Nanotehnologii Si Nanoparticule

Nanotehnologii și nanoparticule

INTRODUCERE

Particulele ultrafine au fost intens studiate din perspective teoretice și experimentale de la începutul secolului XX. Caracterizarea și sinteza nanoparticulelor a devenit un domeniu de mare interes în ultimul deceniu, datorită variatelor aplicații, pe care acestea le prezintă. Nanoparticulele sunt particule coloidale cu dimensiuni cuprinse între 1 și 100 nm, definiția nanoparticulelor variind în funcție de domeniu, material sau aplicație. Dimensiunile acestor particule sunt foarte importante, proprietățile lor fiind în strânsă legatură cu acestea.

Există mai multe tipuri de nanoparticule în afară de cele produse intenționat (fabricate) rezultate fie prin procese naturale, fie din activitățile umane. Nanopaticulele pot fi clasificate în conformitate cu diferite caracteristici:

după proveniență: naturale sau artificiale

după dimensiune și formă

după compoziția chimică a acestora: pe bază de carbonați, sulfați, polimeri, metale, etc. (Effects of Particle Size and Surface Modification on Cellular Uptake and Biodistribution of Polymeric Nanoparticles for Drug Delivery Sneha A. Kulkarni & Si-Shen Feng Received: 21 April 2012 /Accepted: 7 December 2012 /Published online: 12 January 2013, Springer Science+Business Media New York,2512-2513)

Nanoparticule naturale si antropice

Nanoparticulele (NP) cunoscute sub numele de “particule ultrafine” constituie o fracție mare din aerosolii atmosferici, atunci când concentrația acestora este masurată în numărul particulelor pe unitate de volum. Acestea se formează în timpul arderii, iar proporția lor depinde de tipul și calitatea reacției. Arderea completă a carbonului produce în principal dioxid de carbon. Particulele emise în timpul combustiei sunt compuse atât din carbon nears, cât și din impuritîți de combustibil. Emisile motoarelor diesel, arderea biomasei, fumul de tutun – toate conțin o mare parte de particule nanometrice. Ele apar în atmosferă, alături de gazele naturale – cum ar fi terpenele sau izoprenul sau compuși cu sulf sau cu gaz de la emisiile antropice, cum ar fi dioxidul de sulf, oxizii de azot, etc.

Nanoparticulele de origine naturală sau antropologică se găsesc amestecate împreună în atmosferă. În general particulele ultrafine apar în diverse reacții de combustie, cele mai multe dintre cele antropogene, sau din reacții între diverși compuși solizi cu gaze (reacții gaz-solid). Nanoparticulele atmosferice sunt, în general, aerosoli cu o gamă largă de dimensiuni ale particulelor. În figura 1 sunt prezentate dimensiunile diferitelor tipuri de nanoparticule (între 1 și 100 nm), inclusiv virusuri care masoara 10 nm și alte particule rezultate în urma arderilor și transformărilor chimice, în toate cele trei dimensiuni.

Figura 1. Dimensiunile diferitelor tipuri de nanoparticule (între 1 și 100 nm)

(COMMITTEE FOR PREVENTION AND PRECAUTION- Nanotechnologies, Nanoparticles: What Hazards – What Risks?; Paris, May 2006; Ministry of Ecology and Sustainable Development, pg.12-13)

Nanoparticulele pot fi, de asemenea, formate prin condensarea vaporilor. Dimensiunea particulelor formate depinde de suprasaturarea vaporilor. Încălzite la temperatură de câteva sute de grade, sărurile – cum ar fi clorura de sodiu, metale, oxizi metalici sunt utilizate pe scară largă ca generatoare de aerosoli ultrafini. Dimensiunea acestor este curpinsă între 1 și 100 nm, acoperind întreaga scară nano. NP sunt obținute prin reacția dintre o soluție de lichid și o sare, urmată de evaporarea lichidului. Astfel, NP sunt rezultate în mediul înconjurător, în mod natural sau ca rezultat al activității umane.

1.1. CLASIFICARE

În nanotehnologie, o particulă este definită ca un obiect de mici dimensiuni, care se comportă ca unitate de ansamblu în ceea ce privește transportul și proprietățile.

Nanoparticulele sunt clasificate în funcție de dimensiuni (1):

particulele brute au dimensiuni cuprinse între 10 000 și 25 000 nm.

particulele fine se situează între 2500 și 100 nm.

particulele ultrafine sau nanoparticulele au dimensiuni cuprinse între 1 și 100 nm. Fontan J. Terminologie pour désigner une pollution particulaire. Pollution atmosphérique, 2002, n°174, p 177-179. ; De Jong WH, Borm PJA. Drug delivery and nanoparticles: applications and hazards. Int J Nanomed. 2008;3:133–49; Gref R, Minamitake Y, Peracchia M, Trubetskoy V, Torchilin V,Langer R. Biodegradable long-circulating polymeric nanospheres.Science. 1994;263:1600–3 ; Labhasetwar V, Song C, Levy RJ. Nanoparticle drug delivery system for restenosis. Adv Drug Deliv Rev. 1997;24:63–85; Sinha VR, Bansal K, Kaushik R, Kumria R, Trehan A. Poly-ϵ-caprolactone microspheres and nanospheres: an overview. Int JPharm. 2004;278:1–23.

Dimensiunea sau mărimea unei particule corespunde diametrului dacă aceasta este sferică. Când în mod particular dimensiunea nu poate fi observată prin microscopie optică sau electronică, aceasta este dedusă prin măsurarea uneia dintre proprietățile sale fizice. Dacă proprietatea fizică poate depinde de alte caracteristici, precum densitatea, dimensiunea trebuie să fie definită de criterii specific, cum ar fi diametrul aerodinamic (Da), ce corespunde unei particule sferice cu o densitate relativă egală cu 1, cu un comportament aerodinamic identic cu al particulei considerate (2).

Da  D√

Unde: D = diametrul efectiv și ρ = densitatea particulei

Pentru particulele ultrafine se folosește, de asemenea, diametrul termodinamic atunci când diametrul este dedus prin măsurarea coeficientului de difuzie browniană.

Un agregat este un ansamblu de particule lagate prin forțe inter- sau intra moleculare (sau atomice). Un agregat este stabil atunci când este supus unor tehnici de dipersie, cum ar fi ultrasunetele. Agregatul este compus din particule cu adeziune scazută, atrase, de exemplu, prin forte electrostatice.

Nanoparticulele pot fi clasificate și în funcție de sursa din care provin.

Nanoparticulele (NP) din mediul înconjurător se clasifică în nanoparticule naturale și sintetice, care pot fi împartite la rândul lor în nanoparticule care conțin carbon și nanoparticule anorganice.

Atât nanoparticulele pe bază de carbon, cât și cele anorganice se clasifică:

nanoparticule biogenice

nanoparticule geogenice

nanoparticule atmosferice

nanoparticule pirogenice.

Nanoparticulele naturale sunt prezente în aer, apă și în sisteme geologice, cele mai multe apărând în natură în urma unor procese de combustie. Nanoparticulele sunt de asemenea prezente sub forma de aerosoli și reprezintă precursori pentru formarea de particule mai mari, care pot influența modificările climatice prin transportul de poluanți la nivel global. Nanoparticulele atmosferice primare sunt în principal reprezentate de particulele de praf și de sarea de mare.

Aplicațiile nanomaterialelor sintetice pe baza de carbon, în mediu înconjurător sunt atât proactive (privind prevenirea degradării mediului înconjurător, îmbunătățirea sănătății publice, optimizarea eficienței energetice) și retroactive (de remediere, refolosire a apelor uzate, transformarea poluantilor in substante netoxice) (3).

Proprietățile unice de hibridizare ale carbonului și sensibilitatea structurilor de carbon la modificări ale condițiilor de sinteză permit manipulări adaptate (4) la un nivel neatins de nanostructurile anorganice.

Clasificarea nanostructurilor fabricate în funcție de mărime

Formele geometrice cu simetrie fac posibilă reducerea dimensiunii pentru a fi caracterizate:

obiecte cu o dimensiune nanometrică: filme subțiri, acoperiri subțiri;

obiecte în două dimensiuni nanometrice (2D): nanotuburi anorganice, nanofilamente utilizate în optică, magnetică, electronică, derivate din silicon, galiu și indiu;

obiecte în trei dimensiuni nanometrice (3D): fulerene, dendrimeri (polimeri cu structură ramificată bine definită), nanoparticule sferice sau de alte forme geometrice cu trei dimensiuni nanometrice, nanoparticule semiconductoare

1.2. PROPRIETĂȚI FIZICE ȘI CHIMICE ALE NANOPARTICULELOR

În ultimii ani, nanoparticulele s-au bucurat de o atenție deosebita datorită proprietăților lor chimice și fizice unice, cum ar fi dimensiunile nanometrice, suprafața specifică mare și reactivitatea ridicată.

Nanoparticulele prezintă un mare interes știintific, având în vedere faptul că acestea constituie punctul de legatură între materialele brute – structurile atomice și moleculare. Un material brut ar trebui să aibă proprietăți fizice constant, indiferent de mărime, dar la scala nano proprietățile sunt dependente de mărime, fiind adesea observate modificări ale acestora. Astfel proprietățtile materialelor se schimbă atunci când ajung la scala nano, iar procentul de atomi de la suprafața unui material devine semnificativ.

Nanoparticulele posedă adesea proprietăți optice neașteptate, deoarece acestea sunt suficient de mici pentru a limita electronii lor producând astfel efecte cuantice. De exemplu NP de aur au o culoare roșie inchisă sau chiar neagră în soluție, în funcție de marimea acestora. NP de silicon, în mod obișnuit sunt galbene, dar apar și de culoare rosie. Absorbțiile de radiații solare în celule fotovoltaice sunt mai mari în materiale compuse din NP decât în foi continue de material, deci cu cât este mai mică particula cu atât mai multe radiații solare sunt absorbite.

Alte proprietăți dependente de materiale includ limitări cunatice în particule semiconductoare, rezonanța plasmonilor de suprafață în unele particule metalice și supermagnetism în materiale magnetice. Schimbările proprietăților fizice nu sunt mereu dorite. Suprafața mare raportată la volumul de NP oferă o forță motrică extraordinară pentru difuzie mai ales la temperaturi ridicate.

NP metalice, dielectrice și semiconductoare au fost formate, de asemenea, ca structuri hibrid. NP din materiale semiconductoare mai sunt numite și puncte cuantice dacă sunt suficient de mici (sub 10 nm) astfel încât cuantificat nivelul de energie electronică să aibă loc. Ele sunt folosite în aplicații biomedicale ca transportori de medicamente sau ca agenți de contrast in imagistică.( Huertas M.L., Marty A.M., Fontan J., Blanc. D. Measurement of the mobility and the diffusion coefficient of ultrafine radioactive particles in the air. Journal of the Atmospheric Science, 1969, vol 26, n°2; Hidy G.M., Brock J.R. Topics in current aerosol research systems (International review in aerosol physics and chemistry, vol II). Pergamon Press 1971; Effects of Particle Size and Surface Modification on Cellular Uptake and Biodistribution of Polymeric Nanoparticles for Drug Delivery Sneha A. Kulkarni & Si-Shen Feng Received: 21 April 2012 /Accepted: 7 December 2012 /Published online: 12 January 2013, Springer Science+Business Media New York,2513-2515).

Biomaterialele ar putea fi definite ca “materiale implantabile care își îndeplinesc funcția în contact cu țesuturile vii” (5). Aceasta este o noua ramură interdisciplinară care are rolul de a obține noi materiale îmbunătățite cu proprietăți biologice pentru a fi utilizate în aplicații clinice.

Cele mai studiate biomateriale sunt cele pe bază de fosfat de calciu, care aparțin așa numitei familii a apatitelor. Un reprezentant important al familiei apatitelor este hidroxiapatita cu formula generală Ca10(PO4)6(OH)2. Hidroxiapatita (HAp) a fost intens studiată datorită proprietăților sale remarcabile, cum ar fi cele de biocompatibilitate, osteoconductivitate și bioactivitate (6) (7).

METODE DE OBȚINERE A NANOSTRUCTURILOR

Dintre tehnicile de sinteză, cercetările tind să se focuseze asupra pirolizei, proces de descompunere datorat căldurii livrate de combustia unei flăcări, de un laser sau altă sursă generală de căldură. Sinteza nanoparticulelor constituie o componentă importantă a eforturilor de cercetare desfășurate în cadrul domeniului nanotehnologiei. Person A., Tymen G. Mesurage des particules en relation avec la santé. Revue Pollution Atmosphérique, 2005, in press.; Renoux A. Boulaud D. Les Aérosols Physique et Métrologie. Lavoisier TEC DOC 1998.

2.1. METODE DE SINTEZĂ PE BAZA UNOR PROCESE COLOIDALE

Prin utilizarea proceselor coloidale se pot produce particule cu caracteristicile solicitate de o aplicație specifică (8). Procedeul implică utilizarea unor agenți de activare a suprafeței cât și a unor liganzi cu caracter coordinativ în scopul producerii de nanoclusteri. Surfactanții utilizați joacă în cadrul acestui proces de sinteză un rol major, procedeul este relativ laborious, iar produsul final obținut este în cele mai multe cazuri afectat de impurități.

2.2. METODE DE SINTEZĂ DIN FAZĂ LICHIDĂ

Sinteza nanostructurilor din fază lichidă este larg folosită la prepararea de nanoparticule semiconductoare (quantum dots). În cadrul acestei categorii de tehnici de sinteză se detașează metoda sol-gel prin care au fost obținute cu succes nanoparticule ceramice, de sticlă, ceramică-sticlă sau pulberi ceramice multicomponent.

În procesul de sinteză sol-gel, simpli precursori moleculari sunt transformați în particule de dimensiuni nanometrice, care apoi formează o suspensie coloidală. Nanoparticulele coloidale rezultate se combină apoi între ele cu formarea unei rețele tridimensionale în volumul de lichid existent. Transformarea în gel poate fi inițiată pe diferite căi, cea mai convenabilă dintre abordări fiind schimbarea valorii pH-ului soluției.

2.3. METODE DE SINTEZĂ DIN FAZĂ DE GAZ/VAPORI

Fără îndoială că pentru obținerea materialelor nanostructurate cel mai frecvent se apelează la tehnicile bazate pe conversia gaz – particulă. În cadrul acestei largi categorii de metode procesul de sinteză pornește de la precursori aflați în toate cele trei stări de agregare, aduși prin diverse mijloace, atunci când este cazul, în fază de gaz sau de vapori.

2.3.1. Metode de sinteză ce folosesc precursori solizi

3.1.1. Condensarea în atmosferă de gaz inert

Metoda condensării în gaz inert este considerată în prezent o tehnică versatilă pentru sinteza de pulberi nanostructurate. Metoda se utilizează în general pentru producția de nanoparticule metalice.

3.1.2. Ablația cu laser pulsat

Una dintre tehnicile laser care au luat o dezvoltare spectaculoasă pe plan mondial este tehnica ablației cu fascicule laser de mare intensitate. Este utilizată în special pentru depunerea de filme subțiri ca cele supraconductoare, ceramice, feroelectrice, piezoelectrice, etc., sau pentru producerea unor pulberi nanometrice metalice, ceramice, etc.

3.1.3. Sinteza în arc electric

Sinteza de nanoparticule cu ajutorul acestei tehnici implică trecerea unui curent electric continuu prin doi electrozi alcătuiți din material de înaltă puritate. Deși metoda produce în general cantități relativ mici de nanoparticule, ea este o metodă reproductibilă și utilizată frecvent pentru producerea anumitor tipuri de nanostructuri precum nanotuburile de carbon (9).

3.2. Metode de sinteză ce utilizează precursori în fază lichidă sau de gaz/vapori

3.2.1. Sinteza din fază de vapori chimici

În cadrul acestui procedeu precursorii în stare de vapori sunt aduși în interiorul unui reactor cu pereții încălziți unde nucleația particulelor în stare de vapori este favorizată, în comparație cu depunerea sub formă de film pe pereții reactorului.

Această metodă posedă o flexibilitate remarcabilă, în ceea ce privește producerea unui larg domeniu de materiale și preia avantajul unei baze de date uriașe acumulate pentru procesele CVD (chemical vapor deposition). O altă categorie de materiale sintetizată prin acest procedeu o constituie încapsularea unui material cu un altul, de mare importanță practică atunci când se urmărește prevenirea proceselor de aglomerare sau evitarea acțiunii mediului înconjurător asupra nanoparticulelor din materialul respectiv (10).

3.2.2. Sinteza prin piroliza reactanților pulverizați

Pentru multe dintre nanopulberile sintetizate prin nucleație în fază gazoasă există și precursori interesanți din punctul de vedere al cineticii mecanismelor de reactive, dar care se află în stare lichidă sau chiar solidă. Exemple de nanoparticule sintetizate prin acest procedeu: prepararea nanoparticulelor de TiO2 (11) sau a celor de cupru (12).

Sinteza în flacără

Tehnica permite producerea de nanoparticule în flacără, iar căldura necesară este produsă in-situ prin reacții de combustie. Este fără îndoială metoda cu cel mai mare succes commercial, prin care se produc anual milioane de tone de negru de fum sau oxizi metalici.

Piroliza în flacără a reactanților pulverizați

Pe lângă injectarea precursorilor sub formă de vapori în flacăra de sinteză, aceștia pot fi introduși și ca lichid sub formă de spray. Acest proces este în general numit piroliză în flacără a reactanților pulverizați. Metoda permite utilizarea de precursori, care nu posedă o presiune de vapori suficient de înaltă pentru a putea fi transportați în flacără sub formă de vapori.

Sinteza în plasma

Un alt mijloc de producere a energiei necesare pentru inducerea de reacții care să conducă la un regim de suprasaturare și deci de nucleație a particulelor solide este acela de injectare a precursorilor într-o plasmă termică. Metoda a fost aplicată la producerea nanoparticulelor de SiC și TiC pentru acoperiri nanofazice dure (13).

Sinteza reactivă la temperaturi joase

Metoda are la bază principiul că, pentru anumite materiale, este posibilă reacția directă între precursorii în stare gazoasă fără adaos de căldură din exterior sau fără producere semnificativă de căldură. Astfel, au putut fi produse nanoparticule de ZnSe din dimetilzinc-trimetilamină și hidrură de seleniu prin amestecarea lor în jeturi contracurent într-un reactor aflat la temperatura camerei. Este deci una dintre puținele metode raportate până în prezent pentru prepararea din fază de vapori a unor particule de compus semiconductor, care în mod obișnuit este produs prin chimie coloidală.

Depunere chimică din stare de vapori indusă cu laserul

Descompunerea moleculelor de precursor în depunerea indusă cu laser din vapori chimici (LCVD) poate avea atât un caracter pirolitic (atunci când activarea procesului se realizează termic) cât și unul fotolitic (activarea neavând de data aceasta un caracter termic). Combinarea acestor două caractere, materializată ca procese LCVD cu caracter fotofizic, este de asemenea destul de frecvent întâlnită.

Precursorii cei mai frecvent folosiți fac parte din categoriile compușilor halogenați, hidrocarburilor și silanilor sau compușilor alchilici, carbonilici ori complecșilor organici coordinativi. Tehnica depunerii indusă cu laserul din vapori chimici constituie un proces de obținere relativ nou, cu mare potențial în ceea ce privește producția de componente metalice, ceramice sau compozite complexe. Prin utilizarea acestui procedeu au fost depuse materiale printre care C (14) (15), B, Si, SiC, Si3N4, Al2O3, TiN, TiC, Ni, Ag și diferite alte metale și ceramici (16).

