leur rôle dans l'attachement cellulaire et les effets sur la différenciation et la prolifération des ostéoblastes et des ostéocytes.

La ferrite spinelle est le groupe le plus attractif de matériaux d'oxyde de fer en raison de la diversité de la composition chimique conduisant à une large gamme de caractéristiques physiques dans une variété d'applications12,13,14,15. La structure de la ferrite spinelle consiste en un arrangement cubique compact d'ions oxygène avec un total de 56 atomes qui sont subdivisés en 32 anions O2− et 24 cations. La structure de la ferrite spinelle possède deux sites cristallographiques où 8 sites A sont occupés par des cations à coordination tétraédrique et 16 sites B sont à coordination octaédrique16. Les propriétés magnétiques des spinelles sont régies par le type de cations métalliques et leur répartition entre les deux sites cristallographiques17,18. La distribution des cations métalliques est affectée par plusieurs facteurs, notamment les rayons ioniques des cations, la taille du site interstitiel, l'énergie de stabilisation, la méthode de préparation et les conditions de réaction19. Les matériaux magnétiques sont divisés en fonction de leur capacité à être magnétisés et démagnétisés. En général, il existe deux types de matériaux magnétiques qui sont des aimants durs et mous. Les aimants durs conservent une magnétisation permanente en l'absence de champ appliqué, tandis que les aimants doux sont faciles à magnétiser et à démagnétiser.

Les nanoparticules magnétiques présentent un intérêt considérable dans les applications biomédicales pour le diagnostic et le traitement du cancer20. Les nanoparticules magnétiques sont capables d'agir comme un système d'administration de médicaments21,22 où elles s'accumulent sur les sites tumoraux par ciblage passif ou actif. Le ciblage passif repose principalement sur l'exploitation de l'effet de perméabilité et de rétention améliorées (EPR), en raison de la nature fuyante et de la vascularisation tumorale physiologiquement défectueuse ainsi que de l'absence d'un système lymphatique pour le drainage23. Au contraire, le ciblage actif est basé sur la réponse magnétique des nanoparticules via des champs magnétiques appliqués. L'hyperthermie est une autre technique de traitement du cancer où les cellules cancéreuses peuvent être détruites lorsqu'elles sont soumises à des températures élevées (40 à 45 °C)24,25,26,27. Les nanoparticules magnétiques produisent de la chaleur lorsqu'elles sont exposées à un champ magnétique alternatif en raison des relaxations du moment magnétique de rotation20. De plus, les nanoparticules magnétiques ont été utilisées comme agents de contraste améliorés en imagerie par résonance magnétique (IRM)28.

Les bio-applications pratiques potentielles des nanoparticules ne peuvent être envisagées que lorsque leur toxicité est très bien comprise. En particulier, chaque fois qu'un nouveau nanomatériau destiné à des applications biomédicales nécessitait un examen approfondi de sa biosécurité. L'hémolyse est une analyse de compatibilité sanguine considérable car les nanoparticules pourraient être directement mises en contact avec les globules rouges (RBC) via une injection dans la circulation sanguine. L'hémolyse se produit lorsque la membrane des globules rouges est endommagée, entraînant une fuite d'hémoglobine. Cela provoque plusieurs effets néfastes sur la santé tels que la toxicité rénale, l'hypertension et l'anémie. De plus, les autres compartiments sanguins [plaquettes et globules blancs (WBC)] peuvent également être affectés par une hémolyse intravasculaire qui entraîne une coagulation ou un déficit immunitaire29,30. Plusieurs rapports ont montré que les MNP Fe3O4, ZnFe2O4, CaFe2O4, CuFe2O4, MgFe2O4, NiFe2O4 et MnFe2O4 présentaient un effet toxique lorsqu'ils étaient utilisés à une concentration supérieure à 10 µg/0,1 ml31,32,33,34,35, tandis que CaxMgxNi1−2xFe2O4 (x ≤ 0,05 ) Les NPs ont montré une réduction de la viabilité cellulaire à 100 µg/0,1 ml36. L'interaction nanoparticules-cellule peut être initiée en faisant adhérer les nanoparticules à la surface cellulaire, puis est internalisée par endocytose et amassée à l'intérieur des vacuoles digestives. Ainsi, il est très probable qu'il se produise une cytotoxicité à des concentrations plus élevées en raison d'une surcharge de particules dans les cellules32.

À notre connaissance, aucune preuve n'a été trouvée dans la littérature sur l'examen des bioactivités du noyau-coque (MFe2O4@BTO, Co0.5M0.5Fe2O4@BTO ; où M = Mn, Ni, Mg, Cu, Zn ou Co) MENC sur les lignées cellulaires de cancer colorectal humain (HCT-116) et de rein embryonnaire humain (HEK-293). Ainsi, cette étude vise à confirmer que les MNP et les MENC n'ont pas d'effets nocifs sur les cellules cultivées saines et ne favorisent pas la croissance des cellules cancéreuses. Nous avons préparé des MNP et des MENC par des approches de synthèse sonochimique et sol-gel, respectivement. Les caractérisations de surface et de structure ont été étudiées à l'aide de procédures de potentiel XRD, SEM, EDX, TEM et zêta. Ensuite, l'évaluation in vitro préliminaire de la cytocompatibilité et de la viabilité cellulaire a été réalisée par le biais d'un test MTT, d'une coloration au DAPI nucléaire et d'une analyse d'hémolyse sur HCT-116, HEK-293 et ​​les globules rouges, avec un accent particulier sur les propriétés protectrices du BTO sur le produit utilisé. cellules.

La figure 1 représentait les schémas XRD des MNP préparés de ferrite spinelle (CoFe2O4, CoMnFe) et des MENC noyau-coque (MFe2O4@BTO, CoMFe@BTO ; M = Mn, Ni, Mg, Cu, Zn ou Co). Le XRD a montré la ferrite spinelle pure et la structure noyau-coquille sans aucune trace de phases d'impuretés. Il a démontré les pics caractéristiques des plans de spinelle pour (CoFe2O4, CoMnFe) qui sont indexés comme (220), (311), (222), (400), (422), (511) et (440). Les pics enregistrés du spinelle correspondaient bien à la structure cubique et au groupe spatial Fd-3m de la ferrite spinelle selon la carte n° 96-591-006437,38,39,40. De plus, la DRX des MENC cœur-coquille (MFe2O4@BTO, CoMFe@BTO, M = Mn, Ni, Mg, Cu, Zn ou Co) a révélé la présence et la combinaison entre deux orientations cristallographiques distinctes (phases spinelle et pérovskite) . L'absence d'impuretés et de phases intermédiaires confirme la réussite de la formation des matériaux composites ainsi que l'efficacité du procédé de préparation. Les plans des MENC core-shell (MFe2O4@BTO, CoMFe@BTO) sont identifiés comme (100), (101), (111), (200), (201), (211) et (202) correspondant à la structure cubique de BTO pur selon la carte n° 96-210-0863 tandis que les plans restants (220), (311), (511) et (440) sont pour (MFe2O4, CoMFe) MNPs. Ici, l'identification de phase XRD a montré une phase BTO correspondant à la structure pérovskite cubique. Ceci a été prouvé par l'absence de pics de séparation (200) et (002) et l'existence d'un seul pic à ⁓ 4541,42. Pour une analyse détaillée de la structure, un raffinement de Rietveld a été effectué à l'aide d'un modèle à deux phases des phases spinelle et BTO comparant les diagrammes de diffraction expérimentaux avec la base de données standard via Match3! et le logiciel Fullproof pour extraire le paramètre de réseau a, le volume de cellule unitaire V et la taille des cristallites, comme indiqué dans le tableau 1. La taille moyenne des cristallites (DXRD) de tous les MENC cœur-coquille a été calculée en considérant les pics les plus intenses (311) et ( 101) utilisant la célèbre équation de Debye-Scherrer et les valeurs DXRD ont été trouvées dans la plage de 27 à 46 nm.

Modèles de poudre XRD raffinés de (CoFe2O4, CoMnFe) MNP et core-shell (MFe2O4@BTO, CoMFe@BTO ; M = Mn, Ni, Mg, Cu, Zn ou Co) MENC.

