Interactions of cells with nanoparticles for bio-medical applications

Abstract

V posledních letech je na nanočástice nahlíženo jakožto na platformu s velkým aplikačním potenciálem pro biomedicínu. Nanočástice jsou v současnosti používány například jako nosiče léčiv, či jako zobrazovací technika, zcela jistě ale zůstává jejich další potenciál pro biomedicínské účely neodhalený. Pro zjištění aplikačního potenciálu nanočástic a případně i odhalení rizik, které nanočástice představují pro lidské zdraví, je nutné zevrubně prozkoumat interakce nanočástic in vitro. Přestože je různým typům nanočástic věnováno stále více pozornosti, dostupné informace o vztahu nanočástic (a to především ultra-malých nanočásticích s průměrem menším než 5 nm) s biologickými systémy, jsou stále velice limitované. Cílem této práce je poskytnout čtenářovi ucelené informace o interakcích ultra malých nanočástic (na bázi křemíku, zlata a nanodiamantů) s biologickým prostředím a lidskými buňkami. Je zde ukázán vliv těchto nanočástic na různé typy lidských buněk (osteoblasty, monocyty, keratinocyty, mesenchymální kmenové buňky) v závislosti na dávce nanočástic, délce jejich působení na buňky a také na kultivačních podmínkách. Právě kultivační podmínky, specificky přítomnost fetálního bovinního séra v kultivačním médiu, se ukázaly jako zcela zásadní. Nejprve byla studována biokompatibilita dvou různých typů...

In the past decades, nanoparticles have been viewed as a potentially powerful platform for various applications in biomedical sciences. The possible application of nanoparticles varies from drug delivery agents to novel imaging platforms and surely, some application potential still remains hidden. Thus, it is necessary to broadly study their in vitro behavior in order to assess the precise theranostic potential as well as to distinguish possible threats to human health. Even though nanoparticles are getting more and more attention in current research, still only a limited amount of information is available, especially regarding interactions of ultra-small (< 5 nm) nanoparticles with biological environment and cells. The aim of the work presented herein is to provide the reader with information concerning interactions of various ultra-small nanoparticles (silicon-based, gold, nanodiamonds) with biological environment and human cells. Dose- and time-dependent influence of the various nanoparticles on behavior of different human cells (osteoblasts, monocytes, keratinocytes, mesenchymal stem cells) was established under different conditions, stressing out the importance of protein corona (a layer of proteins originating from cultivation medium attached to nanoparticles). Biocompatibility of two...