Sinteza prin piroliza indusă cu laserul

Tehnica pirolizei laser în fază gazoasă/vapori este bazată pe rezonanța dintre radiația laser și cel puțin unul dintre componenții mediului gazos reactiv; cu alte cuvinte, în acest proces de sinteză a pulberilor nanostructurate prin piroliza indusă cu laserul reacția este inițiată ca urmare a interacției dintre fasciculul laser și cel puțin una dintre speciile chimice prezente la locul acestei interacții.

Fotonii de IR sunt absorbiți de gazele reactante, energia fotonică absorbită este convertită în energie termică ce produce o creștere a numărului de ciocniri între moleculele de gaz reactant și care conduce în sistem la o baie termică urmată de descompunerea gazelor reactante și formarea solidului de bază.

METODE FIZICO – CHIMICE DE CARACTERIZARE A NANOPARTICULELOR

Testele trebuie să examineze dimensiunea particulelor, distribuția mărimii, starea de agregare. Pot fi utilizate pentru caracterizarea nanoparticulelor urmatoarele metode:

microscopie electronică de înaltă rezoluție (HREM, la niveluri de 0,2 nm)

microscopie electronică prin transmisie (TEM) pentru a determina structura internă a unei nanoparticule

microscopie electronică de scanning – relevă topologia de suprafață

difracție cu raze X pentru a studia aranjamentele atomice în cristale;

spectroscopie în infraroșu FT-IR;

microscopie de forță atomică (AFM) și microscopie tunel (STM) – furnizează informații structurale și electronice cu rezoluție atomică

Microscopia electronică și AFM/STM fac posibilă masurarea morfologiei particulelor. O distribuție a dimensiunilor foarte mare poate conduce la masurători specifice, care sunt greu de obținut prin tehnici spectrometrice sau prin metode de difracție ce dau numai valori medii. Prin urmare este necesar să se determine distribuția dimensiunilor. Acest lucru poate fi obținut prin măsurarea împrăștierii luminii, combinate cu observațiile de microscopie electronică, oferind posibilitatea de a caracteriza satisfăcător dispersia.

Nu există standard de măsurare universal, chiar și cu instrumente foarte avansate măsuratorile sunt supuse unor variații considerabile. Fără standardizare, instrumentele nanometrice și aparatele nu pot fi calibrate și nici rezultatele comparate de la un laborator la altul. Același lucru este valabil și pentru distribuția mărimilor. Obiectele de referință trebuie să fie capabile să determine o calibrare și să caracterizeze probele AFM.

Recent cercetătorii de la departamentul de materiale și microstructuri de la Centrul Național Francez de Cercetări Științifice (CNRS) – au observat, pentru prima dată, creșterea NP in situ și în timp real. Astfel au putut caracteriza indicatori cantitativi esențiali: formă, mărime și distribuție bazându-se pe dispersia radiatiilor X. În general, aceasta metodă ar trebui să facă posibilă monitorizarea proceselor de producție.

3.1. Tehnici de investigare prin spectroscopie optică

În vederea caracterizării materiei, tehnicile de investigare spectroscopice folosesc emisia de lumină, sunet sau particule. Dispozitivul utilizat frecvent pentru astfel de analize este spectrometrul sau spectrograful, care înregistrează spectrul luminii absorbite sau emise de un anumit material și unde poate fi utilizată radiația electromagnetică pentru a se determina compoziția chimică a unei substanțe după liniile sale spectrale caracteristice.

3.1.1. Spectrometria în infraroșu cu transformata Fourier (FT-IR)

Spectroscopia în infraroșu se bazează pe faptul că moleculele posedă frecvențe specifice la care se pot roti sau vibra, corespunzătoare unor nivele discrete de energie (modurile vibraționale). Aceste frecvențe rezonante sunt în strânsă legătură cu tăria legăturii chimice și masa atomilor situați la capetele acestei legături, frecvența vibrațiilor putând fi astfel asociată unui tip de legătură particular. Moleculele simple diatomice prezintă numai o singură legătură, care se poate alungi. Cele mai complexe prezintă multe legături, iar vibrațiile acestora se pot conjuga și conduce la absorbții IR cu frecvențe caracteristice grupărilor chimice implicate.

Spectrometria Raman

Spectroscopia Raman constituie o tehnică spectroscopică, care se utilizează pentru studiul modurilor vibraționale, de rotație și de frecvență joasă ale unui sistem (17).

III.1.2. Spectrometria de absorbție UV-VIS

Spectroscopia UV-VIS utilizează radiația spectrului electromagnetic din domeniul vizibil (400 – 780 nm) și domeniile adiacente ultraviolet apropiat (200-400 nm) și infraroșu apropiat –NIR- (780 – 3000 nm). Tehnica este utilizată în mod obișnuit pentru determinarea cantitativă a ionilor de metale tranziționale aflați în soluție și a compușilor organici puternic conjugați.

Soluțiile ionilor de metale tranziționale absorb lumina vizibilă și pot fi colorate deoarece electronii d aflați în atomii metalului pot fi excitați de pe o stare electronică pe alta; compușii organici și în mod deosebit aceia care prezintă un grad de conjugare ridicat absorb de asemenea lumina în regiunile UV și vizibil ale spectrului electromagnetic la fel ca și diferiți complexi organici formați a căror culoare este suficient de intensă pentru măsurători cantitative. Un mare număr de molecule absorb lumina ultravioletă sau vizibilă. Intensitatea absorbției poate fi exprimată ca transmitanța (T), ce poate fi definită de raportul dintre intensitatea I a radiației la ieșirea din probă și intensitatea incidentă Io a acesteia. Absorbanța unei soluții va crește pe măsură ce se accentuează atenuarea fasciculului. Această absorbanță este direct proporțională cu drumul parcurs în probă de către fascicul, b, și concentrația, c, a speciei absorbante. (COMMITTEE FOR PREVENTION AND PRECAUTION- Nanotechnologies, Nanoparticles:What Hazards – What Risks?; Paris, May 2006; Ministry of Ecology and Sustainable Development,47-54; Renoux A. Boulaud D. Les Aérosols Physique et Métrologie. Lavoisier TEC DOC 1998)

Spectrometria de raze X cu fotoelectroni (XPS)

Spectroscopia de fotoelectroni cu raze X (XPS), cunoscută și sub numele de spectroscopie de electroni pentru analiza chimică (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis – ESCA) constituie o tehnică spectroscopică ce măsoară compoziția elementară a unui material și se oferă date privind stabilirea formulei empirice a acestui material precum și a stărilor chimice și electronice ale elementelor existente în materialul respectiv.

Spectrele XPS se obțin prin iradierea materialului cu un fascicul de raze X și măsurarea simultană a energiei cinetice (KE) și numărului de electroni emiși din stratul de suprafață cu o grosime de până la circa 10 nm a materialului analizat.

Metoda XPS este cea mai utilizată tehnică experimentală în știința suprafețelor pentru obținerea de informații privind raportul concentrațiilor din regiunea de suprafață, starea chimică a elementelor, dispersia unor faze în altele, profilul de grosime al compoziției chimice sau structura de nivele a benzii de valență.

Difracție de raze X (XRD)

Difracția de raze X (XRD) constituie o tehnică nedistructivă, versatilă și eficientă, cu ajutorul căreia se pot obține informații detaliate despre compoziția chimică și structura cristalografică a materialelor. Este utilizată pentru determinarea de proprietăți structurale (starea de deformare, dimensiuni de grăunți, compoziții de fază, orientare preferențială și defecte) ca și pentru determinarea grosimii filmelor subțiri sau multistrat ori pentru determinarea aranjamentului atomic în materialele amorfe.

Pentru materialele policristaline, prin analiza profilului liniilor de difracție (incluzând straturile subțiri) se pot determina:

distanțele interplanare dhkl ale planelor difractante corespunzătoare maximelor de difracție pe baza relației Bragg;

identificarea tuturor fazelor cristaline ce intră în componența probei analizate și a orientării planelor difractante corespunzătoare maximelor de difracție;

analiza de fază calitativă și cantitativă (proporția % a fazei j în proba analizată);

textura (orientare preferențială a nanocristalitelor);

fracție cristalină (pentru amestecuri de fază amorfă și faze cristaline)- studiul cristalinității probei;

Pentru materialele monocristaline se pot obține următoarele caracteristici:

determinarea curburii plachetelor monocristaline;

determinarea orientării precise și a eventualelor abateri de orientare (lingouri și plachete);

diagnosticarea straturilor subțiri (epitaxiale, implantate, difuzate);

determinarea deformărilor elastice;

determinarea grosimii straturilor epitaxiale.

Pe baza principiului difracției de raze X se pot obține din abundență informații privind structura și proprietățile fizico-chimice ale materialului investigat. (COMMITTEE FOR PREVENTION AND PRECAUTION- Nanotechnologies, Nanoparticles:What Hazards – What Risks?; Paris, May 2006; Ministry of Ecology and Sustainable Development, pg.52-55; Beck-Speier I, Dayal N, Karg E, Maier KL, Schumann G, Schulz H, Semmler M, TakenakaS, Stettmaier K, Bors W, Ghio A, Samet JM, Heyder J. Oxidative stress and lipid mediatorsinduced in alveolar macrophages by ultrafine particles. Free Radic Biol Med2005;38(8):1080-92.).

4. Microscopie electronică de baleiaj (SEM)

Microscopia electronică de baleiaj este utilizată pentru observarea morfologiei probelor. Microscopul cu electroni este capabil să producă imagini cu rezoluție foarte înaltă ale suprafeței unei probe.

Microscopul electronic prin scanare (SEM) este un microscop care utilizează electronii în locul luminii pentru a forma o imagine, studiindu-se direct suprafețele probelor solide. Un SEM poate furniza mai multe tipuri de imagini, în funcție de semnalul utilizat pentru construirea imaginii. Se poate vorbi astfel de imagine de electroni secundari (Secondary Electron Image – SEI), imagine de electroni retroîmprăștiați (Backscattered Electron Image – BEI), de electroni Auger și chiar radiație X caracteristică (ceea ce se numește cartografie X).

Avantajele utilizării SEM în locul microscopului optic conventional sunt numeroase. Spre deosebire de microscoapele optice sau cele electronice în transmisie, microscoapele cu baleiaj nu produc imagini în sensul strict al cuvantului, prin faptul că nu există raze care să lege punctele imagine de punctele obiect. Imaginea SEM nu este decât o reprezentare a obiectului în spațiul ecranului fluorescent cu ajutorul diverselor semnale emise de probă.

4. Microscopia electronică prin transmisie și tehnicile asociate

4.1. Microscopie electronică prin transmisie (TEM)

Proprietățile materialelor sunt direct dependente de microstructura lor, adică de factori cum ar fi: densitatea și tipul defectelor rețelei cristaline, dimensiunea, distribuția și compoziția fazelor prezente, segregarea localizată a impurităților și elementelor de microaliere, etc.

Microscopia electronică prin transmisie investighează structura internă a solidelor și oferă posibilitatea obținerii unor detalii structurale sau ultrastructurale inaccesibile cu microscopia optică. Utilizarea tehnicii microscopiei electronice la examinarea și investigarea ultramicrostructurii materialelor a devenit în prezent atât de frecventă încât este practic imposibil de găsit un sector în domeniul noilor materiale nanostructurate, în care această tehnică de mare eficiență să nu aibă un rol extrem de important.

4.2. Microscopie electronică de transmisie, de înaltă rezoluție (HRTE

Microscopia electronică prin transmisie, de înaltă rezoluție constituie o modalitate de redare a imaginilor unui microscop electronic prin transmisie, care permite obținerea de imagini ale structurii cristalografice ale unei probe la nivel de scală atomică (18) .Datele obținute cu ajutorul tehnicii HRTEM sunt de un deosebit interes în fizica și chimia stării solidului și în general în știința materialelor, cu deosebire a nanomaterialelor, ca urmare a importanței investigațiilor asupra legăturilor dintre structura micro/nano și proprietățile solidului, în particular în ceea ce privește influența diferitelor tipuri de defecte structurale asupra comportării macroscopice a materialului.

4.3. Spectroscopia de raze X prin dispersie de energie (EDX)

Spectroscopia de raze X prin disperie de energie (EDX) este o tehnică analitică folosită pentru analiza elementară sau caracterizarea chimică a unei probe și constă în investigarea probei prin intermediul analizei razelor X emise de către materie în urma bombardamentului cu particule încărcate ca urmare a interacției dintre radiația electromagnetică și materie.

Cu mențiunea că spectrometria de raze X prin disperie de energie (EDX) poate determina numai elemente cu număr atomic mai mare de 5, tehnica este versatilă și permite obținerea de informații privind:

legătura dintre compoziția elementară și o caracteristică morfologică particulară;

distribuția generală a ionilor și a elementelor în celulele plantelor și animalelor;

localizarea unor ioni cu funcție fiziologică cunoscută, etc.

4.4. Difracție de electroni pe arii selectate (SAED)

Tehnica de difracție de electroni pe arii selectate (SAED – Selected Area Electron Diffraction) este similară celei de difracție de raze X (XRD), cu deosebirea că ea oferă posibilitatea examinării unor arii extrem de mici (câteva sute de nm) și se realizează în interiorul unui microscop electronic prin transmisie.

Într-un microscop electronic prin transmisie, probele sunt supuse acțiunii unui fascicul de electroni de energie înaltă. Cum aceste probe au în general grosimi tipice situate în jurul a 100 nm iar electronii posedă energii de 100 – 400 keV, electronii vor trece ușor prin probă. Din cauză că lungimea de undă a electronilor este o fracțiune de nm, iar într-un solid spațiile dintre atomi sunt numai cu ceva mai mari, atomii acționează ca o rețea de difracție pentru acești electroni care vor difracta.

Ca rezultat, imaginea corespunzătoare de pe ecranul microscopului electronic va afișa o serie de spoturi sau inele de difracție, fiecare dintre acestea corespunzând unei condiții de difracție a structurii cristaline a probei. Pentru caracterizarea morfologică a pulberilor se urmărește distribuția de diametre ale particulelor.

ASPECTE TOXICOLOGICE ȘI ASUPRA SĂNĂTĂȚII

În sistemul respirator dacă particulele sunt mai mici de 10 nm, acestea vor fi depozitate în mare parte în nazofaringe și bronhii așsa cum se poate observa în figura 2 (19). Particulele cele mai penetrante sunt cele cu o mărime de la 100 la 1000 nm (0,1 – 1µm) (20, 21).

Ele pot constitui un pericol atunci când sunt depozitate în nas, în cazul în care urmând nervul olfactiv pătrund în creier, așa cum s-a dovedit experimental la șobolani.

Evaluarea datelor referitoare la impactul potențial asupra sănătății prin expunerea la NP este inadecvat. Informațiile disponibile pot fi clasificate în doua categorii principale: date experimentale și date umane.

Figura 2. Organele cele mai afectate de expunerea la nanoparticule, în funcție de dimensiunile acestora.

Curbele de eficiență ale depunerii particulelor în diferite părți ale sistemului respirator in functie de dimensiunea particulelor (modelul emis de Comisia Internațională de Protecție Radiologică ) [ICRP international commission on radiological protection; Human respiratory tract model for radiological protection. Oxford. Elsevier science Ltd, 1994; Lastbom L., Cammer P. Deposition and clearance of particles in the human lung. Scand. J.Work Environ. Health. 2000; 26 (suppl.1), 23-27. ]). Acest model a fost confirmat de mai multe studii recente, deși datele experimental încă lipsesc. Nanoparticulele sunt cele cu o dimensiune mai mică de 0,1 µm. Eficiența depunerii crește în întreg sistemul respirator, atunci când dimensiunea particulelor scade 0.1 la 0.01 µm. La 10-3 µm, adica 1 nm, 80% dintre particule sunt oprite în nas (și pot migra apoi în creier). Aceste particule au o durată de viață scurtă, deoarece acestea atașa la alte molecule de gaz (coagulare) și sunt astfel în particule mai mari. Depunerea poate fi modificata prin absorbție de vapori sau condensare (în cazul în care particulele sunt solubile în apă). (COMMITTEE FOR PREVENTION AND PRECAUTION-Nanotechnologies, Nanoparticles:What Hazards – What Risks?; Paris, May 2006;Ministry of Ecology and Sustainable Development,pg 17) .

Cercetarile în curs sau cele deja disponibile se referă aproape în intregime la trei tipuri de particule:

amestecuri de NP eșantion în atmosferă și legate de poluarea urbană sau în unele zone industriale. Aceste studii evaluează NP asociate cu alte componente ale aerosolilor complecsi, care nu pot fi disociate din cauza modului în care sunt generate. Acesta este cazul particulelor ultrafine din aerul poluat;

NP sintetizate în mod special pentru cercetare toxicologică. Caracteristicile lor sunt apropiate de cele ale NP fabricate sau generate în mod spontan. Ele includ particule de carbon (negru de fum, carbon elementar), particule metalice, de polimeri, etc.;

NP fabricate/furnizate de industriile producătoare sau de laboratoare de cercetare, care lucrează pentru aceste industrii.

O dificultate în analiza NP sintetizate, constă în instabilitatea lor. Între generarea lor și momentul în care vin în contact cu oamenii, se pot produce două fenomene, amândouă dificil de controlat (deoarece sunt greu de reprodus): agregarea particulelor sau aglomerarea, ce modifică distribuția particulelor și absorbția NP datorate reactivității mari ce le caracterizează, astfel încât indifferent de compoziția lor inițială particulele testate pot absorbi subsțante chimice din mediul în care au fost pregatite, respectiv folosite (atmosferă, mediu de cultură celulară).

Toxicologia nanoparticulelor nu este o știință nouă. Până în anul 1990, cercetătorii și-au concentrat atenția asupra a cinci indicatori, care caracterizează patogenitatea nanoparticulelor asupra aparatului respirator:

dimensiunea, care determină modalitățile de penetrare și depunere în căile respiratorii;

forma;

biorezistența, considerată echivalentă cu timpul de retenție în sistemul respirator;

posibila structura cristalină pentru particule minimale

compozitia chimică.

Actualmente, în practică, fiecare tip de NP trebuie considerat unic și trebuie să parcurgă o anumită investigație toxicologică independentă de testele toxiocologice tradiționale efectuate deja asupra speciilor chimice incluse în compoziția lor.

Modele de studiu – abordare experimentală

Modelele experimentale de studiu pot fi clasificate în două mari categorii:

modele in vitro (pe cultura de celule izolate);

modele in vivo (pe organisme vii).