Les morphologies et les microstructures des MENC cœur-coquille (ZnFe2O4@BTO, MnFe2O4@BTO, CoFe2O4@BTO, CoCuFe@BTO, CoMnFe@BTO, CoZnFe@BTO) ont été étudiées par SEM et TEM. Les micrographies SEM ont confirmé la morphologie sphérique des MENC noyau-coque, comme présenté à la Fig. 2A. Les échantillons présentent une orientation diphase non uniforme (régions claires et moyennement sombres) des grains sphériques agglomérés. Il est difficile de disperser complètement le matériau de base malgré la dispersion vigoureuse par ultrasons des MNP dans la solution de précurseur de BTO pendant le processus de revêtement. Ainsi, ils se sont rapprochés en raison de leur nature magnétique. De plus, il est évident que les différences de morphologie avec le changement de type de noyau sont dues à la forme, au degré d'agglomération et au comportement différent des MNP de ferrite spinelle dans chaque composition. La composition élémentaire des MENC core-shell (ZnFe2O4@BTO, MnFe2O4@BTO, CuFe2O4@BTO, CoNiFe@BTO, CoZnFe@BTO et CoMgFe@BTO) a été examinée par EDX attaché avec SEM. L'analyse a été menée pour vérifier la pureté chimique des MENC cœur-coquille et leur stoechiométrie. Les compositions élémentaires représentatives sont présentées sur la figure 2B. Les spectres EDX ont souligné l'existence des éléments sans aucune trace d'impuretés indiquant la pureté des échantillons préparés. Les images TEM ont souligné la formation de la région sombre du noyau (phase MNP de ferrite spinelle) et de la coque brillante environnante (phase BTO), comme illustré à la Fig. 3. Elle permet de distinguer clairement l'interface entre deux phases dans les images TEM. La variation de la couleur du noyau-coquille est due à la différence d'intensité de transmission et d'efficacité de pénétration des électrons sur les MNP et le BTO43. De plus, les MNP forment des agglomérats dans la matrice BTO. Les images correspondantes au microscope électronique à transmission haute résolution (HR-TEM) illustrent les franges de réseau bien définies du noyau magnétique et de la coque BTO. Les modèles de moiré sont dominants dans les images HR-TEM qui montrent clairement l'interférence des orientations cristallographiques des phases de ferrite et de BTO. La cristallographie des deux phases a été prouvée en calculant les espacements d interplanaires qui sont en bon accord avec les plans de la phase ferrite et les plans de la phase BTO. L'interface entre la ferrite spinelle et les phases BTO est clairement montrée par HR-TEM. Par conséquent, à cette interface, le mouvement de déformation entre la ferrite et la phase ferroélectrique pourrait se produire et il pourrait être approprié de construire un fort couplage ME dans le nanocomposite cœur-coque.

(A) Images SEM de core-shell (a) ZnFe2O4@BTO, MnFe2O4@BTO et CoFe2O4@BTO (b) CoCuFe@BTO, CoMnFe@BTO et CoZnFe@BTO MENCs. (B) Spectres EDX de core-shell (a) ZnFe2O4@BTO, MnFe2O4@BTO et CuFe2O4@BTO (b) CoNiFe@BTO, CoZnFe@BTO et CoMgFe@BTO MENC.

Images TEM et HR-TEM du noyau-coque de (a) MgFe2O4@BTO, (b) CoNiFe@BTO MENCs.

Le potentiel zêta est une technique précieuse pour évaluer la charge de surface des nanoparticules, prédire leur stabilité et déduire l'état de la surface44. Habituellement, les nanoparticules ayant un potentiel zêta compris entre − 10 et + 10 ont une charge neutre, tandis qu'une valeur zêta supérieure à + 30 mV ou inférieure à − 30 mV indique respectivement une surface hautement anionique et cationique38. Le potentiel zêta des MNP et des MENC a été étudié et résumé dans le tableau 2. Il ressort clairement des résultats du potentiel zêta que MnFe2O4 a le potentiel zêta le plus élevé par rapport aux autres MNP et MENC, suivi de CoFe2O4. CoMnFe a montré le potentiel zêta le plus bas. De plus, les résultats ont indiqué que les MNP et les MENC ont des surfaces cationiques45.

L'analyse in vitro est un modèle idéal pour l'étude des maladies humaines. Il possède un haut degré de transparence et la capacité d'identifier une concentration de médicament appropriée pour une étude in vivo ainsi que de tester la toxicité des biomatériaux traités sur les cellules. Le test MTT est une technique d'analyse courante menée pour examiner la cytotoxicité des matériaux qui démontrent la relation dose-réponse des échantillons testés conformément à la norme ISO 10993-546. Par conséquent, nous avons examiné l'effet des nanoparticules magnétiques de ferrite spinelle MNP et des MENC noyau-coquille sur deux lignées cellulaires différentes HCT-116 et HEK-293 en mesurant l'activité de la réductase mitochondriale à l'aide de 3[4,5-diméthylthiazol-2-yl]-2 le bromure de ,5-diphényl-tétrazolium (MTT) comme substrat. Les cellules viables possèdent la capacité de réduire le MTT d'un colorant jaune soluble dans l'eau à un produit de formazan cristallisé violet insoluble. Le diméthylsulfoxyde (DMSO) a été utilisé pour dissoudre les cristaux de formazan et quantifié en mesurant l'absorbance lumineuse de la solution sous la longueur d'onde de 570 nm. La valeur résultante est corrélée au nombre de cellules vivantes. La figure 4 illustre la réduction significative des cellules normales HEK-293 et ​​des cellules cancéreuses HCT-116 lorsqu'elles sont traitées avec de la ferrite de spinelle simple MFe2O4 (M = Co et Mn) à une concentration de 141,75 µg/0,1 ml pendant 48 h. Ces noyaux magnétiques ont révélé un effet toxique pour les deux lignées cellulaires, et cela pourrait s'expliquer par la présence d'éléments Co et Mn. Le système cellulaire traite le fer et ses oxydes NP dans le cadre de la physiologie du fer. Vraisemblablement, les MNP sont dégradés en ions fer sous l'influence de diverses enzymes hydrolysantes dans les phagolysosomes à faible pH ainsi que les protéines participant au métabolisme du fer et utilisant selon les voies naturelles du métabolisme du fer47,48. Néanmoins, la dégradation de CoFe2O4 dans le lysosome conduit à une gravure lente et à la libération d'ions cobalt Co2+ où il est connu pour être toxique à des doses plus importantes49,50. De plus, la cytotoxicité pourrait être attribuée à l'ionisation des NP métalliques à l'intérieur des cellules, connue sous le nom de mécanisme du "cheval de Troie" selon Hsiao et al.51. Des études antérieures ont également montré la toxicité des MNP, Balakrishnan et al. ont révélé que CoFe2O4 présentait une toxicité modérée à 24 h, puis elle a été progressivement augmentée pour une durée d'incubation de 72 h49. M. Ahamed et al. ont prouvé que les NP CoFe2O4 induisaient la cytotoxicité dans la plage de doses de 50 à 400 µg/ml dans la lignée cellulaire hépatique humaine (HepG2) en raison de la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS)52. Un autre rapport a confirmé que MnFe2O4 produisait divers dommages et altérations cellulaires provoquant la mort cellulaire après avoir pénétré dans la cellule 4T1 du cancer du sein53. CoFe2O4 recouvert de BTO biocompatible a montré un effet protecteur pour les deux lignées cellulaires. Cependant, le BTO n'a pas été en mesure de protéger l'effet toxique des MNP MnFe2O4 et des MENC MnFe2O4@BTO, il a montré une réduction significative après revêtement avec du BTO sur HEK-293. L'effet anti-apoptotique a été observé avec NiFe2O4 @ BTO MENCs sur HEK-293 où il a montré une augmentation significative de la viabilité cellulaire Fig. 5. De plus, la prolifération observée de HEK-293 n'est pas significative, mais elle est suspecte lorsqu'elle est traitée avec MFe2O4 @BTO (M = Zn, Cu, Mg) MENC. Par conséquent, d'autres expériences sont nécessaires avec différents temps d'incubation et différentes concentrations pour comprendre le temps et la dose affectant la manière.

La viabilité cellulaire moyenne des lignées cellulaires (a) HEK-293 et ​​(b) HCT-116 par test MTT. Les cellules ont été traitées avec les composites centraux suivants MFe2O4 (M = Co, Ni, Mn, Mg, Zn et Cu) MNP et la concentration de traitement était de 141,75 µg/0,1 ml pendant 48 h. n = 4 et barres d'erreur ± SEM *p < 0,05 ; **p < 0,01 ; ***p < 0,001 ; versus contrôle.

