افزایش سمیت سلولی نانوذرات نقره با اعمال پالس‌های الکتریکی

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، کمیته‌ی تحقیقات دانشجویی و گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی مشهد، مشهد، ایران

2 گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی مشهد، مشهد، ایران

3 کارشناس، مرکز تحقیقات فیزیک پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی مشهد، مشهد، ایران

4 دانشیار، گروه رادیوتراپی، بیمارستان قائم (عج)، دانشگاه علوم پزشکی مشهد، مشهد، ایران

5 دانشیار، گروه فیزیک پزشکی و مرکز تحقیقات فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

مقدمه: الکتروپوریشن یکی از شیوه‌هایی است که بارها برای تحویل دارو به بافت‌های هدف مورد استفاده قرار گرفته است. اعمال پالس‌‌های الکتریکی قوی با ایجاد منافذ موقتی در غشای سلول، می‌تواند قابلیت نفوذ غشا را نسبت به برخی از مولکول‌‌ها افزایش دهد. از طرف دیگر، در حالی که خواص ضد میکروبی چشمگیر نانوذرات نقره، بهره‌گیری از سمیت آن‌‌ها را برای از بین بردن سلول‌های سرطانی کاندید کرده است، اما کاستن از عوارض جانبی ناشی از سمیت آن برای ارگان‌های حیاتی بدن، مستلزم تجویز دوزهای کم نانوذرات نقره می‌باشد. در این مطالعه، به منظور فراهم آمدن شرایط امن جهت کاربرد بالینی نانوذرات نقره، امکان جبران کاهش دوز کم با تسهیل ورود نانوذرات به داخل سلول‌های سرطانی 7-MCF، از طریق فرایند الکتروپوریشن مورد مطالعه قرار گرفت.روش‌ها: ابتدا سمیت نانوذرات نقره، در غلظت‌های مختلف ارزیابی شد. سپس پالس‌های الکتریکی مربعی با قدرت‌‌ها و دیوریشن‌های متفاوت در فرکانس Hz 1 توسط دستگاه الکتروپوریتور 830ECM- در حضور و غیاب نانوذرات نقره‌ی nm 10 به سلول‌ها اعمال و کارایی تکنیک با آزمون MTT [3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide] مورد سنجش قرار گرفت. همچنین مشخصات پالس‌‌های الکتریکی جهت ایجاد یک همیاری موفق با دوز کمی از نانوذرات نقره تعیین شد.یافته‌ها: 50IC نانوذرات نقره، µg/ml 5/4 برآورد شد. اعمال همزمان نانوذرات نقره و پالس‌‌های الکتریکی با قدرت V/cm 700 و دیوریشن‌های sµ 100، 300 و 500 مرگ سلولی مؤثری را فراهم نمود. بیشترین اثر همیاری بین نانوذرات و پالس‌های الکتریکی در دیوریشن sµ 100 ثبت شد.نتیجه‌گیری: اعمال پالس‌های الکتریکی در حضور نانوذرات نقره، امکان جبران کاهش اثر ناشی از تجویز دوزهای کمتر آن‌‌ها را فراهم می‌نماید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Enhanced Cytotoxicity of Silver Nanoparticles by the Use of Electrical Pulses

نویسندگان [English]

  • Sajedeh Yadegari-Dehkordi 1
  • Hamid-Reza Sadeghi 2
  • Samaneh Soudmand 3
  • Fatemeh Homaee Shandiz 4
  • Ameneh Sazgarnia 5
1 Student Research Committee, Department of Medical Physics, School of Medicine, Mashhad University of Medical Sciences, Mashhad, Iran
2 Department of Medical Physics, School of Medicine, Mashhad University of Medical Sciences, Mashhad, Iran
3 Medical Physics Research Center, Mashhad University of Medical Sciences, Mashhad, Iran
4 Associate Professor, Department of Radiotherapy, Ghaem Hospital, Mashhad University of Medical Sciences, Mashhad, Iran
5 Associate Professor, Department of Medical Physics, School of Medicine AND Medical Physics Research Center, Mashhad University of Medical Sciences, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Background: Electroporation is an electrical technique to deliver different molecules to target tissues. Application of potent electric pulses can increase permeability of the membrane for a number of molecules via creating transient pores in cell membrane. On the other hand, while significant antimicrobial properties of silver nanoparticles (SNP) has made them candidates for destroying cancer cells, because of their toxicity, reducing the side effects of toxicity for vital organs of the body requires administration of low doses of these nanoparticles. In this study, a low dose of silver nanoparticle was applied to MCF-7 cancer cells and reduced treatment efficacy was compensated using electroporation.Methods: We first evaluated the toxicity of silver nanoparticles in different concentrations. Four square electric pulses with different strengths and durations were applied to cells in 1 Hz frequency by ECM-830 electroporator instrument in presence and absence of 10-nm silver nanoparticles; the performance of the technique was evaluated using MTT [3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide] assay. The characteristics of electric pulses to generate effective synergism with a small dose of nanoparticle were determined.Findings: IC50 of silver nanoparticles was estimated to be 4.5 µg/ml. Application of silver nanoparticles and electric pulses, with the strength of 700 V/cm and the duration of 100, 500, and 300 μs, simultaneously provided an effective cell death. Maximum synergism between nanoparticles and electric pulses was recorded in the duration of 100 μs.Conclusion: The application of electric pulses in presence of silver nanoparticles enables compensation of the effect of administering lower doses of nanoparticles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Silver nanoparticles
  • Electroporation
  • MCF-7 cell line