Modele in vitro

Modelele in vitro studiază interacțiunea dintre nanoparticule și culturile celulare precum și raspunsul biologic rezultat (COMMITTEE FOR PREVENTION AND PRECAUTION-Nanotechnologies, Nanoparticles:What Hazards – What Risks?; Paris, May 2006;Ministry of Ecology and Sustainable Development,pg 56-57)(sursa este de fapt coloana de referinte din tabel)

Tabelul 1.Modelul acelular in vitro

Tabelul 2. Modelul celular in vitro

Au fost obținute trei rezultate importante în experimentele folosind nanoparticule de masă egală:

când compoziția chimică și dimensiunile sunt identice, răspunsul biologic crește cu dimensiunea particulelor. Nanotuburile de carbon sunt, prin urmare, mai reactive decât nanosferele de carbon cu un diamentru aerodinamic echivalent;

când compoziția chimică și forma sunt identice, răspunsul biologic (proinflamator, stress oxidativ) crește cu suprafața specifică a particulelelor. Prin urmare, nanoparticulele sferice de dioxid de titan sau carbon nu provoacă un raspuns biologic semnificativ, în timp ce NP cu concentratii echivalente în aer sau mediu de cultură de la aceeași specie provoacă răspunsuri biologice măsurabile;

când anumite dimensiuni sau forme sunt identice, răspunsul biologic depinde de compoziția chimică a nanoparticulei, datorită solubilității parțiale a speciilor chimice toxice sau datorită numărului și naturii situsurilor reactive disponibile pe suprafață la momentul contactului dintre particulă și membranele biologice.

Mecanismele moleculare ale acestor procese sunt încă puțin ințelese, dar dovezile sugerează implicarea situsului oxidativ celular și formarea mediatorilor celulari ai inflamației.

Au fost identificate trei căi principale în inducerea acestui răspuns:

stimularea directă de către particulă a receptorilor membranari proteici;

peroxidarea fosfolipidelor membranare de către radicalii liberi generați la suprafața particulei;

modificarea directă a componentelor intracitoplasmatice, intramitocondriale sau intranucleare după internalizarea nanoparticulei.

Au fost observate și efecte nespecifice legate de anomalii ale mecanismelor (fagocitoza) pentru internalizarea particulei, fie deoarece capacitatea de fagocitoză a celulei este saturată (efect de suprasarcina), fie datorită unei fagocitoze incomplete sau impiedicate de nanoparticulele foarte lungi.

Modele in vivo și ex vivo

Modelele ex vivo au loc în afara unui organism. În știință, ex vivo se referă la experimente sau măsurători efectuate în sau pe țesut de la un organism, într-un mediu extern cu modificarea minimă de condiții naturale. Modelele ex vivo permit experimentarea pe celule sau țesuturi în condiții mai controlate decât este posibil în experimantele in vivo.

Un avantaj principal al folosirii țesuturilor ex vivo este abilitatea de a efectua teste sau măsurători, care altfel nu ar fi posibile, sau nu ar fi etice pe subiectii vii.

Utilizarea modelelor ex vivo se folosește pentru:

testarea și găsirea unor noi agenți de tratare a cancerului standard și prin metode alternative, care sunt eficiente împotriva celulelor canceroase din organism;

măsurători ale proprietăților fizice, termice, electrice, mecanice, optice ale țesuturilor, mai ales în diferite medii, care altfel nu ar putea susține viața (de exemplu: temperaturi și presiuni extreme);

dezvoltarea de modele realiste de procedură chirurgicală;

investigații în interacțiunea diferitelor tipuri de energii, cu țesuturi.

Modelele in vivo și ex vivo sunt mult mai dificil de folosit pentru a studia nanopaticulele din cauza conținutului lor, deoarece există foarte puține cercetări de acest tip în laboratoarele de specialitate, precum și datorită problemelor întâlnite în generarea aerosolilor de dimensiuni nanometrice stabile.

Tabel 3. Model ex vivo

Tabel 4. Model in vivo(inhalare)

Tabel 5. Model in vivo (injectare intravasculara)

Tabel 6. Model in vivo (injectare intratraheala)

Referinte pentru studii experimentale ale nanoparticulelor fabricate:

1.Barlow PG, Donaldson K, MacCallum J, Clouter A, Stone V. Serum exposed to nanoparticle carbon black displays increased potential to induce macrophage migration.Toxicol Lett 2005;155(3):397-401.

2. Barrett EG, Rudolph K, Bowen LE, Muggenburg BA, Bice DE. Effect of inhaled ultrafine carbon particles on the allergic airway response in ragweed-sensitized dogs. Inhal Toxicol 2003;15(2):151-65.

3. Beck-Speier I, Dayal N, Karg E, Maier KL, Roth C, Ziesenis A, Heyder J. Agglomerates of ultrafine particles of elemental carbon and TiO2 induce generation of lipid mediators in alveolar macrophages. Environ Health Perspect 2001;109 Suppl 4:613-8.

4. Beck-Speier I, Dayal N, Karg E, Maier KL, Schumann G, Schulz H, Semmler M, Takenaka S, Stettmaier K, Bors W, Ghio A, Samet JM, Heyder J. Oxidative stress and lipid mediators induced in alveolar macrophages by ultrafine particles. Free Radic Biol Med 2005;38(8):1080-92.

5. Beck-Speier I, Dayal N, Karg E, Maier KL, Schumann G, Semmler M, Koelsch SM. Oxymetazoline inhibits proinflammatory reactions: effect on arachidonic Acid-derived metabolites. J Pharmacol Exp Ther 2006;316(2):843-51.

6. Beckett WS, Chalupa DF, Pauly-Brown A, Speers DM, Stewart JC, Frampton MW, Utell MJ, Huang LS, Cox C, Zareba W, Oberdorster G. Comparing inhaled ultrafine versus fine zinc oxide particles in healthy adults: a human inhalation study. Am J Respir Crit Care Med 2005;171(10):1129-35.

7. Bermudez E, Mangum JB, Wong BA, Asgharian B, Hext PM, Warheit DB, Everitt JI. Pulmonary responses of mice, rats, and hamsters to subchronic inhalation of ultrafine titanium dioxide particles. Toxicol Sci 2004;77(2):347-57.

8. Brown DM, Stone V, Findlay P, MacNee W, Donaldson K. Increased inflammation and intracellular calcium caused by ultrafine carbon black is independent of transition metals or other soluble components. Occup Environ Med 2000;57(10):685-91.

9. Brown DM, Wilson MR, MacNee W, Stone V, Donaldson K. Size-dependent proinflammatory effects of ultrafine polystyrene particles: a role for surface area and oxidative stress in the enhanced activity of ultrafines. Toxicol Appl Pharmacol 2001;175(3):191-9.

10. Brown JS, Zeman KL, Bennett WD. Ultrafine particle deposition and clearance in the healthy and obstructed lung. Am J Respir Crit Care Med 2002;166(9):1240-7.

11. Brown DM, Donaldson K, Borm PJ, Schins RP, Dehnhardt M, Gilmour P, Jimenez LA, Stone V. Calcium and ROS-mediated activation of transcription factors and TNF-alpha cytokine gene expression in macrophages exposed to ultrafine particles. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2004;286(2):L344-53.

12. Cassee FR, Arts JH, Fokkens PH, Spoor SM, Boere AJ, van Bree L, Dormans JA.Pulmonary effects of ultrafine and fine ammonium salts aerosols in healthy and monocrotaline-treated rats following short-term exposure. Inhal Toxicol 2002;14(12):1215-29.

13. Chang CC, Chiu HF, Wu YS, Li YC, Tsai ML, Shen CK, Yang CY. The induction of vascular endothelial growth factor by ultrafine carbon black contributes to the increase of alveolar-capillary permeability. Environ Health Perspect 2005;113(4):454-60.

14. Churg A, Stevens B, Wright JL. Comparison of the uptake of fine and ultrafine TiO2 in a tracheal explant system. Am J Physiol 1998;274(1 Pt 1):L81-6.

15. Churg A, Gilks B, Dai J. Induction of fibrogenic mediators by fine and ultrafine titanium dioxide in rat tracheal explants. Am J Physiol 1999;277(5 Pt 1):L975-82.

16. Dick CA, Brown DM, Donaldson K, Stone V. The role of free radicals in the toxic and inflammatory effects of four different ultrafine particle types. Inhal Toxicol 2003;15(1):39-52.

17. Donaldson K, Beswick PH, Gilmour PS. Free radical activity associated with the surface of particles: a unifying factor in determining biological activity? Toxicol Lett 1996;88(1-3):293-8.

18. Duffin R, Tran CL, Clouter A, Brown DM, MacNee W, Stone V, Donaldson K. The Importance of Surface Area and Specific Reactivity in the Acute Pulmonary Inflammatory Response to Particles. Ann Occup Hyg 2002;46(Suppl 1):242-5.

19. Elder AC, Gelein R, Finkelstein JN, Cox C, Oberdorster G. Pulmonary inflammatory response to inhaled ultrafine particles is modified by age, ozone exposure, and bacterial toxin. Inhal Toxicol 2000;12 Suppl 4:227-46.

20. Elder AC, Gelein R, Azadniv M, Frampton M, Finkelstein J, Oberdorster G. Systemic effects of inhaled ultrafine particles in two compromised, aged rat strains. Inhal Toxicol 2004;16(6-7):461-71.

21. Gallagher J, Sams R, 2nd, Inmon J, Gelein R, Elder A, Oberdorster G, Prahalad AK.Formation of 8-oxo-7,8-dihydro-2’-deoxyguanosine in rat lung DNA following subchronic inhalation of carbon black. Toxicol Appl Pharmacol 2003;190(3):224-31.

22. Geys J, Coenegrachts L, Vercammen J, Engelborghs Y, Nemmar A, Nemery B, Hoet PH.In vitro study of the pulmonary translocation of nanoparticles: a preliminary study. Toxicol Lett 2006;160(3):218-26.

23. Gilmour PS, Ziesenis A, Morrison ER, Vickers MA, Drost EM, Ford I, Karg E, Mossa C,Schroeppel A, Ferron GA, Heyder J, Greaves M, MacNee W, Donaldson K. Pulmonary and systemic effects of short-term inhalation exposure to ultrafine carbon black particles.Toxicol Appl Pharmacol 2004;195(1):35-44.

24. Gurr JR, Wang AS, Chen CH, Jan KY. Ultrafine titanium dioxide particles in the absence of photoactivation can induce oxidative damage to human bronchial epithelial cells.Toxicology 2005;213(1-2):66-73.

25. Hamoir J, Nemmar A, Halloy D, Wirth D, Vincke G, Vanderplasschen A, Nemery B,Gustin P. Effect of polystyrene particles on lung microvascular permeability in isolated perfused rabbit lungs: role of size and surface properties. Toxicol Appl Pharmacol 2003;190(3):278-85.

26. Harder V, Gilmour P, Lentner B, Karg E, Takenaka S, Ziesenis A, Stampfl A, Kodavanti U,Heyder J, Schulz H. Cardiovascular responses in unrestrained WKY rats to inhaled ultrafine carbon particles. Inhal Toxicol 2005;17(1):29-42.

27. Hext PM, Warheit DB, Mangum JB, Asgharian B, Wong BA, Bermudez E, Everitt JI.Comparison of the Pulmonary Responses to Inhaled Pigmentary and Ultrafine Titanium Dioxide Particles in the Rat, Mouse and Hamster. Ann Occup Hyg 2002;46(Suppl 1):191-6.

28. Hext PM, Tomenson JA, Thompson P. Titanium dioxide: inhalation toxicology and epidemiology. Ann Occup Hyg 2005;49(6):461-72.

29. Johnston CJ, Finkelstein JN, Gelein R, Baggs R, Oberdorster G. Characterization of the early pulmonary inflammatory response associated with PTFE fume exposure. Toxicol Appl Pharmacol 1996;140(1):154-63.

30. Johnston CJ, Finkelstein JN, Mercer P, Corson N, Gelein R, Oberdorster G. Pulmonary effects induced by ultrafine PTFE particles. Toxicol Appl Pharmacol 2000;168(3):208-15.

31. Kapp N, Kreyling W, Schulz H, Im Hof V, Gehr P, Semmler M, Geiser M. Electron energy loss spectroscopy for analysis of inhaled ultrafine particles in rat lungs. Microsc Res Tech2004;63(5):298-305.

32. Kendall M, Brown L, Trought K. Molecular adsorption at particle surfaces: a PM toxicity mediation mechanism. Inhal Toxicol 2004;16 Suppl 1:99-105.

33. Khandoga A, Stampfl A, Takenaka S, Schulz H, Radykewicz R, Kreyling W, Krombach F.Ultrafine particles exert prothrombotic but not inflammatory effects on the hepatic microcirculation in healthy mice in vivo. Circulation 2004;109(10):1320-5.

34. Kim H, Liu X, Kobayashi T, Kohyama T, Wen FQ, Romberger DJ, Conner H, Gilmour PS,Donaldson K, MacNee W, Rennard SI. Ultrafine carbon black particles inhibit human lung fibroblast-mediated collagen gel contraction. Am J Respir Cell Mol Biol 2003;28(1):111-21.

35. Kim YM, Reed W, Lenz AG, Jaspers I, Silbajoris R, Nick HS, Samet JM. Ultrafine carbon particles induce interleukin-8 gene transcription and p38 MAPK activation in normal human bronchial epithelial cells. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2005;288(3):L432-41.

36. Kreyling WG, Semmler M, Erbe F, Mayer P, Takenaka S, Schulz H, Oberdorster G, Ziesenis A. Translocation of ultrafine insoluble iridium particles from lung epithelium to extrapulmonary organs is size dependent but very low. J Toxicol Environ Health A2002;65(20):1513-30.

37. Lam CW, James JT, McCluskey R, Hunter RL. Pulmonary toxicity of single-wall carbon nanotubes in mice 7 and 90 days after intratracheal instillation. Toxicol Sci2004;77(1):126-34.

38. Lambert AL, Trasti FS, Mangum JB, Everitt JI. Effect of preexposure to ultrafine carbon black on respiratory syncytial virus infection in mice. Toxicol Sci 2003;72(2):331-8.

39. Lambert AL, Mangum JB, DeLorme MP, Everitt JI. Ultrafine carbon black particles enhance respiratory syncytial virus-induced airway reactivity, pulmonary inflammation,and chemokine expression. Toxicol Sci 2003;72(2):339-46.

40. Lundborg M, Johansson A, Lastbom L, Camner P. Ingested aggregates of ultrafine carbon particles and interferon-gamma impair rat alveolar macrophage function. Environ Res 1999;81(4):309-15.

41. Lundborg M, Johard U, Lastbom L, Gerde P, Camner P. Human alveolar macrophage phagocytic function is impaired by aggregates of ultrafine carbon particles. Environ Res 2001;86(3):244-53.

42. Lundborg M, Dahlen SE, Johard U, Gerde P, Jarstrand C, Camner P, Lastbom L.Aggregates of ultrafine particles impair phagocytosis of microorganisms by human alveolar macrophages. Environ Res 2006;100(2):197-204.

43. Moller W, Hofer T, Ziesenis A, Karg E, Heyder J. Ultrafine particles cause cytoskeletal dysfunctions in macrophages. Toxicol Appl Pharmacol 2002;182(3):197-207.

44. Moller W, Brown DM, Kreyling WG, Stone V. Ultrafine particles cause cytoskeletal dysfunctions in macrophages: role of intracellular calcium. Part Fibre Toxicol 2005;2:7.

45. Monteiro-Riviere NA, Nemanich RJ, Inman AO, Wang YY, Riviere JE. Multi-walled carbon nanotube interactions with human epidermal keratinocytes. Toxicol Lett 2005;155(3):377-84.

46. Nemmar A, Delaunois A, Nemery B, Dessy-Doize C, Beckers JF, Sulon J, Gustin P.Inflammatory effect of intratracheal instillation of ultrafine particles in the rabbit: role of Cfiber and mast cells. Toxicol Appl Pharmacol 1999;160(3):250-61.

47. Nemmar A, Hoylaerts MF, Hoet PH, Dinsdale D, Smith T, Xu H, Vermylen J, Nemery B.Ultrafine particles affect experimental thrombosis in an in vivo hamster model. Am J Respir Crit Care Med 2002;166(7):998-1004.

48. Nemmar A, Hoet PH, Vanquickenborne B, Dinsdale D, Thomeer M, Hoylaerts MF,Vanbilloen H, Mortelmans L, Nemery B. Passage of inhaled particles into the blood circulation in humans. Circulation 2002;105(4):411-4.

49. Nemmar A, Hoylaerts MF, Hoet PH, Vermylen J, Nemery B. Size effect of intratracheally instilled particles on pulmonary inflammation and vascular thrombosis. Toxicol Appl Pharmacol 2003;186(1):38-45.

50. Nemmar A, Hamoir J, Nemery B, Gustin P. Evaluation of particle translocation across the alveolo-capillary barrier in isolated perfused rabbit lung model. Toxicology2005;208(1):105-13

51. Oberdorster G, Finkelstein JN, Johnston C, Gelein R, Cox C, Baggs R, Elder AC. Acute pulmonary effects of ultrafine particles in rats and mice. Res Rep Health Eff Inst

2000(96):5-74; disc 75-86.

52. Oberdorster G, Sharp Z, Atudorei V, Elder A, Gelein R, Lunts A, Kreyling W, Cox C. Extrapulmonary translocation of ultrafine carbon particles following whole-body inhalation exposure of rats. J Toxicol Environ Health A 2002;65(20):1531-43.

53. Oberdorster G, Sharp Z, Atudorei V, Elder A, Gelein R, Kreyling W, Cox C. Translocation of inhaled ultrafine particles to the brain. Inhal Toxicol 2004;16(6-7):437-45.

54. Oberdorster E. Manufactured nanomaterials (fullerenes, C60) induce oxidative stress in the brain of juvenile largemouth bass. Environ Health Perspect 2004;112(10):1058-62.

55. Penn A, Murphy G, Barker S, Henk W, Penn L. Combustion-derived ultrafine particles transport organic toxicants to target respiratory cells. Environ Health Perspect 2005;113(8):956-63.

56. Powell JJ, Harvey RS, Ashwood P, Wolstencroft R, Gershwin ME, Thompson RP. Immune potentiation of ultrafine dietary particles in normal subjects and patients with inflammatory bowel disease. J Autoimmun 2000;14(1):99-105.

57. Rahman Q, Lohani M, Dopp E, Pemsel H, Jonas L, Weiss DG, Schiffmann D. Evidence that ultrafine titanium dioxide induces micronuclei and apoptosis in Syrian hamster embryo fibroblasts. Environ Health Perspect 2002;110(8):797-800.

58. Ramage L, Proudfoot L, Guy K. Expression of C-reactive protein in human lung epithelial cells and upregulation by cytokines and carbon particles. Inhal Toxicol 2004;16(9):607-13.

59. Ramage L, Guy K. Expression of C-reactive protein and heat-shock protein-70 in the lung epithelial cell line A549, in response to PM10 exposure. Inhal Toxicol 2004;16(6-7):447-52.

60. Renwick LC, Donaldson K, Clouter A. Impairment of alveolar macrophage phagocytosis by ultrafine particles. Toxicol Appl Pharmacol 2001;172(2):119-27.

61. Renwick LC, Brown D, Clouter A, Donaldson K. Increased inflammation and altered macrophage chemotactic responses caused by two ultrafine particle types. Occup Environ Med 2004;61(5):442-7.

62. Sayes CM, Gobin AM, Ausman KD, Mendez J, West JL, Colvin VL. Nano-C60 cytotoxicity is due to lipid peroxidation. Biomaterials 2005;26(36):7587-95.

63. Semmler M, Seitz J, Erbe F, Mayer P, Heyder J, Oberdorster G, Kreyling WG. Long-term clearance kinetics of inhaled ultrafine insoluble iridium particles from the rat lung,including transient translocation into secondary organs. Inhal Toxicol 2004;16(6-7):453-9.