La viabilité cellulaire moyenne des lignées cellulaires (a) HEK-293 et ​​(b) HCT-116 par test MTT. Les cellules ont été traitées avec les composites de base suivants MFe2 ​​O4@BTO (M = Co, Ni, Mn, Mg, Zn et Cu) et la concentration de traitement était de 141,75 µg/0,1 ml pendant 48 h. n = 4 et barres d'erreur ± SEM *p < 0,05 ; versus contrôle.

Dans le groupe précédent, nous avons sélectionné les MNP CoFe2O4 et réduit la concentration de Co2+ par dopage avec différents métaux de transition CoMFe (M = Ni, Cu, Mg, Zn et Mn), à savoir la ferrite mixte magnétique dure pour la réduction de la toxicité et l'amélioration des propriétés physiques. Les deux lignées cellulaires HCT-116 et HEK-293 ont été traitées avec des MNP CoMFe (M = Ni, Cu, Mg, Zn et Mn) et des MENC CoMFe@BTO (M = Ni, Cu, Mg, Zn et Mn) à la concentration de 141,75 µg/0,1 ml. Après 48 h de traitement, les résultats ont révélé que CoNiFe présentait un effet toxique significatif pour les deux lignées cellulaires par rapport à leur témoin tandis que CoMnFe présentait un effet inhibiteur sélectif statistiquement significatif p < 0,05 sur les cellules cancéreuses du côlon à la concentration de (141,75 µg/0,1 ml ) comme illustré à la Fig. 6. Ces résultats suggèrent que le CoMnFe peut être un candidat prometteur pour le traitement du cancer du côlon à une concentration de 141, 75 µg / 0, 1 ml en raison de la toxicité sélective induite sur HCT-116 par rapport au contrôle in vitro. Les rapports précédents ont révélé que les NP de Ni provoquaient une cytotoxicité dans les cellules cancéreuses de l'épithélium pulmonaire humain A54954. Selon Freitas et al., l'induction du stress oxydatif est le mécanisme le plus fréquemment discuté pour les effets nocifs du Ni via la génération de ROS55. Ici, nous nous attendions à la toxicité des MNP CoNiFe en raison de l'effet synergique des ions méataux Co2+ et Ni2+. CoMgFe a présenté une croissance non significative (p > 0,05) dans les cellules normales HEK-293 et ​​d'autres expériences sont nécessaires pour confirmer le résultat. La figure 7 montre la viabilité cellulaire des deux lignées cellulaires traitées avec les MENC CoMFe@BTO (M = Ni, Cu, Mg, Zn et Mn). La présence d'une couche de revêtement BTO a inhibé les effets toxiques et pro-apoptotiques du CoMFe. Les résultats ont révélé que la viabilité cellulaire était plus favorable en cas de revêtement BTO CoMFe @ BTO (M = Ni, Cu, Mg, Zn et Mn) MENC, comme illustré à la Fig. 7, qu'avec des MENC non revêtus. Le BTO a montré un effet de récupération sur les cellules HEK-293 et ​​HCT-116 et aucune indication de mort massive des deux lignées cellulaires n'a été observée, ce qui a confirmé que les MENC CoMFe @ BTO peuvent ne pas être toxiques. Généralement, nous avons observé que les MENC maintiennent la viabilité cellulaire ou favorisent la prolifération cellulaire au sein de certains composites. Cela peut être lié à la présence de coque BTO. Il s'agit d'un nanomatériau piézoélectrique et possède la capacité d'agir comme un substrat actif pour favoriser la croissance cellulaire dans un environnement physiologique9. Le BTO peut générer une stimulation électrique en réponse à la déformation transitoire de la structure due à la migration et à la fixation des cellules8. Les impulsions électriques générées sont transmises aux cellules environnantes, ce qui favorise les voies de signalisation cellulaire et stimule la voie Ca2+-calmoduline responsable de la synthèse du facteur de croissance et améliore la croissance cellulaire56,57. G. Genchi et al. ont utilisé des NP BTO pour favoriser la régénération tissulaire. Ils ont montré que la présence de NPs BTO dans l'échafaudage était capable d'améliorer le taux de croissance et la prolifération des myoblastes H9c2 après 72 h58. Le BTO est le nanomatériau le plus prometteur avec un énorme potentiel dans un large éventail d'applications en nanomédecine. En raison de sa bonne biocompatibilité, de sa protection et de son applicabilité dans les systèmes théranostiques multifonctionnels, y compris l'administration de médicaments, la stimulation cellulaire et l'ingénierie tissulaire58.

La viabilité cellulaire moyenne des lignées cellulaires (a) HEK-293 et ​​(b) HCT-116 par test MTT. Les cellules ont été traitées avec les conditions suivantes CoMFe2O4 (M = Ni, Mn, Mg, Zn et Cu) MNP pendant 48 h. n = 4 expériences dépendantes. Barres d'erreur ± SEM *p < 0,05 ; ***p < 0,001 ; versus contrôle.

La viabilité cellulaire moyenne des lignées cellulaires (a) HEK-293 et ​​(b) HCT-116 par test MTT. Les cellules ont été traitées avec les conditions suivantes CoMFe2O4 @ BTO (M = Ni, Mn, Mg, Zn et Cu) MENC pendant 48 h. n = 4 expériences dépendantes. Barres d'erreur ± SEM

L'étude quantitative a été complétée par l'analyse qualitative de la visualisation de la morphologie nucléaire cellulaire au microscope confocal à l'aide de la coloration au DAPI (4 ', 6-diamidino-2-phénylindole). C'est une tache fluorescente qui se lie très fortement à l'ADN et semble s'associer aux régions riches en AT dans le bosquet mineur59. Le passage du DAPI à travers la cellule vivante est moins efficace et donc l'efficacité de la tache est faible, ainsi la cellule doit être perméabilisée ou fixée pour que le DAPI pénètre dans la cellule et se lie à l'ADN. Le DAPI est normalement utilisé pour le comptage des cellules, la mesure de l'apoptose et l'outil de segmentation nucléaire dans l'analyse d'imagerie à haute conductivité. Dans ce rapport, les cellules du carcinome colorectal HCT-116 ont été colorées avec du DAPI pour visualiser l'impact des MNP et des MENC sur l'ADN nucléaire. En outre, il a été utilisé pour identifier le nombre de noyaux, visualiser les caractéristiques de l'apoptose, notamment la condensation de la chromatine, le rétrécissement et la fragmentation nucléaires, et pour évaluer la morphologie cellulaire globale31,60. Les figures 8B et C illustrent l'action inhibitrice sur les cellules cancéreuses du côlon due au traitement avec les MNP CoFe2O4 et MnFe2O4 par rapport aux cellules témoins de la figure 8A. Nous avons observé que les signes d'apoptose sont dominants parmi les cellules avec une nette réduction du nombre de cellules. D'autre part, nous avons observé une mort cellulaire mineure pour MFe2O4 @ BTO (M = Co, Mn) en raison de la présence d'une couche biocompatible de BTO où elle présentait un effet de récupération sur les cellules (Fig. 8E, F).

L'impact du traitement des MNP et des MENC Cellules HCT-116 colorées au DAPI après 48 h de traitement. (A,D) sont la cellule témoin, (B) (CoFe2O4), (C) (MnFe2O4), (E) (CoFe2O4@BTO) et (F) (MnFe2O4@BTO). Les flèches montrent les signes d'apoptose.

De même, les lignées cellulaires HCT-116 ont été traitées avec des MNP CoMFe (M = Ni, Mn) et des MENC CoMFe @ BTO (M = Ni, Mn) incubés pendant 48 h. En cohérence avec les résultats du MTT, nous avons observé que les MNP CoMnFe présentaient une action d'inhibition sur les cellules cancéreuses Fig. 9C; cependant, l'effet n'était pas aussi fort que ce que nous avons vu avec chaque composite individuel MFe2O4 (M = Co, Mn). De plus, il y a une nette augmentation de la mort cellulaire, de la condensation nucléaire et de la fragmentation dans les cellules cancéreuses traitées par les MNP CoNiFe, comme le montre la figure 9B. Ces résultats suggèrent que les MNP CoMFe (M = Ni, Mn) favorisent la mort cellulaire par l'effet pro-apoptotique. La couche de revêtement BTO a soulagé l'effet d'inhibition des MNP. Les figures 9E et F ont révélé que les noyaux possèdent une morphologie proche pour contrôler la figure 9D avec une réduction cellulaire minimale ainsi que les signes d'apoptose. Les cellules témoins sont restées intactes et ne présentent aucune condensation nucléaire, ni désintégration de la membrane cellulaire ni mort cellulaire, comme le montrent les Fig. 8A,D et 9A,D.

