S. Misirlic Dencic, Z. Markovic, B. Todorovic-Markovic, D. Kepic, K. Arsikin, - PowerPoint PPT Presentation

About This Presentation
Title:

S. Misirlic Dencic, Z. Markovic, B. Todorovic-Markovic, D. Kepic, K. Arsikin,

Description:

Fototermalna antitumorska aktivnost grafenskih nano estica i ugljeni nih nanotuba pobu enih zra enjem bliske IC oblasti S. Misirli Den i , Z. Markovi , B ... – PowerPoint PPT presentation

Number of Views:105
Avg rating:3.0/5.0
Slides: 47
Provided by: Kori164
Category:

less

Transcript and Presenter's Notes

Title: S. Misirlic Dencic, Z. Markovic, B. Todorovic-Markovic, D. Kepic, K. Arsikin,


1
S. Misirlic Dencic, Z. Markovic, B.
Todorovic-Markovic, D. Kepic, K. Arsikin, Ž.
Stanojevic, N. Zogovic, M. Dramicanin, V.
Trajkovic
Fototermalna antitumorska aktivnost grafenskih
nanocestica i ugljenicnih nanotuba pobudenih
zracenjem bliske IC oblasti
2
Uvod
  • U okolnostima nemogucnosti primene hirurške
    terapije, selektivna ablacija malignog tkiva
    toplotom je efikasna alternativna terapijska
    metoda.
  • Nažalost, glavne termicke ablativne tehnike
    (laser, ultrazvuk, mikro-talasi i radio-talasi)
    ne poseduju same po sebi selektivnost prema
    malignim celijama.

3
Uvod
  • U skladu sa tim, neophodno je povecati
    osetljivost malignih celija na iradijaciju u
    cilju povecanja efikasnosti i smanjenja
    toksicnosti pri primeni termalne ablacije
    tumorskog tkiva.
  • Jedna od mogucih, obecavajucih strategija
    fototermalne terapije maligniteta je upotreba
    nanocestica u cilju efikasne konverzije energije
    zracenja bliske IC oblasti u vibracionu energiju
    i sledstvenu toplotu koja ubija maligne celije.

4
Uvod
  • Upotreba zracenja bliske IC oblasti u opsegu
    700-1000 nm za indukciju hipertermije je posebno
    interesantna, obzirom da biološki sistemi
    uglavnom nemaju hromofore koje mogu apsorbovati
    zracenja ovih talasnih dužina.

5
Uvod
  • Ugljenicne nanotube (CNT) su cilindricne
    strukture do nekoliko stotina nanometara u
    dijametru, dužine nekoliko mikrometara, koje se
    sastoje od atomski-tankih listica ugljenika koji
    su zovu grafen.
  • Poslednjih par godina proucavanje osobenosti
    grafena ukazuje na svojstva koja prete da ugroze
    dominaciju CNT u nanotehnologijama, i otvaraju
    mogucnost primene grafena u biomedicini.

6
Uvod
  • Ipak, za razliku od potvrdenog fototermalnog
    antitumorskog delovanja CNT, efekti grafenskih
    nanocestica na celije tumora do danas nisu
    razjašnjeni.
  • Samo jedna skorašnja studija (Nano Lett
    2010103318) na mišjem modelu je pokazala da
    intravenski aplikovane grafenske nanocestice
    smanjuju velicinu tumora nakon hipertermije
    izazvane zracenjem bliske IC oblasti.

7
Uvod
  • Ipak, dva vrlo važna pitanja ostala su do danas
    bez odgovora

8
Cilj istraživanja
  • U ovom istraživanju poredeno je fototermalno
    antitumorsko dejstvo grafenskih nanocestica i
    ugljenicnih nanotuba pobudenih kontinualnim IC
    laserom talasne dužine 808 nm (2 W/cm2, model
    RLTMDL-808-1 Wproizvodaca Roithner
    LaserTechnik), u trajanju od 30-300s.