64. Shukla A, Timblin C, BeruBe K, Gordon T, McKinney W, Driscoll K, Vacek P, Mossman BT. Inhaled particulate matter causes expression of nuclear factor (NF)-kappaB-related genes and oxidant-dependent NF-kappaB activation in vitro. Am J Respir Cell Mol Biol 2000;23(2):182-7.

65. Shvedova AA, Castranova V, Kisin ER, Schwegler-Berry D, Murray AR, Gandelsman VZ,Maynard A, Baron P. Exposure to carbon nanotube material: assessment of nanotube cytotoxicity using human keratinocyte cells. J Toxicol Environ Health A 2003;66(20):1909-26.

66. Singal M, Finkelstein JN. Amorphous silica particles promote inflammatory gene expression through the redox sensitive transcription factor, AP-1, in alveolar epithelial cells. Exp Lung Res 2005;31(6):581-97.

67. Stearns RC, Paulauskis JD, Godleski JJ. Endocytosis of ultrafine particles by A549 cells.Am J Respir Cell Mol Biol 2001;24(2):108-15.

68. Stone V, Tuinman M, Vamvakopoulos JE, Shaw J, Brown D, Petterson S, Faux SP, Borm P, MacNee W, Michaelangeli F, Donaldson K. Increased calcium influx in a monocytic cell line on exposure to ultrafine carbon black. Eur Respir J 2000;15(2):297-303.

69. Takenaka S, Karg E, Roth C, Schulz H, Ziesenis A, Heinzmann U, Schramel P, Heyder J. Pulmonary and systemic distribution of inhaled ultrafine silver particles in rats. Environ Health Perspect 2001;109 Suppl 4:547-51.

70. Takenaka S, Karg E, Kreyling WG, Lentner B, Schulz H, Ziesenis A, Schramel P, Heyder J. Fate and toxic effects of inhaled ultrafine cadmium oxide particles in the rat lung. Inhal Toxicol 2004;16 Suppl 1:83-92.

72. Tamaoki J, Isono K, Takeyama K, Tagaya E, Nakata J, Nagai A. Ultrafine carbon black particles stimulate proliferation of human airway epithelium via EGF receptor-mediated signaling pathway. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2004;287(6):L1127-33.

73. Tin Tin Win S, Yamamoto S, Ahmed S, Kakeyama M, Kobayashi T, Fujimaki H. Brain cytokine and chemokine mRNA expression in mice induced by intranasal instillation with ultrafine carbon black. Toxicol Lett 2005.

74. Uchino T, Tokunaga H, Ando M, Utsumi H. Quantitative determination of OH radical generation and its cytotoxicity induced by TiO(2)-UVA treatment. Toxicol In Vitro 2002;16(5):629-35.

75. Vertegel AA, Siegel RW, Dordick JS. Silica nanoparticle size influences the structure and enzymatic activity of adsorbed lysozyme. Langmuir 2004;20(16):6800-7.

76. Warheit DB, Laurence BR, Reed KL, Roach DH, Reynolds GA, Webb TR. Comparative pulmonary toxicity assessment of single-wall carbon nanotubes in rats. Toxicol Sci 2004;77(1):117-25.

77. Wilson MR, Lightbody JH, Donaldson K, Sales J, Stone V. Interactions between ultrafine particles and transition metals in vivo and in vitro. Toxicol Appl Pharmacol2002;184(3):172-9.

78. Wottrich R, Diabate S, Krug HF. Biological effects of ultrafine model particles in human macrophages and epithelial cells in mono- and co-culture. Int J Hyg Environ Health 2004;207(4):353-61.

79. Yang CS, Chang CH, Tsai PJ, Chen WY, Tseng FG, Lo LW. Nanoparticle-based in vivo investigation on blood-brain barrier permeability following ischemia and reperfusion. Anal Chem 2004;76(15):4465-71.

80. Zhang Q, Kusaka Y, Sato K, Nakakuki K, Kohyama N, Donaldson K. Differences in the extent of inflammation caused by intratracheal exposure to three ultrafine metals: role of free radicals. J Toxicol Environ Health A 1998;53(6):423-38.

81. Zhou YM, Zhong CY, Kennedy IM, Pinkerton KE. Pulmonary responses of acute exposure to ultrafine iron particles in healthy adult rats. Environ Toxicol 2003;18(4):227-35.

82. Zhou YM, Zhong CY, Kennedy IM, Leppert VJ, Pinkerton KE. Oxidative stress and NFkappaB activation in the lungs of rats: a synergistic interaction between soot and iron particles. Toxicol Appl Pharmacol 2003;190(2):157-69

Nanoparticulele pătrund în organism pe diferite căi:

prin bariera pumonară alveolo-capilară

prin intermediul nervului olfactiv

prin bariera trasplacentară

prin mucus

prin bariera hemato-encefalică.

Aceste diverse căi de patrundere în organism ale NP sunt încă subiectul numeroaselor polemici despre mecanismele pătrunderii (pasive sau active) și despre importanța lor. De exemplu, nu se cunoaște dacă răspunsul cardio-vascular observat după inhalarea de NP rezultă din reacția inflamatorie a căilor respiratorii sau a interstițiului pulmonar sau din transferul nanoparticulelor în sistemul vascular (prin interacțiune directă dintre particule cu componentele intravasculare, cum ar fi factorii de coagulare).

Mecanismele patogene depind de modul de penetrare, de străbaterea prin bariere și posibilele modificări ale reactivității chimice și biochimice datorită dimensiunii și efectului de vector al NP în raport cu alte xenobiotice aflate în mediu.

Abordarea la om

Rezultatele studiilor experimentale efectuate pe animale de laborator nu pot fi traspuse direct la om. Au fost raportate trei tipuri de studii umane:

Studii de depunere în sistemul respirator sau de retenție tisulară

Experimentele legate de depunerea în sistemul respirator măsoară fracțiunea de particule din aerosolii calibrați, depuse prin inhalare. Studiile de retentie tisulară măsoară particulele ultrafine din aerul poluat aflate în țesutul prelevat prin autopsie (tabelul7) Aceste studii confirmă realitatea penetrării, depunerii și translocării (migrarea în organism de la situl de depunere) de NP ultrafine inhalate de oameni.

Studii clinice asupra inhalării de aerosoli calibrați spune-mi te rog in engleza termenul calibrat……nu suna ok, este vb de nanoparticule cu diameter cunoscute, verifica te rog!!!!!!!!

Acesta este textul in engleza.M-am tot uitat pe el.Nu stiu cum as putea formula sa sune corect.Am putea sa il scoatem?

Clinical studies of inhalation of calibrated aerosols

In these primarily experimental clinical studies, volunteer subjects inhale calibrated aerosols and then undergo testing of respiratory (respiratory volume and flow and bronchial reactivity) and cardiovascular (heart rate, blood pressure, blood viscosity, cardiac electric activity, and myocardial function) parameters

În aceste studii clinice experimentale primare subiecții voluntari inhalează aerosoli calibrați și apoi se efectuează teste respiratorii (volum respirator, debit și reactivitate bronșică) și se masoară parametrii cardiovasculari (ritm cardiac, tensiune arterială, vascuozitatea sângelui, activitatea electrică cardiacă). (tabelul 7)

Tabelul 7. Studiile clinice la om

Referinte detaliate tabel 7

1. Brown JS, Zeman KL, Bennett WD. Ultrafine particle deposition and clearance in the healthy and obstructed lung. Am J Respir Crit Care Med 2002;166(9):1240-7.

2. Chalupa DC, Morrow PE, Oberdorster G, Utell MJ, Frampton MW. Ultrafine particle deposition in subjects with asthma. Environ Health Perspect 2004;112(8):879-82.

3. Daigle CC, Chalupa DC, Gibb FR, Morrow PE, Oberdorster G, Utell MJ, Frampton MW.Ultrafine particle deposition in humans during rest and exercise. Inhal Toxicol2003;15(6):539-52.

4. Nemmar A, Hoylaerts MF, Hoet PH, Dinsdale D, Smith T, Xu H,Vermylen J, Nemery B.Ultrafine particles affect experimental thrombosis in an in vivo hamster model. Am J Respir Crit Care Med 2002;166(7):998-1004

Multe din rezultatele obținute confirmă modificarea pe termen scurt a parametrilor masurați, deși semnificația lor în termeni de morbiditate nu poate fi majoră. Aceste rezultate sugerează totuși posibilitatea unor efecete mai grave la subiecți cu vulnerabilitate crecsută.

Particulele ultrafine, poluarea aerului și efectele asupra sănătății

O mare parte a rezultatelor cercetărilor pun în evidență implicarea particulelor din atmosferă în afecțiunile acute și cronice datorită poluării urbane și la locul de muncă. În literatura de specialitate se evidențiază o corelație statistică între expunerea la particule ultrafine și modificarea parametrilor funcționali.

Multe argumente bazate pe diverse abordîri experimentale converg, sugerând probabilitatea ca nanoparticulele să aibă reactivitate biologică. Acestea sunt asociate cu o reactivitate chimică mare comparativ cu dimensiunea lor foarte mică. Prin urmare NP pot prezenta un pericol pentru oameni, dar cu toate acestea, în acest moment nu există date suficiente și nici o metodologie adecvată pentru evaluarea riscurilor pentru sănătatea umană.

Partea practică

Aplicații medicale ale nanoparticulelor

Importanța nanoparticuleleor în medicină

Pentru înțelegerea, cercetarea și tratarea bolilor nanotehnologia furnizează instrumente noi. Atribuirea de funcționalități biologice noi pentru nanoparticule va determina interacțiunea cu celulele și cu constituenții lor (proteine, lipide, ADN, etc.) într-un mod specific sau pot opri anumite reacții metabolice.

In următoarele domenii pot fi întâlnite aplicații ale nanoparticulelor în medicină:

tratarea bolilor

Datorita faptului ca majoritatea medicamentelor sunt administrate fie enteral, fie prareneteral acest lucru conduce la o serie de probleme:

reducerea efectelelor terapeutice determinată de timpul necesar pentru ca medicamentul să-și facă efectul.

injecțiile pot fi dureroase, pot fi administrate cu dificultate, pot fi scumpe și chiar periculoase.

Obiectivul urmărit de terapeutica actuala este, ca un medicament care vizează exclusiv o boală, să fie administrat rapid și cu precizie, fără efecte secundare; astfel ca sistemele de furnizare a medicamentelor de dimensiune nanometrica pot fi: a) cu țintă specifică, pentru ca celulele sănătoase să nu fie afectate și in acest fel tratamentul să necesite concentrații mici de substanțe medicamentoase; b) cu eliberare prelungită sau continua a substantei medicamentoase pentru furnizarea unui tratament permanent.

Medicamentele de dimensiune nanometrica pentru a fi furnizate folosesc un sistem care fie separă moleculele dintr-un suport polimeric biocompatibil, fie îl încapsulează într-un rezervor la scală nanometrică..

Nanoparticule multifuncționale pot fi create prin elaborare și sinteză. Acestea se leagă de anumite genuri de celule din organism în mod specific (de ex. celulele canceroase, macrofage, etc.). Datorită faptului că nanoparticulele sunt create să fie vizibile prin tehnici de imagistică medicală, ele pot fi folosite ca markeri sau taguri pentru a permite monitorizarea și răspândirea bolii.

repararea țesuturilor lezate

Noile materiale compozite biocompatibile sintetizate vor fi absorbite de organism pentru a repara plaga, de ex. prin folosirea materialelor nanoporoase și a polimerilor biocompatibili.

laboratoratoarele pe un cip și biosenzorii- astfel, pentru a oferirea unui diagnostic precis și rapid, au fost concepute dispozitivele de diagnostic în miniatură care sunt în curs de dezvoltare; cu acestea se preleveaza si o cantitate mica de lichid, iar eșantioanele nu vor trebui să fie trimise la laborator pentru analiză, economisindu-se timp și resurse. Dispozitivele de diagnostic miniaturizate includ biosenzorii, micromatricile (microarrays) și dispozitivele numite ”laboratoare-pe-un–cip” (LOC), denumite și sisteme miniaturizate de analiză totală.

Laboratoarele pe un cip au un mare avantaj: denumite si laboratoare integrate miniaturizate acestea determina separarea și analiza eșantioanelor biologice într-un singur dispozitiv (de ex. sângele). Aceste mini-laboratoare sunt fabricate din sisteme microfluidice, care includ micropompe și microvalve, integrate cu componente microelectronice; pe langa acestea dispozitivul mai poate integra unul sau mai mulți senzori.

Cu ajutorul nanotehnologiei pot fi miniaturizate componente și pot fi îmbunătățite funcții specifice, un exemplu in aceste sens fiind folosirea electrozilor de mărime nanometrică sau a membranelor nanoporoase.

Tot cu ajutorul nanotehnologiei este permisa integrarea într-un singur proces a diagnosticului unei boli, imagisticii, terapiei și rezultatului – proces cunoscut sub numele de “theranostics”. Substantele medicamentoase pot fi atasate de nanoparticule (cum ar fi punctele cuantice) avand loc o denaturare a unei proprietăți (schimbarea culorii) odată ce medicamentul și-a atins ținta terapeutica. Atasat unui sistem lent de eliberare la țintă, nanoparticulele iși vor schimba treptat culoarea în timp ce acționează, semnaland astfel personalului medical informatii legate de progresul terapiei. Un exemplu de agent theranostic este folosirea naoparticulelor de aur atât pentru pentru imagistică cât și pentru tratarea celulelor canceroase. (Revista nationala de educatie „Interferente in educatie”, iunie 2011, Stegarescu Marius Daniel, profesor coordonator Mînză Lidia, C.N. ”Vasile Alecsandri” Galați)

Prin utilizarea nanopaticulelor special preparate este posibilă livrarea medicamentelor către țesuturile sau celulele – țintă, un exemplu in acest sens este etilenglicolul folosit pentru funcționalizarea unor nanoparticule; acesta le face relativ greu de identificat, astfel încât substanțele terapeutice pe care le vehiculează au o distribuție crescută în organism.

Prin utilizarea unor tehnici speciale, nanoparticulele dezvolta reziztenta la sucurile digestive și, astfel, în anumite situatii terapeutice pot acționa cu o mai mare selectivitate. Cunoscute ca buckyballs, după numele unui joc popular cu magneți, nanostructurile de carbon, permit atragerea radicalilor liberi rezultati în cursul reacțiilor antigen – anticorp, anihiland inflamația indusă prin mecanisme imunologice. Așa-numitele nanoballs “îmbracă” celulele tumorilor viscerale pentru a le creste selectiv vulnerabilitatea la iradierea cu lumina infraroșie generată de un laser. Extrem de higroscopice, nanoparticulele din silicat de aluminiu, se impregnează pe pansamente datorită proprietății de a stopa hemoragiile în plăgi.

O alta categorie de nanoparticule de material semiconductor (selenide sau sulfide de cadmiu sau zinc) datorita proprietăților optice și electrice de excepție, pot fi modulate pentru a obține imagini selective multicolore, capabile să ofere detalii ale proceselor biologice și să localizeze tumorile.

O serie de nanoparticulele de oxid de fier, cuplate cu peptide, sunt utilizate pentru îmbunătățirea imaginilor obținute prin rezonanță magnetică, iar nanoparticulele de aur sau materiale magetice sunt utilizate la identificarea cantităților infintezimale ale unor substanțe din produsele biologice supuse analizei de laborator.

In cadrul nanobiotehnologiilor cu proprietăți antimicrobiene sunt intrebuintate particule de argint, oxid nitric sau antibiotice. Nanoparticulele de argint sunt incorporate in prezent în pansamente, in instrumente și cosmetice. Terapia de înlocuire cromozomială presupune restructurarea celulară cu ajutorul nanoroboților (cromalocite), avand loc inlocuirea întregului conținut de cromatină din nucleul unei celule cu un nou set de cromozomi generați articifical fără denaturarea celor originali.

Efectul antitumoral al nanoparticulelor de argint în modelul limfomului ascitei maligne (Dalton)

M.I. Sriram, S.B.M. Kanth, K. Kalishwaralal, S. Gurunathan, “Antitumor activity of silver nanoparticles in Dalton's lymphoma ascites tumor model”, Departamentul de Biotehnologie al Universității Kalasalingam, Tamilnandu, India, International Journal of Nanomedicine, 2010; 5: 753–762, publicat online Oct 5, 2010. doi:  10.2147/IJN.S11727

Prezentul Studiul realizat de M.I.Siriam si colab. urmareste sa demonstreze eficiența nanoparticulelor de argint sintetizate pe cale biologică ca agent antitumoral, utilizând liniile de celule (ale limfomului ascitei maligne), atât in vitro, cât și in vivo. Citotoxicitatea dependentă de doza a nanoparticulelor de argint față de celulele , este datorata activarii enzimei 3-caspază, ceea ce a condus la apoptoza celulelor respective. Nu a fost semnalata, in urma acestui studiu, aparitia toxicitatii fie ea acute (convulsii, hiperactivitate), fie cronice (creștere în greutate, modificări ale parametrilor sângelui). Argintul a fost cunoscut doar ca un metal până la recenta apariție a erei nanotehnologiei, când a fost recunoscut ca argintul ar putea fi produs la scara nanometrica. Argintul metalic a fost supus unor recente tehnologii de inginerie, rezultând particule ultrafine, dimensiunile fiind măsurate în nanometri (nm) si poseda morfologii și caracteristici distincte (Silver S, Phung LT, Silver G. Silver as biocides in burn and wound dressings and bacterial resistance to silver compounds. J Ind Microbiol Biotechnol. 2006;33:627–634; Klasen HJ. Historical review of the use of silver in the treatment of burns. I. Early uses. Burns. 2000;26:117–130)

Față de grupurile de control (netratate cu nanoparticule de argint) durata de viață (timpul de supraviețuire) a fost crescut cu circa 50% prin utilizarea nanoparticulelor de argint; a fost semnalata si o reducere cu circa 65% a cantității de fluid ascitic în cazul șoarecilor cu tumori, scazându-le astfel greutatea la normal. Analiza histopatologică a fluidului ascitic a arătat totodată o reducere a numărului de celule DLA în cazul șoarecilor tratați cu nanoparticulele de argint.

Rezultate

Utilizând testul MTT a fost verificat efectul nanoparticulelor de argint asupra viabilității celulelor DLA. Prin utilizarea acestor nanoparticulele a fost scazuta viabilitatea celulelor DLA într-un mod dependent de doză (fig. 10)

După 6 ore de tratament, a fost semnalata o reducere a concentrației de 500 nM ce a scăzut viabilitatea celulelor DLA la 50% comparativ cu valoarea inițiala și de aceea această doză a fost aleasă ca doză LC50 pentru celulele DLA. Au fost demonstrate efecte mai puternice prin expuneri mai îndelungate sau la concentrații mai mari. Restul experimentelor au fost facute cu aceeasi concentrație, de 500 nM.

Prin administrarea timp de 15 zile a nanoparticulele de argint într-o concentrație de 500 nM, nanoparticulele fiind libere de endotoxine, cu diametrul de 50 nm, au fost protejati complet 4 dintre cei 5 șoareci cu DLA. Mai mult, acesti șoarecii tratați au supraviețuit 32 de zile, in raport cu grupul de control unde a fost semnalata o durata de viata de 18 zile, socotind din prima zi a inducerii tumorii.

Initial in grupul de control volumul tumorii a fost de circa 7,3 ml, dar acest volum a fost redus la 2,6 ml în grupul tratat timp de 15 zile cu nanoparticule de argint în concentrație de 500 nM .