L'impact du traitement des MNP et des MENC sur les cellules HCT-116 colorées au DAPI après un traitement de 48 h. (A,D) sont la cellule témoin, (B) (CoNiFe), (C) (CoMnFe), (E) (CoNiFe@BTO) et (F) (CoMnFe@BTO). Les flèches montrent les signes d'apoptose.

Le dosage du potentiel hémolytique a été réalisé pour évaluer la toxicité de différentes formulations de MNP et de MENC au niveau cellulaire, comme illustré sur les Fig. 10 et 11. Selon la norme ISO 10993-4 qui signifie l'évaluation de la compatibilité sanguine des dispositifs médicaux contiennent ou génèrent des nanomatériaux. La norme énonce les critères suivants de pourcentage d'hémolyse où (0–2 %) est un biomatériau non hémolytique, (2–5 %) légèrement hémolytique ou (> 5 %) hémolytique29. Il a été observé que toutes les formulations de cette étude à la concentration la plus faible de 33 µg/0,1 ml soit des MNP à noyau (MFe2O4, CoMFe2O4 ; M = Ni, Co, Mn, Mg, Zn et Cu) ou à noyau-enveloppe (MFe2O4@ BTO, CoMFe2O4@BTO ; M = Ni, Co, Mn, Mg, Zn et Cu) Les MENC ont montré un effet non hémolytique (0 à 2 %). En revanche, la concentration la plus élevée de 276 µg/0,1 ml a présenté un effet hémolytique légèrement à élevé (> 5 %) comme détaillé dans le tableau 3 et la figure 12. Après une analyse approfondie, la présence d'une couche de BTO biocompatible joue un rôle crucial en termes de de réduire l'effet hémolytique de différentes formulations de noyau même avec la concentration la plus élevée, comme le montre la Fig. 12. Le grand rapport surface / volume est l'un des paramètres les plus importants des NP où la plus petite taille de particule, la plus grande surface ils ont. Bien que les NP possèdent l'avantage d'un grand médicament de chargement en raison de leur grande surface, cependant; ils favorisent la réaction de l'oxygène avec les tissus et créent des radicaux libres47 qui sont un facteur de stress oxydatif sur la cellule. Il a été reconnu dans la littérature que la cytotoxicité et l'apoptose des cellules humaines sont généralement basées sur la production de ROS et le stress oxydatif dû à l'exposition aux MNP61,62,63. Plusieurs études ont rapporté que le blocage des nanoparticules ROS conduit à minimiser leur interaction avec la membrane des globules rouges et donc leur effet hémolytique potentiel64. Par conséquent, les MNP non revêtus pourraient être cytotoxiques en raison du contact direct avec les cellules65.

Montre l'effet hémolytique des MNP (MFe2O4, CoMFe2O4; M = Ni, Co, Mn, Mg, Zn et Cu) et (MFe2O4@BTO, CoMFe2O4@BTO; M = Ni, Co, Mn, Mg, Zn et Cu) MENC à la concentration la plus faible de 33 µg/0,1 ml. Les données représentent la moyenne ± SEM de deux expériences individuelles. Échantillon de sang normal dans du PBS utilisé comme témoin négatif. Alors que le SDS est l'hémolyse du témoin positif qui était de plus de 80 %.

Montre l'effet hémolytique des MNP (MFe2O4, CoMFe2O4; M = Ni, Co, Mn, Mg, Zn et Cu) et (MFe2O4@BTO, CoMFe2O4@BTO; M = Ni, Co, Mn, Mg, Zn et Cu) MENC à la concentration la plus élevée de 276 µg/0,1 ml. Les données représentent la moyenne ± SEM de deux expériences individuelles. Échantillon de sang normal dans du PBS utilisé comme témoin négatif. Alors que le SDS est l'hémolyse du témoin positif qui était de plus de 80 %.

Affiche la visualisation de l'effet hémolytique. (A) Comparaison entre la concentration la plus faible et la plus élevée de (CuFe2O4) par rapport au contrôle positif et négatif. (B) L'effet de la présence de la couche biocompatible BTO dans CoCuFe2O4 à la concentration la plus élevée de 276 µg/0,1 ml.

La cytotoxicité et l'effet hématologique indésirable des NP dépendent de divers paramètres particulaires. Les principaux facteurs d'influence sont la morphologie, la taille, la composition, l'hydrophobicité, la surface et la charge de surface des matériaux29. D'autre part, différents paramètres biologiques influencent la cytotoxicité comme le type de cellule, la culture et les conditions d'exposition (c'est-à-dire la densité cellulaire, la concentration des particules et la température66. En plus du stress oxydatif, les autres mécanismes de toxicité et les formes de blessures pourraient résulter de l'interaction des NP. comprennent la dénaturation des protéines, les dommages à la membrane, les dommages à l'ADN et la réactivité immunitaire 67. Ou l'analyse de la membrane des lysosomes qui entraîne une fuite d'enzymes analytiques dans la cellule entraînant l'apoptose cellulaire 68. Les résultats d'hémolyse et de cytotoxicité obtenus sont résumés dans le tableau 3. Généralement, la structure inverse la ferrite magnétique a montré une réduction évidente de la viabilité cellulaire, tandis que la ferrite magnétique à structure normale a montré une action opposée en maintenant la viabilité cellulaire ou en favorisant la croissance cellulaire.Ces résultats peuvent s'expliquer par l'activité MNP de la ferrite spinelle où elle dépend de différents paramètres tels que la particule taille, texture de surface, stabilité, propriétés redox des ions métalliques et distribution des cations entre les sites tétraédriques et octaédriques69. CoFe2O4 appartient aux ferrites spinelles inverses où Fe3+ a une coordination tétraédrique et (Co2+) et (Fe3+) sont également répartis dans des sites octaédriques70. Les surfaces MNP de ferrite de la colonne vertébrale sont principalement composées de sites octaédriques. Selon les rapports précédents, les ions métalliques qui occupaient les positions octaédriques jouent un rôle crucial dans l'activité catalytique en raison de la longueur de liaison plus longue ; ainsi, il peut facilement interagir avec les molécules réactives69,71,72. Cependant, les ions métalliques qui occupaient les sites tétraédriques contribuent rarement à l'activité de réduction. L'inactivité de ce site coordonné de cristallite peut provenir des fortes liaisons métal-oxygène en raison de la valence et du nombre de coordination inférieurs. De plus, les cations tétraédriques ne sont pas librement accessibles aux réactifs73. Ibrahim et al. ont rapporté que la réaction catalytique était la plus élevée dans le cas de MnFe2O4 par rapport à CoFe2O4 et dépassait celle de ZnFe2O4. Ils ont fait valoir que cela est dû à la présence d'ions (Mn2+ et Fe3+) ou (Co2+ et Fe3+) dans les positions octaédriques du sous-réseau de ferrite alors que dans ZnFe2O4, seuls les ions Fe3+ sont présents69. Après des investigations approfondies, nous avons découvert que les simples MNP de ferrite CoFe2O4 et MnFe2O4 présentaient un effet toxique sur les deux lignées cellulaires ; cependant, le composite de CoMnFe a montré un effet anticancéreux sélectif remarquable sur HCT-116, comme illustré dans le tableau 3. présentait un effet légèrement hémolytique. Cela peut être attribué à l'action catalytique différente de la ferrite magnétique simple et mixte qui est corrélée à la structure électronique ainsi qu'à l'interaction synergique entre différents métaux74. De plus, cela pourrait être corrélé à la charge de surface des mesures de potentiel zêta du tableau 2 où le CoMnFe possède le potentiel zêta stable et le plus bas par rapport à CoFe2O4 et MnFe2O4.

Les MNP ont été préparés en utilisant la technique d'irradiation par ultrasons. Ces réactifs (Ni(NO3)2·6H2O) nitrate de nickel, (Zn(NO3)2·6H2O) nitrate de zinc hexahydraté, (Cu(NO3)2·H2O) nitrate de cuivre tétrahydraté, (Fe(NO3)2·9H2O) fer nitrate nonahydraté, (Co(NO3)2·6H2O) nitrate de cobalt hexahydraté, (Mn(NO3)2·6H2O) nitrate de manganèse hexahydraté, (Mg(NO3)2·6H2O) nitrate de magnésium hexahydraté, (Ca(NO3)2·4H2O ) du nitrate de calcium tétrahydraté, ont été utilisés comme matériaux de préparation de départ. Une valeur stoechiométrique appropriée de chaque matériau a été prélevée et mélangée dans de l'eau déminéralisée sous agitation continue pour préparer les ferrites spinelles séparés.

