Oxidative burst in RAW 264.7 macrophages in response to functionalized carbon nanotubes

Nanorurki węglowe (Carbon Nanotubes) odkryte w 1999 roku przez japońskiego fizyka Sumio Iijima są przykładem nanomateriału. Zbudowane z cienkich płaszczyzn grafenowych cylindrycznego kształtu, dzięki swoim właściwościom fizykochemicznym oraz możliwości funkcjonalizacji powierzchni znalazły zastosowanie w medycynie, biologii oraz farmacji. Nanorurki węglowe stosowane są jako biosensory, stymulatory wzrostu komórkowego oraz transportery substancji aktywnych biologicznie m.in cząsteczek leków, przeciwciał, kwasów nukleinowych. Wiele uwagi poświęca się określeniu odpowiedzi komórkowej generowanej w wyniku kontaktu z różnego rodzaju nanorurkami węglowymi zarówno jednościennymi SWCNTs jak i wielościennymi MWCNTs, niemodyfikowanymi oraz poddanych funkcjonalizacji. W tym celu prowadzone są badania in vitro na liniach komórkowych oraz in vivo na modelach zwierzęcych uwzględniające wpływ nanorurek węglowych na cytotoksyczność i żywotność komórek, indukcję odpowiedzi immunologicznej, generację wybuchu tlenowego, wywoływanie zmian w materiale genetycznym, toksyczność skórną i płucną.Celem pracy było sprawdzenie czy różnego rodzaju nanorurki węglowe wywołują wybuch tlenowy w komórkach hodowanych in vitro oraz jak obecność nanomateriału wpływa na żywotność komórek. Obserwacje prowadzono na makrofagach RAW 264.7, które inkubowane były z nanorurkami węglowymi przez 24 i 72 godziny, a następnie sprawdzano żywotność i cytotoksyczność komórek, aktywność mitochondriów oraz generację wolnych rodników tlenowych. W celu określenia poziomu wybuchu tlenowego wykorzystano pomiar ilości ROS wykorzystując reakcję redukcji cytochromu c oraz pochodnej fluoresceiny (DCFH-DA).Uzyskane wyniki wykazały zwiększoną generację ROS przez makrofagi po inkubacji z SWCNTs, MWCNTs poddanymi modyfikacji kwasami oraz etylenodiaminą oraz przez Ultradługie CNTs przy jednoczesnym braku wywoływania efektu cytotoksycznego na komórki.

Carbon Nanotubes (CNTs) are nanomaterials discovered in 1999 by the Japanesse physicist Sumio Iijima which are made of cylindrical graphene layers. Due to their physical and chemical properties and the surface functionalization carbon nanotubes have been intensively explored for biomedical and biological applications. Exploring the cellular response to the incubation with pure and functionalized SWCNTs and MWCNTs have attracted much attention by researchers. The in vitro and in vivo toxicity studies focus on the cytotoxic potential of carbon nanotubes, the ability to induce inflammatory reaction and oxidative stress, genotoxicity, lung and skin toxicity.The aim of this study was to explore the generation of oxidative burst and the effect of the CNTs on cell viability. The macrophages RAW 264.7 were treated with pristine and functionalized carbon nanotubes for 24 and 72 hours. After the treatment with nanotubes, the viability and cytotoxicity assays as well as the mitochondrial membrane potential and generation of ROS were performed.The study has shown the significant ROS generation after incubation with SWCNTs and MWCNTs functionalized with acids and ethylenediamine and after the incubation with pristine and functionalized Ultra Long CNTs. Exposure to carbon nanotubes used in the study did not induced the significant cytotoxicity of RAW 264.7 macrophages.