Nanoparticulele de argint actioneaza prin activarea enzimei 3-caspază, determinand în acest fel moartea celulelor maligne, fără afectarea celulelor normale intr-o masura semnificativa. Acest mecanism de acțiune este susținut de către activarea acestei enzime (activare care a fost confirmată prin teste calorimetrice de determinare a sa) precum și de către testele de fragmentare ale ADN-ului celular, ale căror rezultate evidențiază moartea apoptotică.

A fost estimat că nano-tehnologia va avea un impact de 3100 miliarde dolari asupra economiei globale in 2015. Schmidt CW. Nanotechnology-related environment, health, and safety research. Environ Health Perspect. 2009;117:A158–161. Utilizarea nanoparticulelor de argint ar trebui să constituie una din abordările noi în terapia cancerului și, în cazul în care mecanismul molecular de direcționare este mai bine înțeles, aplicațiile nanoparticulelor de argint sunt susceptibile să se extindă. Vaidyanathan R, Kalishwaralal K, Gopalram S, Gurunathan S. Nanosilver – the burgeoning therapeutic molecule and its green synthesis. Biotechnol Adv. 2009;27:924–937. Studiul explorează activitatea antitumorală potențială a nanoparticulelor sintetizate biologic pe o tumoare DLA in vitro prin activarea enzimatica a caspazei 3 care este cunoscuta ca având un efect inhibitor puternic asupra progresiei bolii într-un model de șoarece, ceea ce duce la un efect de regresie puternica a bolii la șoarecii tratați prin reducerea volumului tumorii și creșterea în greutate. Aceste sisteme de livrare a medicamentelor sunt dezvoltate în principal în funcție de capacitatea lor de a diferenția între celulele maligne si non-maligne, făcându-le o alternativa promitatoare pentru administrarea medicamentelor existente. Acest tip de direcționare eficienta a nanoparticulelor de argint se poate realiza în terapii viitoare folosind conjugarea peptidei RGD, care vizează în mod direct celulele tumorale, fara a afecta celulele normale. Astfel, un studiu al mecanismului exact prin care nanoparticulele de argint inhiba in cascada mecanismele responsabile pentru dezvoltarea și progresia bolii de ar fi un progres imens în domeniul nanomedicinei, facand din aceste medicamente o alternativă eficientă în tratamentul anti-tumoral și al bolilor asociate cu angiogeneza.

Aplicatii ale nanoparticulelor de aur

Nanoparticulele de aur sunt investigate pentru aplicații biologice datorită biocompatibilității lor, mai ales în microscopie electronică cât și ca un vehicul de livrare pentru biomolecule (22).

Cu toate acestea, utilizarea nanoparticulelor de aur ca agent terapeutic este relativ nouă, aurul atrăgând atenția datorită naturii sale relativ non-toxice (23, 24). Aurul a fost dovedit a avea o afinitate puternică pentru tiol și amine, proprietate ce permite modificări de suprafață ale nanoparticule de aur relativ ușor cu agenți și/sau chimioterapice de direcționare care posedă aceste fracțiuni (24).

Compușii de aur au fost folosiți de chinezi și indieni încă din anii 2500 – 2600 î.Hr., în formă de "Swarna Bhasma", un medicament pe bază de aur, în diverse scopuri, cum ar fi creșterea puterii vitale și vindecarea impotenței (25) (23).

În secolul al XIX-lea și începutul secolului XX, NP de aur au fost utilizate pentru tratamentul epilepsiei, sifilisului, bolilor reumatice, tuberculozei și diferitelor boli de piele inflamatorii.

Aurotiomalatul de sodiu (Myocrisin™) și aurotioglucoză (Solganol™) sunt complexe solubile ale aurului în apă utilizate pentru artrita reumatoidă. O a doua generație de medicamante, Auranofin (Ridauro™) a fost dezvoltat în 1985 demonstrând eficiență în tratamentul artritei (26).

În 1978 cisplatină a fost aprobata de catre Food and Drug Administration ca un agent antitumoral. Aceasta a declansat interesul în explorarea altor metale pentru potențialul anti-cancerigeni. În principal, compușii pe bază de aur au demonstrat proprietăți anti-cancer. Prin adăugarea de aur (I) și aur (III), a fost îmbunătățită activitatea antitumorală a unor cunoscuți compuși antitumorali (27). Dovezi recente inspiră aplicarea viitoare a nanoparticulelor de aur ca molecule terapeutice folosită în angiogeneza tulburărilor cum ar fi cancerul și artrita reumatoidă.

Pe scurt, NP de aur pot fi sintetizate în trei moduri diferite: metode fizice; metode chimice; metode biologice. Metodele fizice includ iradierea cu microunde (28), metoda sonochimică, cu ablație laser (29), procedeu termolitic, metode fotochimice și metode induse radicale (30).

În general, NP de aur sunt sintetizate în fază de soluție, utilizând tetraclorura de hidrogen (HAuCl4) ca precursor metalic, urmată de etapa de reducere cu borohidrură de sodiu, citrat trisodic, sau fosfor.

Proprietățile chimice și biochimice ale NP de Au rezultă din afinitatea puternică prin legarea la grupări ca: tioli, disulfuri, fosfina și amine; afinitatea puternică a aurului la fragmantele de tiol și amină permite multor liganzi biologici, cum ar fi ADN, peptide, proteine, anticorpi, virusuri și receptorii să acopere suprafața cu aur (31). Astfel, conjugații aurului pot fi utilizați în diverse aplicații biomedicale.

Proprietățile biologice ale nanoparticulelor de aur

Nanoparticulele și organitele intracelulare pot fi similare ca mărime, asemănare ce crește posibilitățile de livrare ale nanoparticulele într-o anumită manieră și de a extrage informațiile intracelulare, fiind de ajutor pentru detectarea, diagnosticarea și tratarea bolilor (32). În cele mai multe dintre aplicațiile biologice, nanoparticulele de aur sunt folosite fie ca agenți pasivi, fie ca o sondă pentru microscopie electronică sau ca un vehicul. Toxicitatea și biodistribuția nanoparticulelor de aur și a altor nanoparticule au fost studiate atât in vitro cât și in vivo (33).

Recent, Mukherjee P și colab. au demonstrat că nanoparticule de aur pot fi utilizate ca agenți activi, ce interferează direct cu procesele celulare și posedă proprietăți antianginoase și antitumorale (34). Nanoparticule de aur pot fi, de asemenea, fabricate ca o nanoplatforma multifuncțională pentru diverse aplicații biomedicale, cum ar fi detectarea și diagnosticarea diferitelor maladii (35) (36).

Sokolov și colab., au folosit platforma multifuncțională de NP de Au conjugat cu un anticorp pentru a se lega la receptorii factorului de creștere epidermal (EGFR). Pentru a testa specificitatea NP de Au, albumina serică bovină (BSA) a fost conjugată cu NP de Au și testată pe celulele canceroase de col uterin; în urma acestui test nu a rezultat nici o împrăștiere SPR confirmând specificitatea particulelor de anticorp conjugate cu NP de aur.

În mod similar, anticorpii anti-EGFR conjugați cu nanoparticule de aur au fost folosiți pentru a administra distrugrea fotodermică selectivă a celulelor specifice canceroase (37) (38).

Fischer și colab. au raportat că ligandul modificat cu NP de Au poate interacționa cu α-chimotripsina rezultând inhibarea enzimei, urmată de denaturare enzimatică (39).

Nanoparticulele pot fi folosite pentru livrarea specifică a medicamentelor citotoxice cu potențialul de a minimaliza toxicitatea și de a reduce efectele secundare nocive. Este vorba de fabricarea unui sistem bazat pe nanoparticule de aur ce direcționează transportul medicamentelor (TDDS) (40) (Fig. 2)

Nanoparticulele polimerice sunt prezentate ca nanopurtători reprezentativi (cercuri). Direcționarea către țesutul pasiv se realizează prin extravazarea de nanoparticule prin creșterea permeabilității vasculare a tumorii și drenaj limfatic ineficiente (efect EPR). Direcționatea către țesutul activ (medalion) se poate realiza prin funcționalizarea suprafaței nanoparticulelor cu liganzi, care să promoveze recunoașterea de celule specifice și obligatorii. Mecanismul de acțiune al nanoparticulele poate fi (40):

eliberarea conținutului în imediata apropiere a celulelor țintă;

atașarea de membrana celulei și eliberarea susținută de medicamente din depozit extracelular;

internalizarea în celulă.

Figura 2. Nanoparticulele polimerice sunt prezentate ca nanopurtatori (cercuri);

Alte cercetări au demonstrat că un nivelul scăzut a dozei de gemcitabină folosind cetuximab ca agent țintă și nanoparticule de aur ca transportor (cărăuș), a dus la o inhibare semnificativă a creșterii tumorii într-un model de cancer pancreatic (41).

Alte exemple de sisteme ce livrează medicamente acoperite cu NP de aur sunt bazate pe AuriTax și Aurimune-T. AuriTax și Aurimune-T sunt ambele sisteme multivalente asamblate pe NP de aur cu diametrul de 25 nm. AuriTax are în componență factorul de necroză tumorală (TNF), paclitaxel și PEG. Aurimune-T pur și simplu conține TNF și PEG. Studiile pe animale au arătat că Aurimune-T a avut o creștere de 10 ori a eficienței in vivo comparativ cu TNF.

Utilizarea radioizotopilor de aur coloidal

Izotopul de Au radioactiv 198 se dezintegrează la o particulă beta de 0.98 MeV și emite două radiații gamma (0.12 și 0.41 MeV) cu penetrare minimă a țesuturilor (0.38 mm, t1/2 = 2.7 zile) (42). Permeabilitatea mai mică a izotopului de Au 198 oferă o mare cantitate de radiații ionizante într-o zonă tumoarală localizată fără a afecta țesutul normal (43).

Utilizarea NP radioactive de aur este foarte eficientă; iar rata de supraviețuire este de 96.3% în tratamentul pacienților cu cancer ovarian (44). Aurul radioactiv a fost de asemenea utilizat în tratamentul carcinomului hepatic și cancerului endometrial, cu efecte secundare minime comparativ cu radioterapia tradițională. În ciuda acestor succese ale eficacității terapeutice, terapia cu aur radioactive este limitată (45).

Aurul radioactiv a fost aplicat în tratamentul câtorva tipuri de neoplasm: prostată, cap și gât, carcinom bronhogenic, carcinom nazofaringian. De exemplu în studiul lor, Chanda și colab., au administrat la șoareci, aur radioactiv conjugat cu gumă arabică glicoproteina (GA) într-o xenogrefă umană de celule prostatice tumorale. Administrarea intratumorală de NP de aur radioactiv beta-emițătoare a inhibat creșterea tumorii fără a arăta efecte secundare evidente. Volumele tumorilor au fost reduse la 82% (46).

Aplicații ale nanoparticulelor feromagnetice

Recent, super-nanoparticulele de oxid de fier paramagnetic (SPION) și chelați de gadoliniu câștigă interes ca agenți de contrast în tehnica imagistică RMN. Super-nanoparticulele de oxid de fier paramagnetic prezintă un interes special, datorită sensibilității lor, naturii biodegradabile și căilor metabolice celulare (47).

Gadoliniu (Gd) conjugat la nanoparticule oligonucleotidice de TiO2-DNA a arătat, de asemenea, o creștere a sensibilității de detecție atunci când este utilizat ca agent de contrast în RMN (48). După 48 de ore de tratament cu Gd- TiO2-DNA, concentrația de Gd a fost de 1000 de ori mai mare în celule, comparativ cu agentul de contrast liber (48).

Unele nanoparticule magnetice acoperite cu dextran (MNPs), de asemenea, câștigă importanță clinică ca agenți de contrast în RMN, cum ar fi oxidul de fier și Ferumoxtran aprobat de FDA pentru detectarea unor tumori solide (49).

Alte nanomateriale, care sunt utilizate ca agenți de contrast pentru RMN sunt lantanidele și nanomateriale semiconductoare (CdS, CdTe, CdSe și ZnS), datorită proprietăților de fotoluminescență puternice și stabile (50).

Nanoparticule magnetice funcționalizate (fig. 1 de inserat mnp agenti contrast) (Au@Fe3O4, Si@Fe3O4, SiO2@Fe3O4, Au@Fe3O4) au fost utilizate pentru a identifica metastaze ganglionare în tumori solide, patologii inflamatorii specifice macrofagelor, ateroscleroză, artrită reumatoidă și neurodegenerări atât în studii in vitro cât și in vivo. Particulele magnetice de oxid de fier, Fe2O3 -magnetita și forma sa oxidată maghemita (y-Fe2O3), au fost supuse multor studii de cercetare deoarece sunt non-toxice și mai stabile din punct de vedere termic. Gadoliniu este paramagnetic din punct de vedere magnetic. Ca agenti de contrast în imagistica de rezonanță magnetică sunt utilizate suspensiile de chelați de gadoliniu. Nanoparticulele de chelați de Gd au dimensiuni cuprinse în intervalul 5-100 nm și sunt dispersate într-o soluție injectabilă. Agentul de contrast Omniscan conține 287 mg gadodiamida dizolvată în soluție injectabilă și este utilizat în general pentru diagnosticarea tumorilor sistemului nervos central; Multihance- este tot un agent de contrast nou in terapeutica. (Cristin-Petrică Constantin,“Contribuții la studiul nanoparticulelor utilizate ca agenți de contrast în imagistica medicală de rezonanță nucleară”, Iasi, 2013,pg.11-15).

În studiul realizat în anul 2006, de R Jurgons și colab., a fost vizat un model de cancer indus experimental, la iepure, în care a fost cercetat transportul de medicamente cu ajutorul nanoparticulelor magnetice de oxid de fier, de care a fost legat un agent chimioterapeutic (51). Scopul acestiu a urmărit realizarea unei remisii complete a tumorii.

Pentru a evita efectul de prim pasaj, în acest studiu a fost abordată tehnica chimioterapiei localizate pentru tratamentul cancerului cu ajutorul nanoparticulelor magnetice de oxid de fier acoperite cu amidon, dispersate în apă deionizată, prin administrare intraarterială, direct în artera tumorală.

Nanoparticulele magnetice au fost funcționalizate cu agentul chimioterapeutic mitoxantronă și orientate în regiunea tumorală cu un puternic gradient de câmp magnetic exterior. În studiile ulterioare, ar putea fi demonstrat că acest sistem de eliberare a medicamentului poate determina remisiunea completă a tumorilor induse experimental, la iepuri.

Pe lângă faptul că, doza aplicată de medicament ar putea fi diminuată la 20% din doza sistemică, remisia tumorală a fost realizată fără efecte secundare negative, care sunt comune după o chimioterapie obișnuită în cancer. Aceste rezultate favorabile indică un mare avantaj al acestui sistem de eliberare a medicamentului ghidat magnetic, care este dat de reducerea concentrației agentului chimioterapeutic și aplicarea localizată, ce protejează țesuturile sănatoase (52).

Investigații ale distribuției nanoparticulelor au arătat o acumulare mare de particule magnetice în regiunea tumorală, spre deosebire de alte părți ale corpului (de exemplu, ficat sau splină). Acest lucru a fost realizat prin măsurători ale nanoparticulelor Fe 59, cu ajutorul imaginilor tomografice și prin magnetometria semnalului de relaxare cu detector de interferență cuantică, senzori în corespondență cu examenele histologice

Investigațiile privind distribuția în organe și țesuturi a nanoparticulelor au arătat o acumulare mare de nanoparticule magnetice în regiunea tumorii, în contrast cu alte părți ale corpului și anume ficatul sau splina. În experimentele în care au fost utilizate nanoparticule radioactive Fe59, a fost detectată o activitate de 114 de ori mai intensă în regiunea tumorală după administrarea medicamentelelor direcționate magnetic față de un martor asupra căruia nu s-a acționat cu un câmp magnetic (53).

Imaginile unui fragment de țesut tumoral după direcționarea nanoparticulelor magnetice funcționalizate cu medicamente sunt investigate cu ajutorul razelor X. Nanoparticulele de oxid de fier sunt vizibile în sistemul vascular al tumorii, după direcționarea medicamentelor magnetice în sistemul vascular al tumorii.

Figura 1. Imagine cu raze X a unui fragment de țesut tumoral introdus în parafină după directionare prin medicamente magnetice. Nanoparticulele sunt vizibile în sistemul vascular al tumorii [Alexiou C, Jurgons R, Seliger C, Brunke O, Iro H and Odenbach S 2006 Anticancer Res. at press].

Secțiunile histologice corespunzătoare evidențiază că în urma administrării intraarteriale a nanoparticulele magnetice acestea se observă în sistemul vascular al tumorii (figura 2). Măsurători bazate pe magnetometria semnalului de relaxare a nanoparticulelor dovedite neinvazive arată o acumulare în cantități mari în regiunea tumorii, dar cu o acumulare mult mai mică în regiunea ficatului (51) (figura 3).

Timpul lent de degradare observat (figura 3 (b)) a fost atribuit relaxării N'eel, indicând faptul că particulele din tumoră au fost imobilizate. În plus, În acest studiu a fost investigată distribuirea medicamentului chimioterapeutic ca agent terapeutic în tratamentul cancerului (53).

Figura 2. (a) Țesut tumoral prelevat după administrarea nanoparticulelor magnetice funcționalizate cu medicamente, inclus în parafină. (b) imaginea sinoptică a parții histologice colorate cu albastru de Prusia. Nanoparticulele sunt puse în evidență în vasele tumorale, prin apariția pigmentului albastru.

După aplicarea câmpului magnetic extern se poate observa distribuția nanoparticulelor magnetice, centrul distribuției câmpului în formă circulară corespunde poziției tumorii (figura 3).

Figura 3. (a) Distribuția nanoparticulelor magnetice in câmp magnetic după magnetizare. Centrul distribuției câmpului in formă circulară corespunde poziției tumorii. [Wiekhorst F, Jurgons R, Eberbeck D, Sander T, Steinhoff U, Hartwig S, Alexiou C and Trahms L 2005 SQUID system with integrated superconducting shield for monitoring of drug targeting with magnetic nanoparticles in animals Biomed. Tech. 50 609–10].

Studiile in vitro pe culturi de celule tumorale marcate fluorescent au evidețiat legarea directă a mitoxantronei la nucleul celulei, locul necesar de interacțiune medicamentoasă. Comparând diferite tipuri de aplicare, s-a constatat cu ajutorul cromatografiei de lichide de înaltă performanță că agentul terapeutic, după țintirea cu nanoparticule magnetice a zonei tumorale, se găsește într-o concentrație de 75 de ori mai mare în regiunea tumorală comparativ cu administrarea sistemica. [Alexiou C, Jurgons R, Schmid R, Bergemann C, Henke J, Erhardt W, Huenges E and Parak F G 2003 Magnetic drug targeting—biodistribution of the magnetic carrier and the chemotherapeutic agent Mitoxantron after locoregional cancer treatment J. Drug Target. 11 139–49;].

Studiile efectuate in vivo, pe culturi de celule tumorale (hepatocarcinoame) incubate cu mitoxantronă timp de o oră au evidențiat că numai ADN –ul celulelor tumorale, cuplat cu mitoxantronă prezintă fluorescență (figura 4). Cu toate experimentele in vitro și pe animale, este necesar ca nanoparticulele destinate aplicarii in vivo la pacienti umani să fie fațbricate și analizate în conformitate cu reglementările farmaceutice.