Une fois que nous avons obtenu une solution métallique homogène, le pH a été arrangé de manière égale à 11 en utilisant une solution de NaOH 2 M. La sonde de sonication (Ultrasonic homogenizer UZ SONOPULS HD 2070 d'une puissance de 70 W et d'une fréquence de 20 kHz) a été utilisée pour conduire la réaction pendant 1 h. Le produit obtenu a été lavé plusieurs fois avec de l'eau chaude déminéralisée. Ensuite, il a été séché à 180 ° C pendant 12 h et broyé dans un mortier d'agate pour obtenir des MNP.

La procédure d'auto-combustion sol-gel au citrate a été utilisée pour préparer les MENC. Dans un premier temps, 1,9 g de carbonate de baryum ont été mélangés avec 10 ml d'eau déminéralisée et 10 ml d'éthanol sous agitation continue pendant 20 min. De même, 2,8 ml d'isopropoxyde de titane (IV) ont été mélangés avec 50 ml d'éthanol et 50 ml d'eau désionisée avec chauffage et agitation continus à une température de 80 ° C et 30 min, respectivement. Dans un bécher séparé, ces deux solutions préparées ont été mélangées puis 4,2 g d'acide citrique ont été ajoutés et placés sur une plaque chauffante à (80°C) sous agitation pendant 20 min. Les MNP telles que préparées ont été dispersées dans 20 ml d'éthanol en utilisant un bain de sonication pendant 30 min à température ambiante. Plus tard, la suspension de MNP a été mélangée avec une solution de précurseur de BTO préparée, puis placée dans le bain de sonication pour une vibration vigoureuse à 80 ° C pendant 2 h. Enfin, le produit résultant a été retenu sur la plaque chauffante à 80°C et conservé jusqu'à ce que la solution devienne blanche épaisse proche du gel. Ensuite, la température a été élevée à 120°C pour brûler le gel formé. Par la suite, la poudre reçue a été broyée puis calcinée dans un four à moufle à 800 ° C pendant 5 h pour obtenir une poudre de MENC noyau-coque. La figure 13 illustre la séquence schématique de la procédure expérimentale.

Le schéma de la procédure expérimentale pour le processus de préparation des MNP et des MENC.

La microstructure cristalline a été réalisée par une diffraction des rayons X Rigaku Benchtop Miniflex (DRX, rayonnement Cu Kα) à température ambiante. Un raffinement de Rietveld a été effectué pour déterminer les phases des échantillons préparés en comparant les modèles de diffraction expérimentaux avec la base de données standard via un logiciel d'analyse de phase (Match3! et Fullproof). Les techniques d'imagerie comprennent la microscopie électronique à balayage (SEM) combinée à un système de spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDX) et un microscope électronique à transmission (TEM) ont été utilisés pour examiner la morphologie de surface des composites. Le potentiel zêta des MNP et des MENC dans l'eau DI a été mesuré par diffusion dynamique de la lumière (DLS) (ZEN5600, Malvern, Royaume-Uni).

Dans cette étude, nous avons utilisé des cellules rénales embryonnaires humaines saines normales (HEK-293) et des cellules de carcinome colorectal humain (HCT-116) qui ont été achetées à l'ATCC (American Type Culture Collection), Manassas, Virginie, États-Unis pour évaluer l'influence de MNP et MENC. Le test colorimétrique MTT a été utilisé pour mesurer la viabilité cellulaire comme expliqué précédemment75. En bref, les cellules qui ont plus de 80 % de confluence ont été trypsinisées et comptées. Par la suite, les cellules ont été ensemencées dans des plaques à 96 puits puis traitées avec différentes concentrations (33–267 µg/0,1 ml) de MNP et de MENC, sauf le groupe témoin. Après 48 h, les cellules ont été traitées avec une solution de MTT (5 mg/ml) et conservées pendant 4 h. Enfin, les cellules ont été lavées et examinées à une longueur d'onde de 570 nm via un lecteur de microplaques (Biotek Instruments, Winooski, USA).

Des cellules de carcinome colorectal (HCT-116) ont été colorées au DAPI pour visualiser l'impact des MNP et des MENC sur l'ADN nucléaire des cellules cancéreuses. Les cellules HCT-116 ont été ensemencées dans des lames de chambre dans un incubateur à CO2 (5%) à une température de 37 ° C, laissées se fixer pendant la nuit. Ensuite, les cellules ont été séparées en deux groupes : l'un était un groupe témoin non traité et un autre a été traité avec une dose (88,8 µg/0,1 ml) de MNP et de MENC. Après 48 h, les deux groupes ont été traités avec une solution glacée de paraformaldéhyde (4 %) puis lavés avec du PBS. Ensuite, les cellules ont été marquées au DAPI dans un environnement sombre et conservées pendant 30 min. Enfin, les cellules ont été lavées dans du PBS et leur morphologie a été visualisée à l'aide d'un microscope confocal à balayage laser (Zeiss, Francfort, Allemagne).

Le test de lyse des érythrocytes a été effectué selon Shivashankarappa et al.76. Le spectrophotomètre a été utilisé pour examiner la cytotoxicité en mesurant la quantité d'hémoglobine libérée via la rupture de la membrane de RBC. Le sang frais a été prélevé sur un rat wistar adulte et de l'EDTA a été ajouté au tube collecteur pour empêcher la coagulation du sang. Il a été centrifugé pendant 10 min à 1500 rpm à 4 ° C et le plasma avec une couche blanche contenant des WBC et des plaquettes a été soigneusement retiré par aspiration. Ensuite, les culots d'érythrocytes ont été lavés trois fois avec du PBS (pH 7,4) et remis en suspension dans du PBS pour donner neuf fois son volume. Deux concentrations différentes (la plus faible 33 µg/0,1 ml et la plus élevée 267 µg/0,1 ml) de MNP et de MENC ont été utilisées pour le traitement des globules rouges et le PBS a été ajouté pour atteindre le volume total de 2 ml. Ensuite, il a été incubé pendant 20 min à 37 ° C suivi d'une centrifugation à 2000 rpm pendant 3 min. Le surnageant a été recueilli et la densité de la couleur mesurée au spectrophotomètre visible à 540 UV. Le SDS à 1 % a été utilisé comme contrôle positif et le PBS a été utilisé comme contrôle négatif. Le pourcentage d'hémolyse a été calculé selon la formule suivante77 :

Toutes les analyses statistiques ont été exécutées sur le logiciel GraphPad Prism [Version 9.0]. La moyenne ± l'erreur standard (SEM) du contrôle, des MNP et des MENC a été calculée. Une analyse de variance unidirectionnelle (ANOVA) avec le test post hoc de Dunnett a été utilisée pour calculer la différence entre le groupe témoin et les groupes traités par les NP. Barres d'erreur ± SEM *p < 0,05 ; **p < 0,01 ; ***p < 0,001 versus contrôle.

Tous les auteurs ont lu et approuvé la version finale du manuscrit pour examen en vue de sa publication.

