Spectroscopic analysis of bioactivity of hybrid magnetic nanoparticles

Niniejsza praca badawcza dotyczyła analizy wpływu modyfikacji powierzchniowych nanocząstek magnetycznych na komórki nowotworowe z linii U2-OS z wykorzystaniem spektroskopii ramanowskiej. Zbadano cztery rodzaje nanocząstek magnetycznych, których powierzchnia została odpowiednio zmodyfikowana: nanocząstki pokryte warstwą krzemionki (SiO2), nanocząstki pokryte warstwą krzemionki i chitozanem (Gs0), nanocząstki pokryte warstwą krzemionki i chitozanem szczepionym gossypolem w stężeniu 1 mg (Gs1) i 5 mg (Gs5) na 100 mg polimeru. Pomiary widm komórek U2-OS wykonano w 3, 5 i 7 dzień od wprowadzenia do nich sfunkcjonalizowanych nanocząstek. Otrzymane widma Ramana poddano analizie PCA (ang. Principal Component Analysis), która umożliwiła wskazanie różnic pomiędzy obrazami spektroskopowymi komórek, do których wprowadzono nanocząstki, w zależności od zastosowanej funkcjonalizacji powierzchni oraz od dnia pomiarowego. Dokonano także oceny wpływu zastosowanych modyfikacji powierzchniowych nanocząstek na ich cytotoksyczność. Przeprowadzono również analizę składowych pasma amidu I w uśrednionych widmach komórek U2-OS poddanych działaniu nanocząstek SiO2, Gs0, Gs1 i Gs5, która pozwoliła określić procentową zawartość struktur drugorzędowych α, β i n (nieuporządkowanej) w trakcie eksperymentu. Wyniki przeprowadzonych badań wykazały, że nanocząstki Gs0 są mniej toksyczne dla komórek U2-OS niż nanocząstki SiO2, Gs1 i Gs5, co ma związek z właściwościami przeciwnowotworowymi gossypolu oraz wysoką zawartością struktury nieuporządkowanej w pasmie amidu I komórek U2-OS poddanych działaniu nanocząstek modyfikowanych SiO2, Gs1 oraz Gs5. Połączenie spektroskopii ramanowskiej oraz analizy PCA umożliwia zaobserwowanie różnic w obrazach spektroskopowych komórek spowodowanych działaniem hybrydowych nanocząstek magnetycznych.

This study focused on investigating the effects of surface modifications of magnetic nanoparticles on cancer cells from the U2-OS cell line using Raman spectroscopy. Four types of magnetic nanoparticles with surface modifications, respectively, were investigated: nanoparticles coated with silica (SiO2), nanoparticles coated with silica and chitosan (Gs0), nanoparticles coated with silica and chitosan grafted with gossypol at concentrations of 1 mg (Gs1) and 5 mg (Gs5) per 100 mg of polymer. The spectra of U2 OS cells were measured on days 3, 5 and 7 after the introduction of the functionalized nanoparticles. The obtained Raman spectra were subjected to PCA (Principal Component Analysis), which made it possible to indicate the differences between the spectroscopic images of the cells treated with the functionalized nanoparticles, depending on the applied surface functionalization and the measurement day. The effect of the applied surface modifications of the nanoparticles on their cytotoxicity was also evaluated. An analysis of the components of the amide I band in the averaged spectra of U2-OS cells treated with SiO2, Gs0, Gs1 and Gs5 nanoparticles was also carried out to determine the percentage of α, β and n (disordered) secondary structures during the experiment. The results of the study showed that Gs0 nanoparticles are less toxic to U2-OS cells than SiO2, Gs1 and Gs5 nanoparticles, which is related to the anticancer properties of gossypol and the high content of disordered structure in the amide I band of U2-OS cells treated with SiO2, Gs1 and Gs5 modified nanoparticles. Raman spectroscopy, together with PCA analysis, makes it possible to observe differences in the spectroscopic images of cells caused by treatment with hybrid magnetic nanoparticles.