Figura 4. Dovada intercalării prin microscopie cu fluorescență a ADN-ului cu mitoxantronă în cultura de celule de carcinom cu celule scuamoase VX2. Partea stângă: faza de imagini de microscopie de contrast pe cultura de celule; dreapta lateral: imagini de fluorescență de aceleași domenii; săgeți: conglomerate de celule tumorale; [Alexiou C, Jurgons R, Seliger C, Kolb S, Heubeck B and Iro H 2006 Fluorescence microscopic investigations on VX2 squamous cell carcinoma cells Z. Phys. Chem. 220 235–40].

Suspensiile de nanoparticule de oxid de fier comerciale, utilizate ca agenți de contrast în RMN trebuie să fie administrate strict intravenos și foarte diluate în apă deionizată, pentru a evita embolizarea cauzată de pierderea stabilității coloidale și formarea de conglomerate mai mari (54).

Compatibilitatea suspensiilor de nanoparticule cu organismele vii este strâns legată de acoperirea și de starea de încărcare a acestora, fiind în mare măsura legate de biocompatibilitatea acestora. Prin aplicarea unui câmp magnetic exterior, după administrare intraarterială a suspensiilor de nanparticule magnetice, are loc o acumulare locală de nanoparticule, cu un potențial crescut de formare de conglomerate și de apariție a riscului de blocaj intravascular.

Prin urmare, în acest studiu a fost investigată stabilitatea coloidală a nanoparticulelor de oxid de fier solubilizate în diferite soluții fiziologice și preparate injectabile.

Nanoparticulele utilizate au fost fabricate de Chemicell (Berlin, Germania) și sunt constituite din oxizi de fier acoperiți de amidon fosfatat pentru stabilitatea coloidală în apă deionizată. Pentru experimente, a fost folosit un electromagnet puternic, cu un câmp magnetic cu putere maximă de 1.7 T și un gradient de câmp magnetic de 10 T m-1.

Agentul chimioterapeutic care a fost folosit, atașat de nanoparticulele magnetice, este un derivat antranilic – mitoxantrona (Novantron®; Lederle, Wyeth-Pharma, Germania), care inhibă sinteza de ADN și ARN și provoacă defecte de intercalare în componența ADN-ului.

Suspensia de nanoparticule a fost diluată 1:100 cu apă distilată, iar dimensiunea particulelor a fost determinată prin DLS imprăștierea de lumină în regim dinamic (Dynamic Light Scattering DLS, NICOMP 380 de ZLS, Santa Barbara, CA, Statele Unite ale Americii). Alte investigații au fost efectuate cu aceeași diluție în soluție de clorură de sodiu 0.9%, Ringer și soluție de electrolit tampon fiziologic (Tutofosin) pentru a simula parametrii fiziologici.

Investigațiile legate de distribuția nanoparticulelor magnetice după perfuzie intra-arterială și după direcționarea magnetică au arătat că acest sistem de eliberare a medicamentului este potrivit pentru atragerea magnetică a nanoparticulelor de oxid de fier către o zonă țintă a organismului (de exemplu, tumori). Acest lucru a fost examinat după o procedură extinsă de fabricație cu particule radioactive de Fe59.

Rezultatele tehnicilor imagistice au fost confirmate de secțiunile histologice. Prin chimioterapia locală este permis controlul acumulării de nanoparticule imediat după tratament. Studiile HPLC pe probe de țesuturi au demonstrat că distribuția agentului chimioterapic urmează distribuția nanoparticulelor aplicate și exclude ipoteza că agentul chimioterapic este absorbit prea devreme, înainte ca purtătorul/cărăușul medicamentului să ajungă la locul de acțiune (de exemplu, regiunea tumorală). Pe lângă aceasta, a fost demonstrată legarea directă a agentului chimioterapic la celulele tumorale cu detecție de fluorescență a ADN-ului intercalat.

Eficacitatea acestui tratament a fost observată numai după administrarea intraarterială a nanoparticulelor și nu după administrarea intravenoasă [Alexiou C, Jurgons R, Schmid R, Bergemann C, Henke J, Erhardt W, Huenges E and Parak F G 2003 Magnetic drug targeting—biodistribution of the magnetic carrier and the chemotherapeutic agent Mitoxantron after locoregional cancer treatment J. Drug Target. 11 139–49]. Toate intervențiile intraarteriale sunt asociate cu un potențial de risc trombotic, mai ridicat decât după administrarea intravenoasă.

Pentru a realiza sisteme de eliberare a medicamentelor acceptabile din punct de vedere farmaceutic prin acest promițător concept terapeutic, sunt necesare modificări suplimentare ale suprafetei particulelor și stabilității coloidale pentru a aplica această terapie pentru tratarea cancerului la pacienți umani.

Aplicațiile nanoparticulelor în ingineria tisulară

Ingineria tisulară se referă la dezvoltarea de noi țesuturi in vitro, care apoi vor fi plasate chirurgical în organismal uman, sau stimularea refacerii in situ, utilzând implante bioartifciale din celule vii, introduse aproape de locul afectat (55).

Un aspect crucial în transplantul celular este urmăriea și monitorizarea grefelor celulare în beneficiarul transplatului. Pentru a verifica celulele in vivo, au fost utilzate nanoparticule superparamagnetice de oxid de fier pentru etichetare celulară, permițând astfel, vizualizarea ulterioară in vivo, cu ajutorul tehnicii imagistice RMN. Aceste informați ajută la optimizarea procesului de transplant, în ceea ce privește numărul de celule necesare, metoda, sau locul administrării celulelor și fereastra terapeutică eficientă în ceea ce privește timpul scurs din momentul producerii leziunii și eficacitatea transplantului.

Prin implicarea microelectronicii sau nanotehnologiei se urmărește crearea de țesuturi sau organe bioartificiale, care pot lua locul unui organ bolnav terminal (ochi, ureche, inimă sau articulație). Dispozitvele protetice implantabile și nanoscheletele pentru creșterea noilor organe sunt noile ținte ale cercetătorilot în nanotehnologie.

Un avans considerabil s-a realizat în nanoingineriea hidroxiapatiei pentru înlocuirea osoasă. Pe viitor, ne putem imagina o lume unde nanodispozitivele sunt implantate în mod curent sau chiar injectate în circulația sanguină pentru a monitoriza starea de sănătate și a participa automat la repararea sistemelor care au deviat de la normal.

Construirea de celule la scară nanometrică poate fi realizabilă prin replicarea lor programată. Semnalele sunt transmise, înainte și înapoi cu instrucțiunile, pentru dimensiunea și forma dorită, la locul construcției. Când instrucțiunile complete sunt terminate, organele pot fi ”crescute” conform condiților specifcate. Pentru a fi compatibile cu statutul imunologic al individului aceste organe ar putea avea codat ADN-ul necesar.

Acest lucru ar putea ușura integrarea structurilor artifciale cu țesuturile vii, împrumutând interfața adecvată sistemelor biologice, având avantajul absenței reacției imune, față de organele donor care se utilzează. În anii următori acesta ar putea reprezenta un salt major în managementul tulburărilor prin insuficiență de organ (56).

Hipertermia în tratamentul cancerului

Opțiunile de tratament pentru cancer sunt dependente de tipul și stadiul cancerului (57). Toate terapiile anti-cancer au limitări din cauza efectelor secundare pronunțate rezultate din transportul nespecific al medicamentelor, biodisponibilitatea slabă, timp de înjumătățire scurt și radiatiile asupra celulelor sănatoase.

Hipertermia este o abordare viabilă; mai multe surse de căldură (cuptoare cu microunde, ultrasunete, radiofrecvența și lasere) au fost testate pentru tratamentul cancerului, din păcate, toate acestea afectează și celulele și țesuturile adiacente datorită încălzirii nespecifice (58).

Hipertermia, este definită ca fiind aplicarea țintită de căldură, pentru a distruge celulele tumorale, la o temperatură de peste 40° C. Aceasta a fost folosită în monoterapie și în asociere cu chimioterapie și radioterapie (59) (60).

Temperaturile ridicate (peste 42° C) determină necroza celulei vii, denaturarea enzimelor și modificări funcționale în ADN și ARN (61), ruptura membranei celulare cu eliberarea conținutului celular, ceea ce duce în final la leziuni celulare și moartea celulară (62).

Cu toate acestea, încălzirea nediferențiată a celulelor normale și maligne constituie o preocupare majoră. Nanoparticulele de aur pot fi folosite ca o sondă pentru hipertermie datorită proprietatilor fizicochimice unice.

Nanoparticulele magnetice acoperite cu siliciu Fe3O4 (MNP) sunt de asemenea folosite în tratamentul hipertermiei (63). O cantitate mare de căldură poate fi generată de MNPs din cauza pierderii de energie produse de bucla magnetică histerezis. Gradul de căldură creat poate fi reglat prin intensitatea câmpului magnetic și formularea suprafeței metalice.

Un studiu recent arată că particulele de lantan magnetită acoperite cu argint sunt materialele ideale pentru hipertermie (TC 41 – 44° C) (64). Aceste nanoparticule au stabilitate în țesutul viu și obțin culori strălucitoare la nivelul creierului de șoarece, atunci când este utilizat ca agent de contrast în RMN.

O altă utilizare a MNP o constituie administrarea de lipozomi cationici magnetici în combinație cu TNF-α și stres promotori inductibili rezultând inhibarea semnificativă a tumorii. MNP au demonstrat, de asemenea, o afinitate crescută față de tumori, când au atașate antigene specifice tumorale

Terapia în cazul hipertermiei (Nam JM, Thaxton CS, Mirkin CA. Nanoparticle-based bio-bar codes for the ultrasensitive detection of proteins. Science. 2003; 301:1884–1886. [PubMed: 14512622] ).

Nanoparticulele mediate hipertermic in vivo necesită o penetrare mai profundă a energiei prin piele și țesut. Recent, nanomaterialele core-shell au fost folosite ca sondă pentru hipertermie în infraroșu apropiat (NIR). Nanoparticulele de aur acoperite cu siliciu prezintă o împraștiere în NIR.

Miezul și grosimea învelișului pot fi reglate pentru a modifica proprietățile optice ale nanoparticulelor rezultate din trecerea din domeniul vizibil în regiunea NIR. Hirsch și colab., au raportat studii in vitro și in vivo privind utilizarea NIR cu nanoshell silice-aur în hipertermie a celulelor în cancerul de sân uman (65).

Un studiu in vivo, utilizând o expunere NIR de 4 – 6 minute, a indicat leziuni tisulare ireversibile și a generat o temperatură de 37.4 ± 6.6 ° C, așa cum este evident din datele RMN.

El-Sayed și colab. au raportat că nanoparticule de aur ar putea fi folosite ca agenți de contrast în imagistica moleculară și în terapia selectivă fototermică cu utilizarea iradierii NIR. De asemenea, ei au demonstrat că iradierea NIR a nanoparticulelor de aur conjugate cu anticorpii anti-EGFR au arătat o distincție clară între celulele sănătoase și cele canceroase (37). Celulele au fost tratate cu acești nanoconjugași și ulterior expuse la acțiunea unui laser (800 nm, 40-160 W/cm2), celulele maligne au prezentat semne de deteriorare la jumătate din energia necesară pentru a deteriora celulele sănătoase. Celulele normale au început să fie distruse la 120 mW (15 W/cm2) și sunt în mod evident distruse la 160 mW (20 W/cm2).

Griffin și colab., au extrapolat această idee și au raportat-o la utilizarea PT-cAu-TNF-α (PT semnifică derivat tiolic de polietilenglicol) pentru eliberarea țintită a TNF-α ; în hipertermie se ilustrează distrugerea celulelor de carcinom mamar SCK.

Metoda imagistică Doppler, a fost utilizată ca tehnică de vizualizare, pentru a determina defectele de perfuzie ale tumorii SCK. Tratamentele au fost efectuate timp de 1 zi și 5 zile și au fost testate PT-cAu-TNF-α, PT-cAu și TNF-α în diferite concentrații, ambele cu și fără căldură (66). Rata de supraviețuire celulară și perfuzia persistentă au fost realizate cu PT-cAu-TNF-α și căldură, având ca rezultat doar 21% din control.

Un studiu comparativ al anticorpului acoperit cu nanomateriale de Au bazate pe siliciu administrate pe cellule HeLa (cancer de col uterin), TCC (cancer de vezică urinară) și A549 (cancer pulmonar) au relevat o eficiențăa fotodistructivă. Anticorpul acoperit a permis penetrarea celulelor și iradierea NIR a fost utilizată la 808 nm pentru a încălzi și provoca distrugerea celulară. Eficacitatea a fost determinată de numărul de particule necesare pentru a provoca moartea celulelor cu energie cu laser fix.

Aceste experimente au arătat că au fost necesare cantități minime de NP de Au acoperite cu siliciu pentru a produce fotodistrucție eficientă (67).

Nanoparticulele de dioxid de titan fotocatalizate (TiO2) posedă proprietăți antitumorale și sunt de interes, dintr-o perspectivă nonfotocatalizată anticancer (68). Functionalizarea suprafaței nanoparticulelor de TiO2 cu alcooli, amine și acizi carboxilici a fost studiată in vitro și in vivo pentru evaluarea proprietăților antitumorale non-fotolitice. Cancerul de col uterin, JHU (cancer de prostată), fibroblasti 3T3 și melanomul B16F1 au fost toate tratate cu nanoparticule de TiO2 funcționalizate cu alcool, amină și acid carboxilic. Rezultatele au demonstrat dezintegrarea membranei de către aceste nanoparticule cauzând moartea celulelor tumorale. Cu toate acestea, particulele funcționalizate cu amină și alcool au arătat o toxicitate mai mare decât particulele funcționalizate cu acizi carboxilici.

Toxicitatea in vitro a nanoparticuleleor de siliciu asupra celulelor canceroase umane

Nanoparticulele de oxid nemetalic, dioxid de siliciu (SiO2) si-au găsit aplicații extinse în mecanică, chimie și ca aditivi la medicamente, produse cosmetice, tonere imprimante, lacuri, și alimente. Citotoxicitatea asociată expunerii la nanoparticulele de siliciu prezintă un grad de specificitate pentru o anumită particulă.

Expunerea la dioxid de siliciu la micro-scală este asociată cu dezvoltarea mai multor boli autoimune, incluzând scleroza sistemică, artrita reumatoida, lupus, boli renale cronice, în timp ce anumite cristale polimorfe de siliciu pot cauza silicoza și cancer pulmonar (69).

Efectele dependente de dimensiunea nanaoparticulelor au fost bine documentate. De exemplu, diferenta de toxicitate între materialele cu dimensiuni micro și nanometrice au fost observate la particule de TiO2 (70), particule de polistiren și fibre minerale (71).

Astfel, este probabil ca proprietățile unice (de exemplu, dimensiuni mici și medii corespunzătoarea suprafeței specifice mari) ale NP de SiO2 să poată determina efecte biologice, care sunt destul de diferite de cele la scară micro.

În anul 2006, Weisheng Lin și colab., au efectuat un studiu pentru evidențierea efectelor citotoxice ale nanoparticulelor de siliciu cu diametre de 15 nm și 46 nm. În studiu au folosit siliciul cristalin (Min-U-Sil 5) ca martor pozitiv, pe culturi celulare carcinogene bronhoalveolare umane.

Expunerea la nanoparticule de SiO2 de 15 nm și de 46-nm, timp de 48 ore la niveluri de dozare între 10 și 100 µg/ml a scăzut viabilitatea celulară într-o manieră dependentă de doză. În ambele cazuri nanoparticulele de SiO2 au prezentat efect citotoxic mai pronunțat decât Min-U-Sil 5; cu toate acestea, citotoxicitatea nanoparticulelor de siliciu de 15 nm și 46 nm nu a fost semnificativ diferită.

Nanoparticule de SiO2 de 15 nm au fost utilizate pentru a determina citotoxicitatea dependentă de timp și de răspunsul la stresul oxidativ. Viabilitatea celulară a scăzut semnificativ atât în funcție de doză (10 – 100 pg/ml) cât și în funcție de timul de expunere (24 h, 48 h și 72 ore).

Indicatorii de stres oxidativ și citotoxicitate, inclusiv totalul de specii reactive de oxigen (ROS), glutation, malondialdehida și lactat dehidrogenaza, au fost evaluate cantitativ. Expunerea la nanoparticule de SiO2 a crescut nivelul ROS și a redus nivelul de glutation. A crescut producția de malondialdehida și eliberarea lactat dehidrogenazei din celule lipidice indicate prin peroxidare și deteriorarea membranei.

Pe scurt, expunerea la NP de SiO2 determină o citotoxicitate dependentă de doză asupra culturilor de celule carcinogene bronhoalveolare umane, strâns corelată cu creșterea stresului oxidativ.

Primul obiectiv al acestui studiu a fost de a evalua citotoxicitatea nanoparticulelor de SiO2 (15 nm, 46 nm), pe celule de carcinom bronhoalveolar uman (A549). Siliciu cristalin (Min-USil 5), un pericol bine știut, pentru sănătate, a fost folosit drept control pozitiv (72).

Al doilea obiect a fost de a studia mecanismul stresului oxidativ indus de nanoparticule de SiO2 cu diametru de 15 nm. În studiul de față, nanoparticulele au fost dispersate în mediul de cultură celulară, în diferite concentrații și apoi dozat.

Citotoxicitatea a fost măsurată prin determinarea viabilității celulare folosind sulforodamină B (SRB). Pentru a elucida posibilele mecanisme de citotoxicitate, biomarkeri pentru citotoxicitate și stresul oxidativ, specii de oxigen reactive și anume (ROS), glutation (GSH), malondialdehida (MDA) și lactat dehidrogenaza (LDH), au fost măsurate utilizând 2', 7'- dichlorofluorescindiacetat (DCFH-DA), prin cromatografie de înaltă performanța (HPLC) și testul LDH.

Cultura de celule și tratamentul cu SiO2

Linia de celule canceroase bronhoalveolare, A549, a fost utilizată pe scară largă în studii de citotoxicitate in vitro (Huang et al, 2004;.. Bakand et al, 2006). Celulele au fost menținute în mediu F Ham 12 suplimentat cu ser fetal bovin 10%, 100 U/ml penicilină și 100 pg/ml streptomicină, și crescute la 37° C la o umiditate cu 5% CO2 mediu. Pentru testul SRB, celulele A549 au fost însămânțate într-o placă cu 24 de godeuri, la o densitate de 1,0 x 104 celule pe godeu în 1.0 ml mediu de cultură și lăsate să adere timp de 48 ore.

Pentru determinarea GSH, MDA și nivelurile LDH, celulele A549 au fost plasate în baloane de 75 cm2 – la o densitate de 2.0 x 105 celule per balon în 13 ml mediu de cultură și lasate să adere timp de 48 ore. Apoi, proaspăt dispersate, nanoparticulele suspendate în mediu de cultură celulară s-au diluat la concentrații adecvate (10, 50 și 100 pg/ml) și au fost imediat aplicate la celule. Celulele ce nu au fost expuse la particule au servit pentru controlul calității fiecărui experiment.

Un nivel de dozare mai mic de 10 pg/ml nu a produs citotoxicitate asupra celulelor A549, în timp ce un nivel de dozare mai mare de 100 pg/ml a dus la severă precipitații în masa de celule, după 48 de ore. Răspunsul (de exemplu, viabilitatea celulelor), la 24 de ore de expunere nu a fost la fel pronunțat ca și la 48 de ore.