Dans la présente étude, nous avons utilisé des techniques sonochimiques et sol-gel pour préparer divers (MFe1.8O4, CoMFe) MNP et core-shell (MFe1.8O4@BTO, CoMFe@BTO,) MENC. L'analyse XRD a confirmé la pureté de tous les produits (MNP et MENC) et la taille moyenne des cristallites des MENC cœur-coquille qui a été évaluée dans la plage de 24 à 45 nm. Les analyses morphologiques (à la fois TEM et SEM) ont révélé les grains sphériques agrégés avec différents degrés d'agglomération avec divers noyaux magnétiques de ferrite spinelle. Les MENC core-shell ont été conçus pour surmonter les inconvénients associés aux MNP en termes d'amélioration physique et biologique. Il a été prouvé que le noyau magnétique recouvert d'une matrice BTO est biocompatible. De plus, l'utilisation des MENC dans le traitement du cancer ne nécessite pas de génération de chaleur qui pourrait potentiellement endommager les tissus sains environnants. Ils peuvent libérer efficacement le médicament dans un protocole contrôlé indépendant des changements physiologiques en présence d'un champ magnétique. Nous avons également évalué l'impact biologique des MNP (MFe1.8O4, CoMFe) et des MECN core-shell (MFe1.8O4@BTO, CoMFe@BTO) sur les lignées cellulaires normales HEK-293 et ​​cancéreuses HCT-116 par dosage MTT et coloration DAPI. . Après 48 h de traitement, les résultats du test MTT ont montré que la ferrite mixte magnétique dure CoMFe (M = Ni, Cu, Mg, Mn, Zn) présentait un effet anti-prolifératif. Il était très observable sur les cellules cancéreuses du côlon HCT-116 où la réduction significative était évidente en CoMnFe avec spiring les cellules normales. Chaque NC CoFe2O4 et MnFe2O4 ont révélé un effet toxique pour les deux lignées cellulaires tandis que les NC CoMnFe présentaient une action anticancéreuse sélective sur les cellules cancéreuses colorectales en raison de l'effet synergique des métaux et des différences de structure électronique. Par conséquent, les NC CoNiFe possèdent un effet hautement toxique pour les deux lignées cellulaires, il n'est donc pas recommandé dans les applications biomédicales. Le revêtement des MNP avec une couche de BTO biocompatible réduit l'effet pro-apoptotique du noyau magnétique. Les MENC ont éliminé le contact direct des MNP non revêtus avec les cellules, ce qui a ravivé la toxicité des MNP. L'effet hémolytique des globules rouges des NP a varié d'effet non hémolytique à faiblement hémolytique. Cet effet qui pourrait être attribué à la charge de surface du potentiel zêta, le CoMnFe possède le potentiel zêta stable et le plus bas par rapport à CoFe2O4 et MnFe2O4. Aussi, à l'effet protecteur de la coque. D'autres examens sont nécessaires pour étudier l'effet cellulaire dans différents temps d'incubation, concentrations, et pour assurer la cytocompatibilité et la cancérogénicité des MNP et des MENC. Cette étude a été menée et appliquée in vitro, il est donc fortement recommandé de l'appliquer dans de futures études in vivo. Développer des matériaux magnétoélectriques de haute qualité, avec une structure, une morphologie, une taille de particules, des charges de surface et une dénaturation minimale appropriées avec le plus faible effet cytotoxique est un plan exigeant pour les médicaments anticancéreux et les vecteurs de médicaments. Ainsi, l'utilisation de certaines formulations avec du BTO est une stratégie prometteuse ciblant le cancer.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont disponibles dans ce manuscrit.

Longo, R., Gorrasi, G. & Guadagno, L. Systèmes à base de nanoparticules sensibles aux stimuli électromagnétiques pour les applications biomédicales : avancées récentes et perspectives futures. Nanomatériaux 11, 848 (2021).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Xie, S., Ma, F., Liu, Y. & Li, J. Multiferroïque CoFe2O4–Pb (Zr0.52Ti0.48)O3 nanofibres noyau-enveloppe et leur couplage magnétoélectrique. Nanoscale 3, 3152–3158 (2011).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Rodzinski, A. et al. Administration et libération ciblées et contrôlées de médicaments anticancéreux avec des nanoparticules magnétoélectriques. Sci. Rep. 6, 1–14 (2016).

Article CAS Google Scholar

Yang, M. & Brackenbury, WJ Potentiel membranaire et progression du cancer. Devant. Physiol. 4, 185 (2013).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Redmann, K., Müller, V., Tanneberger, S. et Kalkoff, W. Le potentiel membranaire des cellules tumorales ovariennes primaires in vitro et sa dépendance au cycle cellulaire. Acta Biol. Méd. Ger. 28, 853–856 (1972).

CAS PubMed Google Scholar

Marmo, AA, Morris, DM, Schwalke, MA, Iliev, IG et Rogers, S. Mesures du potentiel électrique dans le cancer du sein humain et les lésions bénignes. Tumeur Biol. 15, 147-152 (1994).

Article Google Scholar

Qiu, H., Joshi, RP & Pradhan, A. Simulation de l'amélioration de l'électroporation cellulaire à base de nanoparticules pour des applications biomédicales. J. Appl. Phys. 116, 184701 (2014).

Article ADS CAS Google Scholar

Rajabi, AH, Jaffe, M. & Arinzeh, TL Matériaux piézoélectriques pour la régénération tissulaire : Une revue. Acta Biomater. 24, 12–23 (2015).

Article CAS PubMed Google Scholar

Prokhorov, E. et al. Chitosan-BaTiO3 piézopolymère nanostructuré pour l'ingénierie tissulaire. Colloïdes Surf. B Biointerfaces 196, 111296 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Ciofani, G. et al. Effets des nanoparticules de titanate de baryum sur la prolifération et la différenciation des cellules souches mésenchymateuses de rat. Colloïdes Surf. B Biointerfaces 102, 312–320 (2013).

Article CAS PubMed Google Scholar

Ciofani, G., Ricotti, L. & Mattoli, V. Préparation, caractérisation et test in vitro de composites de nanoparticules d'acide poly (lactique-co-glycolique) / titanate de baryum pour une prolifération cellulaire améliorée. Biomédical. Microdispositifs 13, 255–266 (2011).

Article CAS PubMed Google Scholar

Amiri, M., Salavati-Niasari, M. & Akbari, A. Nanoporteurs magnétiques : évolution des ferrites de spinelle pour des applications médicales. Adv. Interface colloïdale Sci. 265, 29–44 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Somvanshi, SB, Kharat, PB et Jadhav, KM Nanoparticules de ferrite Zn-Mg superparamagnétiques fonctionnalisées en surface pour une application d'hyperthermie magnétique vers un traitement non invasif du cancer. Macromol. Symp. 400, 2100124 (2021).

Article CAS Google Scholar

Somvanshi, SB et al. Protocole d'extraction d'ARN viral assisté par particules nano-magnétiques multifonctionnelles pour la détection potentielle de COVID-19. Mater. Rés. Innov. 25, 169-174 (2021).

Article CAS Google Scholar

Kharat, PB, Somvanshi, SB, Khirade, PP & Jadhav, KM Analyse par chauffage par induction de CoFe2O4 à l'échelle nanométrique fonctionnalisée en surface pour l'hyperthermie du fluide magnétique vers un traitement non invasif du cancer. ACS Oméga 5, 23378–23384 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rafique, M. Étude des propriétés magnétoélectriques des couches minces multiferroïques et des composites pour les applications de dispositifs (COMSATS Institute of Information Technology Lahore Campus-Pakistan, 2015).

Google Scholar

Mathew, DS et Juang, R.-S. Un aperçu de la structure et du magnétisme des nanoparticules de ferrite spinelle et de leur synthèse en microémulsions. Chim. Ing. J. 129, 51–65 (2007).

Article CAS Google Scholar

Andersen, HL et al. Relation structure-propriété cristalline et magnétique dans les nanoparticules de ferrite spinelle. Nanoscale 10, 14902–14914 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Tatarchuk, T., Bououdina, M., Vijaya, JJ & Kennedy, LJ Nanoparticules de ferrite de spinelle : synthèse, structure cristalline, propriétés et applications en perspective. Dans Conférence internationale sur les nanotechnologies et les nanomatériaux 305–325 (2016).

Andrade, RGD, Veloso, SRS & Castanheira, EMS Mise en forme de nanoparticules magnétiques anisotropes à base d'oxyde de fer : synthèse et applications biomédicales. Int. J. Mol. Sci. 21, 2455 (2020).

Article CAS PubMed Central Google Scholar

Salmani, MM et al. Effets synergiques des nanoparticules magnétiques sur la thérapie basée sur l'hyperthermie et l'administration contrôlée de médicaments pour l'application de substituts osseux. J. Supercond. Roman Mag. 33, 2809–2820 (2020).

Article CAS Google Scholar

Fan, H. et al. Un nanoporteur silice-CoFe2O4 de morphologie fibreuse pour l'administration de médicaments anticancéreux. Céram. Int. 44, 2345-2350 (2018).

Article CAS Google Scholar

Farzin, A., Etesami, SA, Quint, J., Memic, A. & Tamayol, A. Nanoparticules magnétiques dans le traitement et le diagnostic du cancer. Adv. Santéc. Mater. 9, 1901058 (2020).

Article CAS Google Scholar

José, J. et al. Nanoparticules magnétiques pour l'hyperthermie dans le traitement du cancer : un outil émergent. Environ. Sci. Pollution. Rés. 27, 19214–19225 (2020).