مراجع

  1. Takenaka S, Karg E, Roth C, Schulz H, Ziesenis A, Heinzmann U, et al. Pulmonary and systemic distribution of inhaled ultrafine silver particles in rats. Environ Health Perspect 2001; 109(Suppl 4): 547-51.
  2. Geho DH, Jones CD, Petricoin EF, Liotta LA. Nanoparticles: potential biomarker harvesters. Curr Opin Chem Biol 2006; 10(1): 56-61.
  3. Vigneshwaran N, Kathe AA, Varadarajan PV, Nachane RP, Balasubramanya RH. Functional finishing of cotton fabrics using silver nanoparticles. J Nanosci Nanotechnol 2007; 7(6): 1893-7.
  4. Carlson C, Hussain SM, Schrand AM, Braydich-Stolle LK, Hess KL, Jones RL, et al. Unique cellular interaction of silver nanoparticles: size-dependent generation of reactive oxygen species. J Phys Chem B 2008; 112(43): 13608-19.
  5. Rai M, Yadav A, Gade A. Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials. Biotechnol Adv 2009; 27(1): 76-83.
  6. Xia T, Kovochich M, Brant J, Hotze M, Sempf J, Oberley T, et al. Comparison of the abilities of ambient and manufactured nanoparticles to induce cellular toxicity according to an oxidative stress paradigm. Nano Lett 2006; 6(8): 1794-807.
  7. AshaRani PV, Low Kah MG, Hande MP, Valiyaveettil S. Cytotoxicity and genotoxicity of silver nanoparticles in human cells. ACS Nano 2009; 3(2): 279-90.
  8. Foldbjerg R, Dang DA, Autrup H. Cytotoxicity and genotoxicity of silver nanoparticles in the human lung cancer cell line, A549. Arch Toxicol 2011; 85(7): 743-50.
  9. Sambhy V, MacBride MM, Peterson BR, Sen A. Silver bromide nanoparticle/polymer composites: dual action tunable antimicrobial materials. J Am Chem Soc 2006; 128(30): 9798-808.
  10. AshaRani PV, Hande MP, Valiyaveettil S. Anti-proliferative activity of silver nanoparticles. BMC Cell Biol 2009; 10: 65.
  11. Jung WK, Koo HC, Kim KW, Shin S, Kim SH, Park YH. Antibacterial activity and mechanism of action of the silver ion in Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Appl Environ Microbiol 2008; 74(7): 2171-8.
  12. Sharma VK, Yngard RA, Lin Y. Silver nanoparticles: green synthesis and their antimicrobial activities. Adv Colloid Interface Sci 2009; 145(1-2): 83-96.
  13. Kirson ED, Gurvich Z, Schneiderman R, Dekel E, Itzhaki A, Wasserman Y, et al. Disruption of cancer cell replication by alternating electric fields. Cancer Res 2004; 64(9): 3288-95.
  14. Neumann E, Kakorin S, Toensing K. Fundamentals of electroporative delivery of drugs and genes. Bioelectrochem Bioenerg 1999; 48(1): 3-16.
  15. Kotnik T, Miklavcic D, Slivnik T. Time course of transmembrane voltage induced by time-varying electric fieldsa method for theoretical analysis and its application. Bioelectrochemistry and Bioenergetics 1998; 45(1): 3-16.
  16. Weaver JC. Electroporation theory: concepts and mechanisms. In: Nickoloff JA, editor. Animal cell electroporation and electrofusion protocols. New York, NY: Springer; 1995. p. 28-30.
  17. Sazgarnia A, Bahreyni Toossi MH, Valizadeh M, Homaei Shandiz F, Esmaily H, Abbasi A. A quantitative study of the effect of electroporation on the electropermeability and cell survival. Iran J Med Phys 2007; 4(2): 33-41. [In Persian].
  18. Teissie J, Rols MP. An experimental evaluation of the critical potential difference inducing cell membrane electropermeabilization. Biophys J 1993; 65(1): 409-13.
  19. Kanduser M, Miklavcic D. Electroporation in biological cell and tissue: an overview. New York, NY: Springer; 2009.
  20. Ghahremani FH, Sazgarnia A, Bahreyni-Toosi MH, Rajabi O, Aledavood A. Efficacy of microwave hyperthermia and chemotherapy in the presence of gold nanoparticles: an in vitro study on osteosarcoma. Int J Hyperthermia 2011; 27(6): 625-36.
  21. Shahbazzadeh D, Ahari H, Soltani M, Rashedi H, Shokrgozar M, Moaddab S, et al. STUDY on the cytotoxicity level of nanosilver on natural fibroblast (HF2), osteosarcoma (G292) and mesenchymal stem cells. Journal of Veterinary Research 2011; 66(4): 305-8.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 32، شماره 289 - شماره پیاپی 289
مرداد و شهریور 1393
صفحه 901-910

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 09 شهریور 1392
  • تاریخ بازنگری: 11 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار