Effects triggered by platinum nanoparticles on primary keratinocytes

Nanotechnologia jako interdyscyplinarna dziedzina znalazła zastosowanie w szeregu dziedzinach nauki. Szczególnie prężnie rozwijająca się jest nanomedycyna. Jej rozwój jest ściśle powiązany z rozwojem takich technik jak biologia molekularna, w tym także nanooptyki. Nanocząsteczki jako struktury, których rozmiary mieszczą się w skali nanometrycznej charakteryzują się unikatowymi właściwościami fizyko-chemicznymi oraz wysokim stosunkiem powierzchni do objętości. W zależności od typu nanocząsteczek, ich rozmiaru, kształtu oraz typu opłaszczenia, znajdują one różne zastosowanie w przemyśle, kosmetologii, medycynie czy farmacji. Mimo iż, nanocząsteczki są powszechnie stosowane, mogą one również wywierać negatywny wpływ na zdrowie człowieka. Grupa związków zawierających platynę (PGE) stanowi nowy rodzaj zanieczyszczeń środowiska co może mieć odzwierciedlenie w kondycji zdrowotnej człowieka. Nanocząsteczki platyny (PtNP) powszechnie stosuje się jako katalizatory w ogniwach paliwowych. Dużą popularność zyskały dzięki możliwości zmiatania wolnych rodników. Dodawane są do kosmetyków, suplementów diety ze względu na swoje właściwości antyoksydacyjne oraz opóźniające starzenie się skóry. Coraz szerzej wykorzystuje się nanocząsteczki platyny, mimo iż ich wpływ na ludzki organizm nie został dokładnie poznany. Poniższa praca przedstawia badania, które miały na celu określenie wpływu nanocząsteczek platyny (PtNP) o wielkości 57 nm, opłaszczonych poliwinylopirolidonem (PVP), na pierwotne ludzkie keratynocyty (NHEK). PtNPs były stosowane w kilku stężeniach 6.25, 12.5 i 25 µg/mL. PtNPs inkubowano z pierwotnymi keratynocytami przez 24 i 48 godzin, a następnie określono ich cytotoksyczność, genotoksyczność, wpływ na morfologię komórek, aktywność metaboliczną NHEK, oraz zmiany w aktywacji szlaków sygnałowych. Okazało się, że PtNPs mogą wykazywać właściwości toksyczne względem komórek, powodując zmniejszenie metabolizmu komórkowego, natomiast zmiany te nie mają wpływu na żywotność komórek. Analizując aktywację kaspaz, okazało się, że zmiany w aktywności kaspazy 9 i kaspazy 3/7 wywołane przez nanocząsteczki platyny nie są istotne i nie indukują procesu apoptozy komórek NHEK. W przypadku aktywacji szlaku przekazu sygnału zaobserwowano zwiększoną fosforylację w przypadku kinazy ERK1/2, Akt, JNK 1/2, natomiast nie zaobserwowano fosforylacji p38. W porównaniu z wcześniej przeprowadzonymi badaniami, które dotyczyły wpływu AgNP na pierwotne keratynocyty, okazało się, że PtNP nie wykazują tak szkodliwego efektu na NKEK jak AgNP.

Nanotechnology as an interdisciplinary field has been used in a number of areas of science. Nanomedicine is a particularly thriving field. Its development is closely linked with the development of techniques such as molecular biology, including nano-optics. Nanoparticles have dimensions in the nanometer scale and are characterized by the unique physico-chemical properties and high surface to volume ratio. Depending on the type of nanoparticles, their size, shape and type of encapsulation, they are used commonly in the manufacturing industry, cosmetology, medicine or pharmacology. Even though nanoparticles are widely used in the above-mentioned industries, they may also have a negative impact on human health. The platinum (Pt)-group elements (PGEs) is a new kind of environmental pollution that may affect the human health condition. Platinum nanoparticles (PtNPs) are commonly used as vehicle-exhaust catalysts. They gained great popularity thanks to the property of scavenging free radicals. As an antioxidant agents, they are added to cosmetics and dietary supplements, to reduce aging processes. However, an impact of PtNPs on the human body has not been fully elucidated. The aim of master thesis was to determine the effect of 57 nm PtNPs coated with polyvinylpyrrolidone (PVP), on primary human keratinocytes (NHEKs). PtNPs were used in several concentrations: 6.25, 12.5 and 25 mg/ml. Primary keratinocytes were treated for 24 and 48 hours with PtNPs, and then cells morphology, cytotoxicity, genotoxicity, metabolic activity, and changes in the activation of signaling pathways were analyzed. It turned out that PtNPs cause a reduction in cellular metabolism, but have no effect on cell viability and migration. Furthermore the activation of caspases 9 and caspases 3/7 induced by platinum nanoparticles appeared to be not statistically significant. Moreover, PtNPs do not induce NHEKs apoptosis. In the case of activation of signaling pathways the increase of phosphorylation of ERK1/2, Akt, JNK 1/2 was observed, but not of p38 kinase.In comparison to earlier studies carried out in Department of General Biochemistry where the impact of AgNPs on primary keratinocytes was studied we found that PtNPs do not have such an adverse effects on NKEKs as AgNPs.