Article Google Scholar

Suleman, M. & Riaz, S. Étude 3D in silico de l'hyperthermie par fluide magnétique d'une tumeur mammaire à l'aide de nanoparticules magnétiques Fe3O4. J. Therm. Biol. 91, 102635 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Rajan, A. & Sahu, NK Examen de l'hyperthermie médiée par les nanoparticules magnétiques pour le traitement du cancer. J. Nanopart. Rés. 22, 1–25 (2020).

Article CAS Google Scholar

Garanina, AS et al. L'hyperthermie des nanoparticules magnétiques à température contrôlée inhibe la croissance tumorale primaire et la dissémination des métastases. Nanomed. Nanotechnologie. Biol. Méd. 25, 102171 (2020).

Article CAS Google Scholar

Khizar, S. et al. Nanoparticules de CoFe2O4 recouvertes d'aminodextrane pour l'imagerie par résonance magnétique et l'hyperthermie combinées. Nanomatériaux 10, 2182 (2020).

Article CAS PubMed Central Google Scholar

Urbán, P., Liptrott, NJ et Bremer, S. Vue d'ensemble de la compatibilité sanguine des nanomédicaments : une analyse des tendances des études in vitro et in vivo. Wiley Interdiscip. Rév. Nanomed. Nanobiotechnologie. 11, e1546 (2019).

Article PubMed CAS Google Scholar

Choi, J., Reipa, V., Hitchins, VM, Goering, PL & Malinauskas, RA Caractérisation physicochimique et évaluation de l'hémolyse in V itro des nanoparticules d'argent. Toxicol. Sci. 123, 133-143 (2011).

Article CAS PubMed Google Scholar

Kanagesan, S. et al. Caractéristiques et cytotoxicité des nanoparticules magnétiques sur les cellules cancéreuses du sein. J. Optoélectron. Adv. Mater. 6, 41-50 (2014).

Google Scholar

Tomitaka, A., Hirukawa, A., Yamada, T., Morishita, S. & Takemura, Y. Biocompatibilité de diverses nanoparticules de ferrite évaluées par des tests de cytotoxicité in vitro utilisant des cellules HeLa. J. Magn. Magn. Mater. Rév.321, 1482–1484 (2009).

Article ADS CAS Google Scholar

Leung, KC-F. & Wang, Y.-XJ Mn–Fe nanofils vers le marquage cellulaire et l'imagerie par résonance magnétique. Dans Nanowires Science and Technology 331–344 (InTecH Croatie, 2010)

Kanagesan, S. et al. Évaluation des activités antioxydantes et cytotoxiques de nanoparticules de ferrite de cuivre (CuFe2O4) et de ferrite de zinc (ZnFe2O4) synthétisées par la méthode d'auto-combustion sol-gel. Appl. Sci. 6, 184 (2016).

Article CAS Google Scholar

Khanna, L. & Verma, NK Synthèse, caractérisation et étude de cytotoxicité in vitro de nanoparticules de ferrite de calcium. Mater. Sci. Semicond. Processus. 16, 1842–1848 (2013).

Article CAS Google Scholar

Nawaz, M. et al. Exploration des activités catalytiques et cytotoxiques des nanoparticules CaxMgxNi1-2xFe2O4. J. Photochem. Photobiol. B Biol. 196, 111506 (2019).

Article CAS Google Scholar

Somvanshi, SB, Khedkar, MV, Kharat, PB & Jadhav, KM Substitution influente d'ions magnésium diamagnétique (Mg2+) dans la ferrite de zinc nano-spinelle (ZnFe2O4) : analyses thermiques, structurelles, spectrales, optiques et de physisorption. Céram. Int. 46, 8640–8650 (2020).

Article CAS Google Scholar

Bharati, VA et al. Influence de la co-substitution AleCr trivalent sur les propriétés structurales, morphologiques et Mossbauer des nanoparticules de ferrite de nickel. J. Alliages Compd. 821, 153501 (2020).

Article CAS Google Scholar

Humbe, AV, Kounsalye, JS, Somvanshi, SB, Kumar, A. & Jadhav, KM Etudes de la distribution des cations, des interactions magnétiques et hyperfines des ferrites spinelles Ni – Zn : rôle de la substitution des ions Jahn Teller (Cu2+). Mater. Adv. 1, 880–890 (2020).

Article CAS Google Scholar

Khirade, PP, Chavan, AR, Somvanshi, SB, Kounsalye, JS & Jadhav, KM Réglage des propriétés physiques de nanocristaux de ferrite de spinelle Mg – Zn multifonctionnels : études comparatives fabriquées via la céramique conventionnelle par rapport à la voie de combustion sol-gel de l'approche verte. Mater. Rés. Express 7, 116102 (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Slimani, Y. et al. Etude sur l'ajout de nanofils de SiO2 à BaTiO3 : Structure, morphologie, propriétés électriques et diélectriques. J.Phys. Chim. Solides 156, 110183 (2021).

Article CAS Google Scholar

Upadhyay, RH, Argekar, AP & Deshmukh, RR Caractérisation, comportement diélectrique et électrique de nanoparticules de BaTiO3 préparées via de l'isopropoxyde de triéthanolaminato de titane (IV) et de l'hydroxyde de baryum hydraté. Taureau. Mater. Sci. 37, 481–489 (2014).

Article CAS Google Scholar

Shahzad, K. et al. Nanoparticules noyau-enveloppe magnétoélectriques CoFe2O4@ BaTiO3 contrôlées par le champ comme vecteurs de médicaments efficaces et libération de médicaments in vitro. Mater. Sci. Ing. C 119, 111444 (2021).

Article CAS Google Scholar

Król, A., Pomastowski, P., Rafińska, K., Railean-Plugaru, V. & Buszewski, B. Nanoparticules d'oxyde de zinc : synthèse, activité antiseptique et mécanisme de toxicité. Adv. Interface colloïdale Sci. 249, 37-52 (2017).

Article PubMed CAS Google Scholar

Clogston, JD & Patri, AK Caractérisation de nanoparticules destinées à l'administration de médicaments. Méthodes Mol. Biol. 697, 71-82 (2011).

CAS Google Scholar

Gai, X. et al. Une nouvelle méthode d'évaluation de la biocompatibilité dynamique des biomatériaux dégradables basée sur l'analyse cellulaire en temps réel. Régénérer. Biomatière. 7, 321–329 (2020).

Article CAS Google Scholar

Gupta, AK, Naregalkar, RR, Vaidya, VD & Gupta, M. Progrès récents sur l'ingénierie de surface des nanoparticules d'oxyde de fer magnétique et leurs applications biomédicales. Future Med. (2007)

Mazario, E. et al. Propriétés d'hyperthermie magnétique des nanoparticules de ferrite de cobalt électrosynthétisées. J.Phys. Chim. C 117, 11405-11411 (2013).

Article CAS Google Scholar

Balakrishnan, PB et al. Exploitation d'un alignement unique de nanoparticules de ferrite de cobalt, d'une légère hyperthermie et d'une toxicité intrinsèque contrôlée du cobalt pour le traitement du cancer. Adv. Mater. 32, 2003712 (2020).

Article CAS Google Scholar

Rao, BN et al. Étude des propriétés magnétoélectriques et de la biocompatibilité des nanoparticules cœur-enveloppe CoFe2O4-BaTiO3 pour des applications biomédicales. J. Appl. Phys. 122, 164102 (2017).

Article ADS CAS Google Scholar

Hsiao, IL, Hsieh, Y.-K., Wang, C.-F., Chen, I.-C. & Huang, Y.-J. Mécanisme du cheval de Troie dans l'absorption cellulaire des nanoparticules d'argent vérifié par analyse directe intra et extracellulaire de la spéciation de l'argent. Environ. Sci. Technol. 49, 3813–3821 (2015).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Ahamed, M., Akhtar, MJ, Majeed Khan, MA, Alhadlaq, HA & Alshamsan, A. Les nanoparticules d'oxyde de fer de cobalt induisent la cytotoxicité et régulent les gènes apoptotiques via les ROS dans les cellules hépatiques humaines (HepG2). Colloïdes Surf. B Biointerfaces 148, 665–673. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2016.09.047 (2016).

Article CAS PubMed Google Scholar

Kanagesan, S. et al. Synthèse, caractérisation et évaluation in vitro de nanoparticules de ferrite de manganèse (MnFe2O4) pour leur biocompatibilité avec les cellules cancéreuses mammaires murines (4T1). Molécules 21, 312 (2016).