După incubare cu nanoparticule de SiO2, timp de 48 h, mediu de cultură celulară a fost colectat pentru determinarea LDH. Celulele au fost spălate cu PBS rece și tripsinizate. Au fost congelate la -70 ° C până la analiză pentru a determina nivelurile de GSH, MDA, și proteine.

Pentru determinarea ROS, celulele au fost alese la o densitate de 1.0 x 105 celule/godeu într-o placă cu 24 de godeuri acoperite cu colagen de cultură și lăsate să se atașeze timp de 48 h, după care a fost masurată valoarea ROS.

Evaluarea citotoxicității

După expunerea celulelor la nanoparticule de SiO2 sau Min-U-Sil 5 pentru 24, 48, și 72 ore, mediul a fost îndepărtat și numărul de celule din fiecare godeu a fost determinat utilizând testul cu sulforodamină B (SRB). Pe scurt, celulele au fost fixate cu 500 µl de acid tricloracetic (TCA) 10% rece pentru 1 h. Soluția TCA a fost apoi îndepărtată, iar celulele au fost spălate de trei ori cu apă distilată, urmată de uscare sub azot.

Cinci sute de microlitri de sulforodamină B 0,2% în acid acetic 1% au fost adăugate în fiecare godeu pentru a colora celulele timp de 30 min. Soluția de colorare a fost aruncată și celulele au fost spălate cu acid acetic 1% pentru îndepărtarea excesului de colorant. După uscarea completă, în fiecare godeu a fost dizolvat în 300 µl de tampon Tris 10 mM (pH 10,5) rece. O sută de microlitri de soluție de colorat a fost transferată într-o placă cu 96 de godeuri și a fost măsurată absorbanța la 550 nm folosind un cititor de microplăci (FLOURstar, BMG LabTechnologies, Durham, NC, SUA).

Rezultatele obținute din caracterizarea nanoparticulelor de SiO2 de 15 nm, 46 nm și Min-U-Sil 5 arată că valorile medii ale dimensiunilor și distribuția acestor trei tipuri de particule au fost: 15 ± 5 nm, 46 ± 12 nm, și 629 ± 272 nm, iar suprafața zonei de măsurare BET a fost 268.01, 52.48 și 6.35 m2/g.

În graficul următor este prezentată viabilitatea celulelor A549 după expunere la nanoparticule de SiO2 pentru 48 de ore în concentrații de 10 µg/ml, 50 µg/ml și 100 µg/ml și Min-U-Sil 5. Doza este reprezentată pe axa orizontală, iar viabilitatea celulară (%) pe axa verticală. Valorile sunt media ± SD de la trei experimente independente.

Semnificația este indicată prin: * p <0.05 comparativ cu celulele expuse la Min-U-Sil 5 de 50 µg/ml; αp <0.05 comparativ cu celule expuse la Min-U-Sil 5 de100 µg/ml. Min-U-Sil 5 a fost utilizat drept control pozitiv în acest studiu și viabilitatea celulară a grupurilor expuse la Min-U-Sil 5 (10, 50, 100 pg/ml) a scăzut semnificativ la 95.1%, 85.2% și 81.0%, comparativ cu grupul de control (ps <0,05).

Discuții

Până în prezent, există foarte puține studii care investighează efectele toxice ale nanomaterialelor și nici nu sunt diponibile linii directoare pentru cuantificarea acestor efecte. În acest studiu, citotoxicitatea nanoparticulelor de SiO2 de două dimensiuni (15 nm, 46 nm) a fost investigată în culturi de celule de carcinom bronhoalveolar uman împreună cu siliciul cristalin (Min-U-Sil 5) ca și control pozitiv.

Citotoxicitatea NP de SiO2 de 15 nm și cea a celor de 46 nm nu a fost semnificativ diferită una față de cealalată, la concentrații 10-100 µg/ml. Cum era de așteptat, expunerea la siliciu cristalin a redus semnificativ viabilitatea celulară. Interesant, ambele dimensiuni de nanoparticule de SiO2 au avut citotoxicitate mai mare decât cea a siliciului cristalin în concentrații 50 -100 g/ml.

Într-un alt studiu in vivo, Warheit și colab. (2005), au constatat că nanoparticulele de SiO2 de 10 nm au produs un răspuns inflamator pulmonar mai mare decât în cazul particulelor de cuarț Min-U-Sil (diametru mediu de 1.6 µm) după instilarea particulelor în plămâni de șobolan, la doze de 1 sau 5 mg/kg.

Cu toate acestea, într-un experiment separat, autorii au găsit un ordin opus de potență inflamatorie opusă la nanoparticule de SiO2 de 50 nm comparativ cu particule de cuarț Min-U-Sil. Prin urmare, mai multe experimente și studii ale mecanismului sunt necesare pentru a elucida diferența dintre citotoxicitatea SiO2 la scara nanometrică și la micro-scară.

În ceea ce privește complexitatea și diverse proprietăți ale particulelor, cum ar fi compoziția, dimensiunea, forma, activitatea de suprafață, tratament de suprafață și cristalinitate, un studiu bazat numai pe dimensiune oate fi înșelător, dacă sunt implicate și alte variabile.

Oberdorster et al., 2005 au efectuat un studiu în care siliciul cristalin (Min-U-Sil 5) a servit ca material de control pozitiv pentru evaluarea citotoxicității a două nanoparticule de SiO2 (15 nm, 46 nm). Studiul a arătat că nanoparticule de SiO2 de 15 nm și 46 nm SiO2 au o citotoxicitate similară. Astfel, s-au utilizat nanoparticule de SiO2 15 nm pentru a studia stresul oxidativ indus de nanoparticule în celule A549.

Rezultatele au indicat că nanoparticulele de SiO2 de 15 nm la dozaj de 10-100 pg/ml au o citotoxicitate dependentă atât de doză și de timp. Stresul oxidativ celular s-a manifestat prin niveluri ridicate ROS, nivelurile reduse GSH și o creștere a peroxidării lipidelor.

Relația liniară inversă între nivelul ROS și nivelul GSH a indicat că specii de radicali liberi au fost generate de expunerea la SiO2 reducand nivelurile de antioxidanți celulari (R2 = 0.980). Mai mult, radicalii liberi au condus la producerea de malondialdehidă, indicativ al peroxidării lipidelor. Nu a fost o corelație puternică între scaderea viabilitatii celulare și creșterea nivelului ROS după 48 de ore de expunere.

Corelația inversă între scăderea viabilității celulare și activitatea crescută LDH sugerează că moartea celulelor este cauza principală a acestei scăderi.

Împreună, aceste rezultate indică faptul că reducerea viabilității celulare este datorată creșterii stresului cellular, ceea ce duce la creșterea mortalității celulare așa cum indică nivelul de LDH eliberat. În timp ce testul cu sulforodamină B (SRB) și testul LDH măsoară viabilitatea celulară, LDH oferă informații suplimentare despre deteriorarea membranei celulare.

Dependența de dimensiune, citotoxicitate a fost bine documentată. În general, se consideră ca o particulă cu cât este mai mică, cu atât are o mai mare toxicitate (73, 74). Datorită suprafeței specifice mari, nanoparticulele de SiO2 de 15nm ar fi de așteptat să inducă un stress oxidativ superior nanoparticulelelor de 46 nm, dacă toți ceilalți factorii sunt identici.

Cu toate acestea, datele acestui studiu arată o citotoxicitate asemănătoare între nanoparticulele de SiO2 de 15 nm și 46 nm- în intervalul de dozaj 10-100 pg/ml. Acest rezultat poate reflecta agregarea nanoparticulelor de SiO2 în mediul de cultură.

Pe lângă inducerea stresului oxidativ, reducerea stresului oxidativ al nanoparticulelor de SiO2 poate fi rezultatul pătrunderii particulelor în nucleul celulei. Pot rezulta clustere aberante de topoizomeraza I și agregarea proteinelor, determinand modificări funcționale, cum ar fi inhibarea replicării, transcrierea și proliferarea celulară (75).

În concluzie, studiul elaborat de W. Lin si colab., a demonstrat că nanoparticulele de SiO2 de 15 nm și 46 nm reduc semnificativ viabilitatea celulară într-o manieră dependentă de doză și de timp, în cazul celulelor de carcinom bronhoalveolar cu dozajul de 10-100 µg/ml. Ambele nanoparticule de SiO2 au arătat citotoxicitate mai mare decât cea a materialului de control pozitiv (Min-U-Sil 5). ROS generat de expunerea la nanoparticule de SiO2 de 15-nm produce stres oxidativ în aceste celulele ca o reflectare a nivelurilor reduse de GSH și creșterea producției de MDA și LDH, ca indicativ al peroxidării lipidice și deteriorării membranei.

Bibliografie

1. CHAUDRET B. Chimie organométallique et nanoparticules. L'Actualité chimique. 2005(290-91):33-43.

2. Corriu R, Nguyên TA. Chimie moléculaire, sol-gel et nanomatériaux: Editions Ecole Polytechnique; 2008.

3. Ion AC, Ion I, Culetu A, Gherase D. Carbon-based nanomaterials. Environmental applications. Romania. 2010.

4. Nowack B, Bucheli TD. Occurrence, behavior and effects of nanoparticles in the environment. Environmental pollution. 2007;150(1):5-22.

5. Ciobanu CS, Iconaru SL, Gyorgy E, Radu M, Costache M, Dinischiotu A, et al. Biomedical properties and preparation of iron oxide-dextran nanostructures by MAPLE. 2012.

6. Iconaru S, Andronescu E, Ciobanu C, Prodan A, Coustumer PL, Predoi D. BIOCOMPATIBLE MAGNETIC IRON OXIDE NANOPARTICLES DOPED DEXTRAN THIN FILMS PRODUCED BY SPIN COATING DEPOSITION SOLUTION. Digest Journal of Nanomaterials & Biostructures (DJNB). 2012;7(1).

7. Iconaru S, Ciobanu C, Le Coustumer P, Predoi D. Structural Characterization and Magnetic Properties of Iron Oxides Biological Polymers. Journal of superconductivity and novel magnetism. 2013;26(4):851-5.

8. Sanborn G, Turano S, Ready WJ. Oxygen plasma resurrection of triode type carbon nanotube field emission cathodes. Diamond and Related Materials. 2014;43:1-4.

9. Saito Y. Nanoparticles and filled nanocapsules. Carbon. 1995;33(7):979-88.

10. Ehrman SH, Aquino-Class MI, Zachariah MR. Effect of temperature and vapor-phase encapsulation on particle growth and morphology. Journal of materials research. 1999;14(04):1664-71.

11. Petri Ahonen P, Joutsensaari J, Richard O, Tapper U, P Brown D, K Jokiniemi J, et al. Mobility size development and the crystallization path during aerosol decomposition synthesis of TiO< sub> 2</sub> particles. Journal of aerosol science. 2001;32(5):615-30.

12. Kim JH, Germer TA, Mulholland GW, Ehrman SH. Size-monodisperse metal nanoparticles via hydrogen-free spray pyrolysis. Advanced Materials. 2002;14(7):518.

13. Heberlein J, Postel O, Girshick S, McMurry P, Gerberich W, Iordanoglou D, et al. Thermal plasma deposition of nanophase hard coatings. Surface and Coatings Technology. 2001;142:265-71.

14. Morjan I, Soare I, Alexandrescu R, Gavrila-Florescu L, Morjan R-E, Prodan G, et al. Carbon nanotubes grown by catalytic CO< sub> 2</sub> laser-induced chemical vapor deposition on core-shell Fe/C composite nanoparticles. Infrared Physics & Technology. 2008;51(3):186-97.

15. Bondi S, Lackey W, Johnson R, Wang X, Wang Z. Laser assisted chemical vapor deposition synthesis of carbon nanotubes and their characterization. Carbon. 2006;44(8):1393-403.

16. Bäuerle DW. Laser processing and chemistry: Springer; 2011.

17. Gerrard DL, Bowley HJ. Instrumentation for Raman spectroscopy: Springer; 1989.

18. Spence JC. Experimental high-resolution electron microscopy: Oxford University Press; 1988.

19. Bair WJ. Human respiratory tract model for radiological protection: a revision of the ICRP Dosimetric Model for the Respiratory System. Health physics. 1989;57 Suppl 1:249-52; discussion 52-3.

20. Lâstbom L, Camner P. Deposition and clearance of particles in the human lung. Particles in ambient air-a health risk assessment. 2000;26(1).

21. Heyder J, Gebhart J, Rudolf G, Schiller CF, Stahlhofen W. Deposition of particles in the human respiratory tract in the size range 0.005–15 μm. Journal of Aerosol Science. 1986;17(5):811-25.

22. Giljohann DA, Mirkin CA. Drivers of biodiagnostic development. Nature. 2009;462(7272):461-4.

23. Daniel M-C, Astruc D. Gold nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology. Chemical reviews. 2004;104(1):293-346.

24. Patra CR, Bhattacharya R, Mukhopadhyay D, Mukherjee P. Application of gold nanoparticles for targeted therapy in cancer. Journal of Biomedical Nanotechnology. 2008;4(2):99-132.

25. Mahdihassan S. Cinnabar-gold as the best alchemical drug of longevity, called Makaradhwaja in India. The American journal of Chinese medicine. 1985;13(01n04):93-108.

26. Berners-Price SJ, Girard GR, Hill DT, Sutton BM, Jarrett PS, Faucette LF, et al. Cytotoxicity and antitumor activity of some tetrahedral bis (diphosphino) gold (I) chelates. Journal of medicinal chemistry. 1990;33(5):1386-92.

27. Haiduc I, Silvestru C. Rhodium, iridium, copper and gold antitumor organometallic compounds (review). In vivo (Athens, Greece). 1988;3(4):285-93.

28. Tuval T, Gedanken A. A microwave-assisted polyol method for the deposition of silver nanoparticles on silica spheres. Nanotechnology. 2007;18(25):255601.

29. Giorgetti E, Giusti A, Laza S, Marsili P, Giammanco F. Production of colloidal gold nanoparticles by picosecond laser ablation in liquids. physica status solidi (a). 2007;204(6):1693-8.

30. Warren SC, Jackson AC, Cater-Cyker ZD, DiSalvo FJ, Wiesner U. Nanoparticle synthesis via the photochemical polythiol process. Journal of the American Chemical Society. 2007;129(33):10072-3.

31. Love JC, Estroff LA, Kriebel JK, Nuzzo RG, Whitesides GM. Self-assembled monolayers of thiolates on metals as a form of nanotechnology. Chemical reviews. 2005;105(4):1103-70.

32. Jiang W, Kim BY, Rutka JT, Chan WC. Nanoparticle-mediated cellular response is size-dependent. Nature nanotechnology. 2008;3(3):145-50.

33. Kumar R, Roy I, Ohulchanskky TY, Vathy LA, Bergey EJ, Sajjad M, et al. In vivo biodistribution and clearance studies using multimodal organically modified silica nanoparticles. ACS nano. 2010;4(2):699-708.

34. Mukherjee P, Bhattacharya R, Wang P, Wang L, Basu S, Nagy JA, et al. Antiangiogenic properties of gold nanoparticles. Clinical Cancer Research. 2005;11(9):3530-4.

35. Smithpeter C, Dunn A, Drezek R, Collier T, Richards-Kortum R. Near real time confocal microscopy of cultured amelanotic cells: sources of signal, contrast agents and limits of contrast. Journal of Biomedical Optics. 1998;3(4):429-36.

36. Sokolov K, Follen M, Aaron J, Pavlova I, Malpica A, Lotan R, et al. Real-time vital optical imaging of precancer using anti-epidermal growth factor receptor antibodies conjugated to gold nanoparticles. Cancer research. 2003;63(9):1999-2004.

37. Huang X, El-Sayed IH, Qian W, El-Sayed MA. Cancer cell imaging and photothermal therapy in the near-infrared region by using gold nanorods. Journal of the American Chemical Society. 2006;128(6):2115-20.

38. Aggarwal P, Hall JB, McLeland CB, Dobrovolskaia MA, McNeil SE. Nanoparticle interaction with plasma proteins as it relates to particle biodistribution, biocompatibility and therapeutic efficacy. Advanced drug delivery reviews. 2009;61(6):428-37.

39. Fischer NO, McIntosh CM, Simard JM, Rotello VM. Inhibition of chymotrypsin through surface binding using nanoparticle-based receptors. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2002;99(8):5018-23.

40. Peer D, Karp JM, Hong S, Farokhzad OC, Margalit R, Langer R. Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy. Nature nanotechnology. 2007;2(12):751-60.

41. Patra CR, Bhattacharya R, Wang E, Katarya A, Lau JS, Dutta S, et al. Targeted delivery of gemcitabine to pancreatic adenocarcinoma using cetuximab as a targeting agent. Cancer research. 2008;68(6):1970-8.

42. Andrews GA, Root SW, Kerman HD, Bigelow RR. Intracavitary colloidal radiogold in the treatment of effusions caused by malignant neoplasms. Annals of surgery. 1953;137(3):375.

43. Wheeler HB, Jaques WE, Botsford TW. Experiences with the use of radioactive colloidal gold in the treatment of cancer. Annals of surgery. 1955;141(2):208.

44. Bhattacharya R, Mukherjee P. Biological properties of “naked” metal nanoparticles. Advanced drug delivery reviews. 2008;60(11):1289-306.

45. Hainfeld J, Slatkin D, Focella T, Smilowitz H. Gold nanoparticles: a new X-ray contrast agent. 2014.

46. Chanda N, Kan P, Watkinson LD, Shukla R, Zambre A, Carmack TL, et al. Radioactive gold nanoparticles in cancer therapy: therapeutic efficacy studies of GA-< sup> 198</sup> AuNP nanoconstruct in prostate tumor–bearing mice. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2010;6(2):201-9.

47. Liu Y, Miyoshi H, Nakamura M. Nanomedicine for drug delivery and imaging: a promising avenue for cancer therapy and diagnosis using targeted functional nanoparticles. International Journal of Cancer. 2007;120(12):2527-37.

48. Hofmann B, Fischer C-O, LAWACZECK R, Platzek J, Semmler W. Gadolinium neutron capture therapy (GdNCT) of melanoma cells and solid tumors with the magnetic resonance imaging contrast agent Gadobutrol. Investigative radiology. 1999;34(2):126-33.

49. Shubayev VI, Pisanic II TR, Jin S. Magnetic nanoparticles for theragnostics. Advanced drug delivery reviews. 2009;61(6):467-77.

50. Brown E, Paunesku T, Wu A, Thurn KT, Haley B, Clark J, et al. Methods for assessing DNA hybridization of peptide nucleic acid–titanium dioxide nanoconjugates. Analytical biochemistry. 2008;383(2):226-35.

51. Jurgons R, Seliger C, Hilpert A, Trahms L, Odenbach S, Alexiou C. Drug loaded magnetic nanoparticles for cancer therapy. Journal of Physics: Condensed Matter. 2006;18(38):S2893.

52. Gupta P, Hung C. Comparative disposition of adriamycin delivered via magnetic albumin microspheres in presence and absence of magnetic field in rats. Life sciences. 1990;46(7):471-9.

53. Alexiou C, Jurgons R, Schmid RJ, Bergemann C, Henke J, Erhard W, et al. Magnetic drug targeting-biodistribution of the magnetic carrier and the chemotherapeutic agent mitoxantrone after locoregional cancer treatment. Journal of Drug Targeting. 2003;11(3):139-49.

