İnsan karaciğer kanser hücrelerinde (HepG2) yeni sentezlenmiş gözenek boyutları farklı mezogözenekli silika nanotüplerin in vitro toksisitelerinin araştırılması

Abstract

Nanoteknoloji son yıllarda insan hücresinden daha küçük olan nanomateryallerin gıda, kozmetik, savunma sanayi ve ilaç sanayi gibi birçok alanda kullanılmasıyla önem kazanmıştır. Sağlık alanında başta kanser olmak üzere birçok hastalığın teşhis ve tedavisinde yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Ancak büyüklükleri ve içerikleri nedeniyle bu malzemeler toksik olabiliyor ve insan sağlığı açısından risk oluşturabiliyor. Bu çalışmada, yeni bir yöntemle sentezlenen ve polietilen glikol 6000 (PEG6000) ve polietilen glikol 35000 (PEG35000)'den yapılan, farklı gözenek boyutlarına sahip mezogözenekli silikon dioksit (SiO2) nanopartiküllerinin HepG2 hücreleri karaciğer karsinomu hücreleri üzerinde sitotoksik etkileri test edildi. Ek olarak, mezogözenekli silika nanotüplerin lipid peroksidasyonu ve reaktif oksijen türleri (ROS) üzerindeki etkileri de incelenmiştir. Her iki tip mezogözenekli SiO2 nanopartikülünün sitotoksisitesinin artan konsantrasyonla arttığı bulunmuştur. Nanopartiküllerin dozajı (100-10 μg/mL) arttıkça hücre canlılığı önemli ölçüde azaldı. Her iki nanopartikül de 50 µg/mL'ye kadar olan konsantrasyonlarda sitotoksik değildi ancak daha yüksek konsantrasyonlarda sitotoksik hale geldi (p<0.05). Daha yüksek konsantrasyonlardaki toksik etkinin, artan hücre içi SiO2 konsantrasyonlarından kaynaklandığı düşünülmektedir. Sonuçlar, bu nanomateryallerin hem güvenli, hem ucuz hem de sentezlenmesi kolay olması nedeniyle belirli konsantrasyonlarda iyi bir ilaç taşıyıcısı olarak kullanılabileceğini gösterdi.

Keywords

• Sitotoksisite
• HepG2 hücre hattı
• Mezogözenekli silika
• Polietilen glikol

Investigation of in vitro toxicity of newly synthesized mesoporous silica nanotubes with different pore sizes in human liver cancer cells (HepG2)

Abstract

Nanotechnology has gained importance in recent years with the use of nanomaterials smaller than human cells in many areas such as food, cosmetics, defense industry and pharmaceutical industry. It has begun to be widely used in the field of health in the diagnosis and treatment of many diseases, especially cancer. However, due to their size and content, these materials can be toxic and pose a risk to human health. In this study, the cytotoxic effects of mesoporous silicon dioxide (SiO2) nanoparticles with different pore sizes, synthesized using a new method and made from polyethylene glycol 6000 (PEG6000) and polyethylene glycol 35000 (PEG35000) were tested on HepG2 cells liver carcinoma cells. Additionally, the effects of mesoporous silica nanotubes on lipid peroxidation and reactive oxygen species (ROS) were also examined. It was found that the cytotoxicity of both types of mesoporous SiO2 nanoparticles increased with rising concentration. Cell viability decreased significantly as the nanoparticles dosage (100-10 μg/mL) increased. Both nanoparticles were not cytotoxic at concentrations up to 50 µg/mL, however, they became cytotoxic at higher concentrations (p<0.05). The toxic effect at higher concentrations is thought to be due to increased intracellular SiO2 concentrations. The results indicated that these nanomaterials can be used as a good drug carrier at certain concentrations because they are both safe, inexpensive and easy to synthesize.

Keywords

• Cytotoxicity
• HepG2 cell line
• Mesoporous silica
• Polyethylene glycol

References

1. IARC Working Group. Silica Dust, Crystallıne, in The Form Of Quartz Or Cristobalite. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK304370/ (accessed 10.08.2024).
2. Güler, E.; Uğur, G.; Uğur, Ş.; Güler, M. Chin. J. Phys. 2020, 65, 472-480.
3. Zhang, F.-F.; Wan, Q.; Li, C.-X.; Wang, X.-L.; Zhu, Z.-Q.; Xian, Y.-Z.; Jin, L.-T.; Yamamoto, K. Anal Bioanal Chem Res 2004, 380 (4), 637-642.
4. Lin, W.; Huang, Y.-w.; Zhou, X.-D.; Ma, Y. Toxicol Appl Pharmacol 2006, 217 (3), 252-259.
5. Cicha, I.; Priefer, R.; Severino, P.; Souto, E. B.; Jain, S. Biomolecules 2022, 12 (9), 1198-1198.
6. Pollard, K. M. Front. immunol. 2016, 7.
7. Mossman, B. T.; Glenn, R. E. Crit. Rev. Toxicol. 2013, 43 (8), 632-660.
8. Leung, C. C.; Yu, I. T. S.; Chen, W. Lancet 2012, 379 (9830), 2008-2018.