Article PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Ahamed, M. Réponse toxique des nanoparticules de nickel dans les cellules A549 épithéliales pulmonaires humaines. Toxicol. Vitro 25, 930–936 (2011).

Article CAS Google Scholar

Freitas, M., Barcellos-de-Souza, P., Barja-Fidalgo, C. & Fernandes, E. Le nickel induit l'apoptose chez les neutrophiles humains. Biométaux 26, 13–21.

Article CAS PubMed Google Scholar

Jacob, J., More, N., Kalia, K. & Kapusetti, G. Biomatériaux intelligents piézoélectriques pour l'ingénierie des tissus osseux et cartilagineux. Inflamm. Régénérer. 38, 1–11 (2018).

Article CAS Google Scholar

More, N. & Kapusetti, G. Matériau piézoélectrique - une approche prometteuse pour la régénération osseuse et cartilagineuse. Méd. Hypothèses 108, 10-16 (2017).

Article CAS PubMed Google Scholar

Genchi, GG, Marino, A., Rocca, A., Mattoli, V. & Ciofani, G. Nanoparticules de titanate de baryum : vecteurs multitâches prometteurs en nanomédecine. Nanotechnologie 27, 232001 (2016).

Article ADS PubMed CAS Google Scholar

Invitrogen, DAPI Nucleic Acid Stain (Molecular Probes Inc, 2006).

Google Scholar

Klimaszewska-Wisniewska, A. et al. Paclitaxel et le flavonoïde alimentaire fisétine : une combinaison synergique qui induit une catastrophe mitotique et la mort cellulaire autophagique dans les cellules cancéreuses pulmonaires non à petites cellules A549. Cancer Cell Int. 16, 1–23 (2016).

Article CAS Google Scholar

Ahamed, M. et al. Apoptose médiée par le stress oxydatif induite par des nanoparticules de ferrite de nickel dans des cellules A549 en culture. Toxicologie 283, 101-108 (2011).

Article CAS PubMed Google Scholar

Alhadlaq, HA, Akhtar, MJ & Ahamed, M. Cytotoxicité induite par les nanoparticules de ferrite de zinc et stress oxydatif dans différentes cellules humaines. Cell Biosci. 5, 1–11 (2015).

Article CAS Google Scholar

Ahamed, M., Akhtar, MJ, Alhadlaq, HA et Alshamsan, A. Cytotoxicité induite par les nanoparticules de ferrite de cuivre et stress oxydatif dans les cellules MCF-7 du cancer du sein humain. Colloïdes Surf. B Biointerfaces 142, 46–54 (2016).

Article CAS PubMed Google Scholar

Zhao, Y. et al. Interaction des nanoparticules mésoporeuses de silice avec les membranes des globules rouges humains : effets de taille et de surface. ACS Nano 5, 1366-1375 (2011).

Article CAS PubMed Google Scholar

Shubayev, VI, Pisanic II, TR & Jin, S. Nanoparticules magnétiques pour les théragnostiques. Adv. Déliv. Rév. 61, 467–477 (2009).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Fröhlich, E. Le rôle de la charge de surface dans l'absorption cellulaire et la cytotoxicité des nanoparticules médicales. Int. J. Nanomed. 7, 5577 (2012).

Article Google Scholar

Nel, A., Xia, T., Mädler, L. & Li, N. Potentiel toxique des matériaux au niveau nanométrique. Sciences 311, 622–627 (2006).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Wang, F., Salvati, A. & Boya, P. Mort cellulaire dépendante du lysosome et autophagie dérégulée induite par des nanoparticules de polystyrène modifiées par une amine. Ouvrez Biol. 8, 170271 (2018).

Article PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Ibrahim, I., Ali, IO, Salama, TM, Bahgat, AA & Mohamed, MM Synthèse de nanocristaux de ferrite spinelle magnétiquement recyclables (MFe2O4, M = Zn Co, Mn) conçus par la technologie sol gel-hydrothermique : hautes performances catalytiques pour les nitroarènes réduction. Appl. Catal. B Environ. 181, 389–402 (2016).

Article CAS Google Scholar

Dutta, V. et al. Revue sur l'augmentation de l'activité photocatalytique de CoFe2O4 via la formation d'hétérojonctions pour la photocatalyse des polluants organiques dans l'eau. J. Saudi Chem. Soc. 23, 1119-1136 (2019).

Article CAS Google Scholar

Albuquerque, AS et al. Ferrites nanostructurées : analyse structurale et activité catalytique. Céram. Int. 38, 2225-2231 (2012).

Article CAS Google Scholar

Manikandan, A., Sridhar, R., Arul Antony, S. & Ramakrishna, S. Une simple micro-onde extraite d'une plante d'aloe vera et une synthèse par combustion conventionnelle : propriétés morphologiques, optiques, magnétiques et catalytiques des nanostructures de CoFe2O4. J. Mol. Structure. 1076, 188-200 (2014).

Article ADS CAS Google Scholar

Jacobs, J.-P. et coll. La surface des spinelles catalytiquement actifs. J.Catal. 147, 294–300 (1994).

Article CAS Google Scholar

Zhang, M. et al. Activité catalytique des ferrates (NiFe2O4, ZnFeO4 et CoFe2O4) sur la décomposition thermique du perchlorate d'ammonium. Propulseurs Explosifs Pyrotech. 45, 463–471 (2020).

Article CAS Google Scholar

Rehman, S. et al. Synthèse ultrasonore et application biomédicale de nanoparticules Mn0.5Zn0.5ErxYxFe2−2xO4. Biomolécules 11, 703 (2021).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Shivashankarappa, A. & Sanjay, KR Synthèse à base d'Escherichia coli de nanoparticules de sulfure de cadmium, caractérisation, études antimicrobiennes et de cytotoxicité. Braz. J. Microbiol. 51, 939–948 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Amin, K. & Dannenfelser, R.-M. Hémolyse in vitro : Conseils pour le scientifique pharmaceutique. J.Pharm. Sci. 95, 1173-1176 (2006).

Article CAS PubMed Google Scholar

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Les auteurs reconnaissent les installations accessibles fournies par l'Institut de recherche et de consultations médicales (IRMC) de l'Université Imam Abdulrahman Bin Faisal (Dammam, Arabie saoudite).

Programme de maîtrise en nanotechnologie, Institut de recherche et de consultations médicales (IRMC), Université Imam Abdulrahman Bin Faisal, PO Box 1982, Dammam, 31441, Arabie saoudite

Tahani M. Alfareed

Département de biophysique, Institut de recherche et de consultations médicales (IRMC), Université Imam Abdulrahman Bin Faisal, PO Box 1982, Dammam, 31441, Arabie saoudite

Yassine Slimani & Munirah A. Almessière

Département de physique, Collège des sciences, Université Imam Abdulrahman Bin Faisal, PO Box 1982, Dammam, 31441, Arabie saoudite

Munirah A. Almessière

Département de recherche en nanomédecine, Institut de recherche et de consultations médicales (IRMC), Université Imam Abdulrahman Bin Faisal, PO Box 1982, Dammam, 31441, Arabie saoudite

Muhammad Nawaz et Abdulhadi Baykal

Département des cellules souches, Institut de recherche et de consultations médicales (IRMC), Université Imam Abdulrahman Bin Faisal, PO Box 1982, Dammam, 31441, Arabie saoudite

Firdos A. Khan

Département de biologie, Collège des sciences et Institut de recherche et de consultations médicales (IRMC), Université Imam Abdulrahman Bin Faisal, PO Box 1982, Dammam, 31441, Arabie saoudite

Ebtesam A. Al-Suhaimi

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Conceptualisation, YS et MAA ; Méthodologie, YS, MAA et FAK ; Analyse formelle, enquête TMA, TMA, YS, MAA, FAK et EAA ; Ressources, MAA, YS et FAK ; Rédaction—ébauche originale, TMA, YS, MAA et FAK ; Rédaction—révision et édition, YS, MAA, EAA, FAK et AB ; Visualisation, TMA et MN ; Supervision, MAA, YS, FAK et EAA Tous les auteurs ont lu et approuvé la version finale du manuscrit.

Correspondance à Ebtesam A. Al-Suhaimi.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Alfareed, TM, Slimani, Y., Almessiere, MA et al. Étude de la biocompatibilité et de l'activité anticancéreuse colorectale des ferrites spinelles nanométriques revêtues de BaTiO3. Sci Rep 12, 14127 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-18306-5

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Reçu : 08 mai 2022

Accepté : 09 août 2022

Publié: 19 août 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-18306-5

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