54. Müller R, Jacobs C, Kayser O. Nanosuspensions as particulate drug formulations in therapy: rationale for development and what we can expect for the future. Advanced drug delivery reviews. 2001;47(1):3-19.

55. Sahoo S, Parveen S, Panda J. The present and future of nanotechnology in human health care. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2007;3(1):20-31.

56. Ernest H, Shetty R. Impact of nanotechnology on biomedical sciences: review of current concepts on convergence of nanotechnology with biology. Journal of Nanotechnology Online. 2005;1:1-14.

57. Hamilton A, Hortobagyi G. Chemotherapy: what progress in the last 5 years? Journal of clinical oncology. 2005;23(8):1760-75.

58. Link S, El-Sayed MA. Spectral properties and relaxation dynamics of surface plasmon electronic oscillations in gold and silver nanodots and nanorods. The Journal of Physical Chemistry B. 1999;103(40):8410-26.

59. Overgaard J. The current and potential role of hyperthermia in radiotherapy. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics. 1989;16(3):535-49.

60. Westermann AM, Jones EL, Schem BC, van der Steen‐Banasik EM, Koper P, Mella O, et al. First results of triple‐modality treatment combining radiotherapy, chemotherapy, and hyperthermia for the treatment of patients with Stage IIB, III, and IVA cervical carcinoma. Cancer. 2005;104(4):763-70.

61. He X, Wolkers WF, Crowe JH, Swanlund DJ, Bischof JC. In situ thermal denaturation of proteins in dunning AT-1 prostate cancer cells: implication for hyperthermic cell injury. Annals of biomedical engineering. 2004;32(10):1384-98.

62. Christophi C, Winkworth A, Muralihdaran V, Evans P. The treatment of malignancy by hyperthermia. Surgical oncology. 1998;7(1):83-90.

63. Gupta AK, Naregalkar RR, Vaidya VD, Gupta M. Recent advances on surface engineering of magnetic iron oxide nanoparticles and their biomedical applications. 2007.

64. Melnikov O, Gorbenko OY, Markelova M, Kaul A, Atsarkin V, Demidov V, et al. Ag‐doped manganite nanoparticles: New materials for temperature‐controlled medical hyperthermia. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 2009;91(4):1048-55.

65. Hirsch LR, Stafford R, Bankson J, Sershen S, Rivera B, Price R, et al. Nanoshell-mediated near-infrared thermal therapy of tumors under magnetic resonance guidance. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2003;100(23):13549-54.

66. Visaria RK, Griffin RJ, Williams BW, Ebbini ES, Paciotti GF, Song CW, et al. Enhancement of tumor thermal therapy using gold nanoparticle–assisted tumor necrosis factor-α delivery. Molecular cancer therapeutics. 2006;5(4):1014-20.

67. Cheng F-Y, Chen C-T, Yeh C-S. Comparative efficiencies of photothermal destruction of malignant cells using antibody-coated silica@ Au nanoshells, hollow Au/Ag nanospheres and Au nanorods. Nanotechnology. 2009;20(42):425104.

68. Thevenot P, Cho J, Wavhal D, Timmons RB, Tang L. Surface chemistry influences cancer killing effect of TiO< sub> 2</sub> nanoparticles. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2008;4(3):226-36.

69. Fubini B, Hubbard A. Reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) generation by silica in inflammation and fibrosis. Free Radical Biology and Medicine. 2003;34(12):1507-16.

70. Oberdörster G. Pulmonary effects of inhaled ultrafine particles. International archives of occupational and environmental health. 2000;74(1):1-8.

71. Donaldson K, Tran CL. Inflammation caused by particles and fibers. Inhalation toxicology. 2002;14(1):5-27.

72. Rimal B, Greenberg AK, Rom WN. Basic pathogenetic mechanisms in silicosis: current understanding. Current opinion in pulmonary medicine. 2005;11(2):169-73.

73. Nel A, Xia T, Mädler L, Li N. Toxic potential of materials at the nanolevel. Science. 2006;311(5761):622-7.

74. Kippen H, Laskin D. Smaller is not always better: nanotechnology yields Nanotoxicity. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2005;289(5):L696-L7.

75. Chen M, von Mikecz A. Formation of nucleoplasmic protein aggregates impairs nuclear function in response to SiO< sub> 2</sub> nanoparticles. Experimental cell research. 2005;305(1):51-62.

Bibliografie

1. CHAUDRET B. Chimie organométallique et nanoparticules. L'Actualité chimique. 2005(290-91):33-43.

2. Corriu R, Nguyên TA. Chimie moléculaire, sol-gel et nanomatériaux: Editions Ecole Polytechnique; 2008.

3. Ion AC, Ion I, Culetu A, Gherase D. Carbon-based nanomaterials. Environmental applications. Romania. 2010.

4. Nowack B, Bucheli TD. Occurrence, behavior and effects of nanoparticles in the environment. Environmental pollution. 2007;150(1):5-22.

5. Ciobanu CS, Iconaru SL, Gyorgy E, Radu M, Costache M, Dinischiotu A, et al. Biomedical properties and preparation of iron oxide-dextran nanostructures by MAPLE. 2012.

6. Iconaru S, Andronescu E, Ciobanu C, Prodan A, Coustumer PL, Predoi D. BIOCOMPATIBLE MAGNETIC IRON OXIDE NANOPARTICLES DOPED DEXTRAN THIN FILMS PRODUCED BY SPIN COATING DEPOSITION SOLUTION. Digest Journal of Nanomaterials & Biostructures (DJNB). 2012;7(1).

7. Iconaru S, Ciobanu C, Le Coustumer P, Predoi D. Structural Characterization and Magnetic Properties of Iron Oxides Biological Polymers. Journal of superconductivity and novel magnetism. 2013;26(4):851-5.

8. Sanborn G, Turano S, Ready WJ. Oxygen plasma resurrection of triode type carbon nanotube field emission cathodes. Diamond and Related Materials. 2014;43:1-4.

9. Saito Y. Nanoparticles and filled nanocapsules. Carbon. 1995;33(7):979-88.

10. Ehrman SH, Aquino-Class MI, Zachariah MR. Effect of temperature and vapor-phase encapsulation on particle growth and morphology. Journal of materials research. 1999;14(04):1664-71.

11. Petri Ahonen P, Joutsensaari J, Richard O, Tapper U, P Brown D, K Jokiniemi J, et al. Mobility size development and the crystallization path during aerosol decomposition synthesis of TiO< sub> 2</sub> particles. Journal of aerosol science. 2001;32(5):615-30.

12. Kim JH, Germer TA, Mulholland GW, Ehrman SH. Size-monodisperse metal nanoparticles via hydrogen-free spray pyrolysis. Advanced Materials. 2002;14(7):518.

13. Heberlein J, Postel O, Girshick S, McMurry P, Gerberich W, Iordanoglou D, et al. Thermal plasma deposition of nanophase hard coatings. Surface and Coatings Technology. 2001;142:265-71.

14. Morjan I, Soare I, Alexandrescu R, Gavrila-Florescu L, Morjan R-E, Prodan G, et al. Carbon nanotubes grown by catalytic CO< sub> 2</sub> laser-induced chemical vapor deposition on core-shell Fe/C composite nanoparticles. Infrared Physics & Technology. 2008;51(3):186-97.

15. Bondi S, Lackey W, Johnson R, Wang X, Wang Z. Laser assisted chemical vapor deposition synthesis of carbon nanotubes and their characterization. Carbon. 2006;44(8):1393-403.

16. Bäuerle DW. Laser processing and chemistry: Springer; 2011.

17. Gerrard DL, Bowley HJ. Instrumentation for Raman spectroscopy: Springer; 1989.

18. Spence JC. Experimental high-resolution electron microscopy: Oxford University Press; 1988.

19. Bair WJ. Human respiratory tract model for radiological protection: a revision of the ICRP Dosimetric Model for the Respiratory System. Health physics. 1989;57 Suppl 1:249-52; discussion 52-3.

20. Lâstbom L, Camner P. Deposition and clearance of particles in the human lung. Particles in ambient air-a health risk assessment. 2000;26(1).

21. Heyder J, Gebhart J, Rudolf G, Schiller CF, Stahlhofen W. Deposition of particles in the human respiratory tract in the size range 0.005–15 μm. Journal of Aerosol Science. 1986;17(5):811-25.

22. Giljohann DA, Mirkin CA. Drivers of biodiagnostic development. Nature. 2009;462(7272):461-4.

23. Daniel M-C, Astruc D. Gold nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology. Chemical reviews. 2004;104(1):293-346.

24. Patra CR, Bhattacharya R, Mukhopadhyay D, Mukherjee P. Application of gold nanoparticles for targeted therapy in cancer. Journal of Biomedical Nanotechnology. 2008;4(2):99-132.

25. Mahdihassan S. Cinnabar-gold as the best alchemical drug of longevity, called Makaradhwaja in India. The American journal of Chinese medicine. 1985;13(01n04):93-108.

26. Berners-Price SJ, Girard GR, Hill DT, Sutton BM, Jarrett PS, Faucette LF, et al. Cytotoxicity and antitumor activity of some tetrahedral bis (diphosphino) gold (I) chelates. Journal of medicinal chemistry. 1990;33(5):1386-92.

27. Haiduc I, Silvestru C. Rhodium, iridium, copper and gold antitumor organometallic compounds (review). In vivo (Athens, Greece). 1988;3(4):285-93.

28. Tuval T, Gedanken A. A microwave-assisted polyol method for the deposition of silver nanoparticles on silica spheres. Nanotechnology. 2007;18(25):255601.

29. Giorgetti E, Giusti A, Laza S, Marsili P, Giammanco F. Production of colloidal gold nanoparticles by picosecond laser ablation in liquids. physica status solidi (a). 2007;204(6):1693-8.

30. Warren SC, Jackson AC, Cater-Cyker ZD, DiSalvo FJ, Wiesner U. Nanoparticle synthesis via the photochemical polythiol process. Journal of the American Chemical Society. 2007;129(33):10072-3.

31. Love JC, Estroff LA, Kriebel JK, Nuzzo RG, Whitesides GM. Self-assembled monolayers of thiolates on metals as a form of nanotechnology. Chemical reviews. 2005;105(4):1103-70.

32. Jiang W, Kim BY, Rutka JT, Chan WC. Nanoparticle-mediated cellular response is size-dependent. Nature nanotechnology. 2008;3(3):145-50.

33. Kumar R, Roy I, Ohulchanskky TY, Vathy LA, Bergey EJ, Sajjad M, et al. In vivo biodistribution and clearance studies using multimodal organically modified silica nanoparticles. ACS nano. 2010;4(2):699-708.

34. Mukherjee P, Bhattacharya R, Wang P, Wang L, Basu S, Nagy JA, et al. Antiangiogenic properties of gold nanoparticles. Clinical Cancer Research. 2005;11(9):3530-4.

35. Smithpeter C, Dunn A, Drezek R, Collier T, Richards-Kortum R. Near real time confocal microscopy of cultured amelanotic cells: sources of signal, contrast agents and limits of contrast. Journal of Biomedical Optics. 1998;3(4):429-36.

36. Sokolov K, Follen M, Aaron J, Pavlova I, Malpica A, Lotan R, et al. Real-time vital optical imaging of precancer using anti-epidermal growth factor receptor antibodies conjugated to gold nanoparticles. Cancer research. 2003;63(9):1999-2004.

37. Huang X, El-Sayed IH, Qian W, El-Sayed MA. Cancer cell imaging and photothermal therapy in the near-infrared region by using gold nanorods. Journal of the American Chemical Society. 2006;128(6):2115-20.

38. Aggarwal P, Hall JB, McLeland CB, Dobrovolskaia MA, McNeil SE. Nanoparticle interaction with plasma proteins as it relates to particle biodistribution, biocompatibility and therapeutic efficacy. Advanced drug delivery reviews. 2009;61(6):428-37.

39. Fischer NO, McIntosh CM, Simard JM, Rotello VM. Inhibition of chymotrypsin through surface binding using nanoparticle-based receptors. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2002;99(8):5018-23.

40. Peer D, Karp JM, Hong S, Farokhzad OC, Margalit R, Langer R. Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy. Nature nanotechnology. 2007;2(12):751-60.

41. Patra CR, Bhattacharya R, Wang E, Katarya A, Lau JS, Dutta S, et al. Targeted delivery of gemcitabine to pancreatic adenocarcinoma using cetuximab as a targeting agent. Cancer research. 2008;68(6):1970-8.

42. Andrews GA, Root SW, Kerman HD, Bigelow RR. Intracavitary colloidal radiogold in the treatment of effusions caused by malignant neoplasms. Annals of surgery. 1953;137(3):375.

43. Wheeler HB, Jaques WE, Botsford TW. Experiences with the use of radioactive colloidal gold in the treatment of cancer. Annals of surgery. 1955;141(2):208.

44. Bhattacharya R, Mukherjee P. Biological properties of “naked” metal nanoparticles. Advanced drug delivery reviews. 2008;60(11):1289-306.

45. Hainfeld J, Slatkin D, Focella T, Smilowitz H. Gold nanoparticles: a new X-ray contrast agent. 2014.

46. Chanda N, Kan P, Watkinson LD, Shukla R, Zambre A, Carmack TL, et al. Radioactive gold nanoparticles in cancer therapy: therapeutic efficacy studies of GA-< sup> 198</sup> AuNP nanoconstruct in prostate tumor–bearing mice. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2010;6(2):201-9.

47. Liu Y, Miyoshi H, Nakamura M. Nanomedicine for drug delivery and imaging: a promising avenue for cancer therapy and diagnosis using targeted functional nanoparticles. International Journal of Cancer. 2007;120(12):2527-37.

48. Hofmann B, Fischer C-O, LAWACZECK R, Platzek J, Semmler W. Gadolinium neutron capture therapy (GdNCT) of melanoma cells and solid tumors with the magnetic resonance imaging contrast agent Gadobutrol. Investigative radiology. 1999;34(2):126-33.

49. Shubayev VI, Pisanic II TR, Jin S. Magnetic nanoparticles for theragnostics. Advanced drug delivery reviews. 2009;61(6):467-77.

50. Brown E, Paunesku T, Wu A, Thurn KT, Haley B, Clark J, et al. Methods for assessing DNA hybridization of peptide nucleic acid–titanium dioxide nanoconjugates. Analytical biochemistry. 2008;383(2):226-35.

51. Jurgons R, Seliger C, Hilpert A, Trahms L, Odenbach S, Alexiou C. Drug loaded magnetic nanoparticles for cancer therapy. Journal of Physics: Condensed Matter. 2006;18(38):S2893.

52. Gupta P, Hung C. Comparative disposition of adriamycin delivered via magnetic albumin microspheres in presence and absence of magnetic field in rats. Life sciences. 1990;46(7):471-9.

53. Alexiou C, Jurgons R, Schmid RJ, Bergemann C, Henke J, Erhard W, et al. Magnetic drug targeting-biodistribution of the magnetic carrier and the chemotherapeutic agent mitoxantrone after locoregional cancer treatment. Journal of Drug Targeting. 2003;11(3):139-49.

54. Müller R, Jacobs C, Kayser O. Nanosuspensions as particulate drug formulations in therapy: rationale for development and what we can expect for the future. Advanced drug delivery reviews. 2001;47(1):3-19.

55. Sahoo S, Parveen S, Panda J. The present and future of nanotechnology in human health care. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2007;3(1):20-31.

56. Ernest H, Shetty R. Impact of nanotechnology on biomedical sciences: review of current concepts on convergence of nanotechnology with biology. Journal of Nanotechnology Online. 2005;1:1-14.

57. Hamilton A, Hortobagyi G. Chemotherapy: what progress in the last 5 years? Journal of clinical oncology. 2005;23(8):1760-75.

58. Link S, El-Sayed MA. Spectral properties and relaxation dynamics of surface plasmon electronic oscillations in gold and silver nanodots and nanorods. The Journal of Physical Chemistry B. 1999;103(40):8410-26.

59. Overgaard J. The current and potential role of hyperthermia in radiotherapy. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics. 1989;16(3):535-49.

60. Westermann AM, Jones EL, Schem BC, van der Steen‐Banasik EM, Koper P, Mella O, et al. First results of triple‐modality treatment combining radiotherapy, chemotherapy, and hyperthermia for the treatment of patients with Stage IIB, III, and IVA cervical carcinoma. Cancer. 2005;104(4):763-70.

61. He X, Wolkers WF, Crowe JH, Swanlund DJ, Bischof JC. In situ thermal denaturation of proteins in dunning AT-1 prostate cancer cells: implication for hyperthermic cell injury. Annals of biomedical engineering. 2004;32(10):1384-98.

62. Christophi C, Winkworth A, Muralihdaran V, Evans P. The treatment of malignancy by hyperthermia. Surgical oncology. 1998;7(1):83-90.

63. Gupta AK, Naregalkar RR, Vaidya VD, Gupta M. Recent advances on surface engineering of magnetic iron oxide nanoparticles and their biomedical applications. 2007.

64. Melnikov O, Gorbenko OY, Markelova M, Kaul A, Atsarkin V, Demidov V, et al. Ag‐doped manganite nanoparticles: New materials for temperature‐controlled medical hyperthermia. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 2009;91(4):1048-55.

65. Hirsch LR, Stafford R, Bankson J, Sershen S, Rivera B, Price R, et al. Nanoshell-mediated near-infrared thermal therapy of tumors under magnetic resonance guidance. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2003;100(23):13549-54.

66. Visaria RK, Griffin RJ, Williams BW, Ebbini ES, Paciotti GF, Song CW, et al. Enhancement of tumor thermal therapy using gold nanoparticle–assisted tumor necrosis factor-α delivery. Molecular cancer therapeutics. 2006;5(4):1014-20.

67. Cheng F-Y, Chen C-T, Yeh C-S. Comparative efficiencies of photothermal destruction of malignant cells using antibody-coated silica@ Au nanoshells, hollow Au/Ag nanospheres and Au nanorods. Nanotechnology. 2009;20(42):425104.

68. Thevenot P, Cho J, Wavhal D, Timmons RB, Tang L. Surface chemistry influences cancer killing effect of TiO< sub> 2</sub> nanoparticles. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2008;4(3):226-36.

69. Fubini B, Hubbard A. Reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) generation by silica in inflammation and fibrosis. Free Radical Biology and Medicine. 2003;34(12):1507-16.

70. Oberdörster G. Pulmonary effects of inhaled ultrafine particles. International archives of occupational and environmental health. 2000;74(1):1-8.

71. Donaldson K, Tran CL. Inflammation caused by particles and fibers. Inhalation toxicology. 2002;14(1):5-27.

72. Rimal B, Greenberg AK, Rom WN. Basic pathogenetic mechanisms in silicosis: current understanding. Current opinion in pulmonary medicine. 2005;11(2):169-73.

73. Nel A, Xia T, Mädler L, Li N. Toxic potential of materials at the nanolevel. Science. 2006;311(5761):622-7.

74. Kippen H, Laskin D. Smaller is not always better: nanotechnology yields Nanotoxicity. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2005;289(5):L696-L7.

75. Chen M, von Mikecz A. Formation of nucleoplasmic protein aggregates impairs nuclear function in response to SiO< sub> 2</sub> nanoparticles. Experimental cell research. 2005;305(1):51-62.