Μαγνητο-μηχανική επίδραση μαγνητικών νανοσωματιδίων σε καρκινικά κύτταρα
Creators: name: Καρυπίδου, Νικολέττα Ευσταθίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Μαγνητικά νανοσωματίδια
Καρκινικά κύτταρα
Αποδόμηση
Magnetic nanoparticles
HT29 cancer cells
Degradation

description: Τα μαγνητο-μηχανικά και συναφή φαινόμενα που εμφανίζονται από μαγνητικά νανοσωματίδια οξειδίων του σιδήρου (ΙΟΝΡs) σε ένα εξωτερικά εφαρμοζόμενο μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον εξαιτίας των υποσχόμενων εφαρμογών τους στη νανοϊατρική, ιδιαίτερα στην καταστροφή καρκινικών κυττάρων. Αν και πολυάριθμες μελέτες επικεντρώνονται στην επίδραση της μαγνητο-μηχανικής ενεργοποίησης σε διάφορους τύπους καρκινικών κυττάρων επωασμένων με μαγνητικά νανοσωματίδια, οι περισσότερες από αυτές όχι μόνο δεν καταλήγουν σε ομόφωνα συμπεράσματα, αλλά συχνά είναι αντιφατικές. Μια βασική αιτία γι’αυτό, αποτελεί η αδυναμία να προσδιοριστούν και να συγκριθούν με ακρίβεια βασικές πειραματικές παράμετροι όπως η τοπική ένταση, συχνότητα, και βαθμίδα του εφαρμοζόμενου μαγνητικού πεδίου, ο χρόνος έκθεσης του δείγματος σε αυτό, ο τύπος των κυττάρων κ.α. Επιπλέον, παρά το γεγονός ότι η τοξικότητα των IONPs έχει μελετηθεί σε σημαντικό βαθμό, οι γνώσεις μας για τους ακριβείς μηχανισμούς και παράγοντες που διέπουν τις διεργασίες αποδόμησής τους μετά την ενδοκυττάρωσή τους, είναι ακόμη ελλιπείς. Το ζήτημα αυτό, είναι εξαιρετικά σημαντικό όχι μόνο σε επίπεδο μελέτης της τοξικότητάς τους, αλλά επίσης για την αξιολόγηση της ανθεκτικότητας των φυσικοχημικών και μαγνητικών τους ιδιοτήτων, η οποία είναι απαραίτητη για την αποτελεσματική εφαρμογή αυτών των υλικών σε ιατρικές πρακτικές, ωστόσο διακυβεύεται από την αλληλεπίδραση των IONPs με το περιβάλλον τόσο σε επίπεδο κυττάρου όσο και σε επίπεδο οργανισμού. Με βάση τα παραπάνω, στην παρούσα εργασία εξετάζεται αρχικά πώς μεταβλητά ως προς τη συχνότητα, το πλάτος και τη βαθμίδα μαγνητικά πεδία πιθανώς επηρεάζουν την ανάπτυξη ενός τύπου καρκινικών κυττάρων της κολονικής καρκινικής σειράς ανθρώπινης προέλευσης ΗΤ29, επωασμένα με εμπορικά μαγνητικά νανοσωματίδια μαγνητίτη διαφορετικών μεγεθών (100, 200 nm). Έπειτα αναζητάται ένα πρωτόκολλο για τη μελέτη της σταθερότητας των νανοσωματιδίων ως προς τις μαγνητικές τους ιδιότητες μέσα στο όξινο βιολογικό περιβάλλον στο οποίο εκτίθενται και μπορεί να προκαλέσει τη χημική τους διάβρωση, το οποίο προσομοιώνεται με τη βοήθεια ρυθμιστικών διαλυμάτων κιτρικών. Τα αποτελέσματά μας αναδεικνύουν την πολυπαραγοντική φύση των κυτταρικών αποκρίσεων σε εξωτερικά μαγνητικά πεδία, καθώς και την αναγκαιότητα συστηματοποίησης της μελέτης της επίδρασης τόσο των παραμέτρων του εκάστοτε μαγνητικού πεδίου στη βιωσιμότητα των καρκινικών κυττάρων, όσο και των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών των χρησιμοποιούμενων νανοσωματιδίων, ώστε, τελικά, τα αποτελέσματα τέτοιων ερευνητικών εγχειρημάτων να καθίστανται συγκρίσιμα και να μπορούν να χρησιμοποιηθούν προς την ανάπτυξη κατάλληλων μοντέλων πρόβλεψης της κυτταρικής συμπεριφοράς υπό την εφαρμογή εξωτερικών μαγνητικών πεδίων ή/και MNPs.
description: Magneto-mechanical and related phenomena displayed by iron oxide nanoparticles (IONPs) in an applied alternating magnetic field are of great interest due to their promising applications in nanomedicine, especially regarding the eradication of cancer cells. Most studies on the biological effects of magneto-mechanical actuation of endocytosed IONPs in various cell lines are often contradictory. This inconsistency could be due to the inability to accurately define and compare basic experimental magnetic field parameters such as field intensity, frequency and gradient, sample exposure time and cell type etc. Moreover, although the toxicity of IONPs has been reported, the exact mechanisms and factors governing their degradation are still lacking. This is of great importance not only in terms of toxicity, but also to evaluate the durability of their physicochemical properties with emphasis on their responsivity to magnetic stimuli, which is a fundamental pre-requisite for the implementation of these materials in medical practice, yet it is jeopardized by the IONPs’ interaction with the complex biological environment. Taking all the above into consideration, this thesis examines how variable magnetic fields in terms of frequency, intensity and gradient affect the growth rate of one specific human colon cancer line (HT29), incubated with commercial ferrofluids consisting of a magnetite core with average hydrodynamic sizes of 100 and 200 nm. Additionally, a model for the in vivo degradation of the IONPs is being followed to gain insight on the changes of the magnetic properties of the particles in citrate buffers which mimic the lysosomal conditions. Our results reveal the multifactorial nature of cellular responses to applied magnetic fields and IONPs, and outline the necessity of focusing on more controlled and reproducible experimental parameters in order to be able to generate models predicting those responses.