9. Peters, K.; Unger, R. E.; Kirkpatrick, C. J.; Gatti, A. M.; Monari, E. J. Mater. Sci.: Mater. Med. 2004, 15 (4), 321-325.
10. Chen, Y.; Chen, J.; Dong, J.; Jin, Y. Toxicol. Ind. Health. 2004, 20 (1-5), 21-27.
11. Chen, M.; Vonmikecz, A. Exp. Cell Res. 2005, 305 (1), 51-62.
12. Xie, G.; Sun, J.; Zhong, G.; Shi, L.; Zhang, D. Arch Toxicol 2010, 84 (3), 183-190.
13. Chauhan, S.; Manivasagam, G.; Kumar, P.; Ambasta, R. K. Pharm. Nanotechnol. 2019, 6 (4), 245-252.
14. Kim, I. Y.; Kwak, M.; Kim, J.; Lee, T. G.; Heo, M. B. Nanomaterials (Basel) 2022, 12 (6).
15. Valic, M. S.; Zheng, G. Theranostics 2019, 9 (11), 3365-3387.
16. Wang, J.; Shen, Y.; Bai, L.; Lv, D.; Zhang, A.; Miao, F.; Tang, M.; Zhang, J. Colloids Surf B Biointerfaces 2014, 116, 334-42.
17. Yang, X.; Liu, J.; He, H.; Zhou, L.; Gong, C.; Wang, X.; Yang, L.; Yuan, J.; Huang, H.; He, L.; Zhang, B.; Zhuang, Z. Part Fibre Toxicol 2010, 7, 1.
18. Wang, H.; Joseph, J. A. Free Radic Biol Med 1999, 27 (5-6), 612-6.
19. Jain, S. K.; McVie, R.; Duett, J.; Herbst, J. J. Diabetes 1989, 38 (12), 1539-43.
20. Dubey, R. S.; Rajesh, Y. B. R. D.; More, M. A. Mater. Today 2015, 2 (4-5), 3575-3579.
21. Liang, H.; Jin, C.; Tang, Y.; Wang, F.; Ma, C.; Yang, Y. J Appl Toxicol 2014, 34 (4), 367-72.
22. Lison, D.; Thomassen, L. C.; Rabolli, V.; Gonzalez, L.; Napierska, D.; Seo, J. W.; Kirsch-Volders, M.; Hoet, P.; Kirschhock, C. E.; Martens, J. A. Toxicol Sci 2008, 104 (1), 155-62.
23. Napierska, D.; Thomassen, L. C.; Rabolli, V.; Lison, D.; Gonzalez, L.; Kirsch-Volders, M.; Martens, J. A.; Hoet, P. H. Small 2009, 5 (7), 846-53.
24. Jin, Y.; Kannan, S.; Wu, M.; Zhao, J. X. Chem Res Toxicol 2007, 20 (8), 1126-33.
25. Lin, W.; Huang, Y. W.; Zhou, X. D.; Ma, Y. Toxicol Appl Pharmacol 2006, 217 (3), 252-9.
26. Okła, E.; Białecki, P.; Kędzierska, M.; Pędziwiatr-Werbicka, E.; Miłowska, K.; Takvor, S.; Gómez, R.; de la Mata, F. J.; Bryszewska, M.; Ionov, M. Int J Mol Sci 2023, 24 (7).
27. Pérez-Garnes, M.; Gutiérrez-Salmerón, M.; Morales, V.; Chocarro-Calvo, A.; Sanz, R.; García-Jiménez, C.; García-Muñoz, R. A. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2020, 112, 110935.
28. Gupta, A. K.; Gupta, M. Biomaterials 2005, 26 (18), 3995-4021.
29. Ulusal, H.; Ulusal, F.; Bozdayi, M. A.; Guzel, B.; Taysi, S.; Tarakcioglu, M. Int. J. Chem. Technol 2022.
30. Li, X.; Kang, B.; Eom, Y.; Zhong, J.; Lee, H. K.; Kim, H. M.; Song, J. S. Sci Rep 2022, 12 (1), 155.