9
Materijal i metode
  • U eksperimentima su korišcene stabilne vodene
    suspenzije sledecih nanocestica
  • Polivinil-pirolidin grafenskih nanocestica (GPVP)
  • Ugljenicnih nanotuba funkcionalizovanih sa DNK-
    (CNTDNA)
  • Ugljenicnih nanotuba funkcionalizovanih sa
    natrijum dodecilbenzensulfonatom (CNTSDBS)

10
Materijal i metode
  • Atomic force microscopy (AFM) merenja su
    izvršena na AFM mikroskopu (Quesant Instrument
    Corp. Agoura Hills, CA).
  • UV-vis spektralna analiza nanougljenicnih
    suspenzija je vršena u opsegu talasnih dužina
    500-1100 nm pomocu Avantes UV-vis
    spektrofotometra na 20C uz automatsku korekciju
    za rastvarac (voda).

11
Materijal i metode
  • Iluminacija je vršena kontinualnim IC laserom
    talasne dužine 808 nm (2 W/cm2, model
    RLTMDL-808-1 Wproizvodaca Roithner
    LaserTechnik), u trajanju od 30-300 s.
  • Porast temperature je registrovan termoparom
    uronjenim u suspenziju tako da nije bio direktno
    izložen laserskoj svetlosti.
  • Analiza antitumorskog delovanja nanocestica je
    izvršena na celijskoj liniji humanog glioma
    (U251).

12
Materijal i metode
  • Za procenu vijabiliteta korišceno je bojenje
    kristal violetom (CV) i MTT.
  • Analiza molekarnog mehanizma antitumorskog
    delovanja nanocestica (apoptoza/nekroza,
    oksidativni stres i depolarizacija mitohondrija)
    vršena je primenom protocne citometrije.

13
Rezultati
  • Karakterizacija ugljenicnih nanomaterijala

14
Karakterizacija grafenskih nanocestica
  • Large scale AFM images
  • Small scale AFM images

Surface profile
15
Karakterizacija grafenskih nanocestica
  • Analiza dobijenih slika minimalno 200 grafenskih
    nanocestica je ukazala da se u suspenziji GPVP
    nalaze kao
  • single layer cestice dijametra do 50 nm
  • bilayer cestice dijametra 50-70 nm
  • multilayer cestice dijametra 70-360 nm
  • Dominirale su bilayer cestice dijametra oko 70
    nm debljine 2 nm.

16
Karakterizacija ugljenicnih nanotuba
Small scale AFM images
Large scale AFM images
CNTSDBS
Surface profile
17
Karakterizacija ugljenicnih nanotuba
  • Vecina nanotuba CNTSDBS je u suspenziji formirala
    snopove prosecne dužine 1.6 µm, dijametra oko 60
    nm i visine 3 nm.
  • Morfologija CNTDNA je bila slicna.

18
Karakterizacija ugljenicnih nanomaterijala
  • Na osnovu koncentracije nanomaterijala u vodenoj
    suspenziji i njihove mase izracunata je
    koncentracija nanomaterijala.
  • Ona je iznosila oko 1015 grafenskih nanocestica/l
    u suspenziji koncentracije 20 µg/ml i oko 2 x
    1012 CNTSDBS/l u suspenziji iste koncentracije.

19
Rezultati
  • Fototermalna senzitivnost grafena i CNT

20
UV-vis analiza absorpcije zracenja bliske IC
oblasti od strane ugljenicnih nanomaterijala
  • CNT više apsorbuju svetlost bliske IC oblasti u
    odnosu na GPVP.
  • Kontrolni rastvori PVP, DNA i SDBS nisu
    apsorbovali zracenje bliske IC oblasti.

21
Fototermalna senzitivnost grafena i CNT
22

Fototermalna senzitivnost grafena i CNT
  • Suspenzije svih ispitivanih nanomaterijala su
    pokazale porast temperature nakon ekspozicije
    zracenju bliske IC oblasti koje je bilo zavisno
    od njihove koncentracije kao i od dužine trajanja
    ekspozicije.
  • Grafenske nanocestice su pod istim uslovima
    generisale veci porast temperature u poredenju sa
    CNT!!!

23
GPVP
CNTDNA
?TCNT 18C
?TG 35C
65
48
?TG/ ?TCNT 2
24
GPVP
CNTSDBS
?TCNT 19C
?TG 35C
65
49
?TG/ ?TCNT 2
25
Fototermalna senzitivnost grafena i CNT
  • Sa druge strane, kapacitet povecanja temperature
    nakon apsorpcije zracenja bliske IC oblasti je
    bio skoro identican za oba tipa CNT.
  • Iz ovoga se može zakljuciti da nacin preparacije
    ovih nano suspenzija ne utice na njihovu
    fototermalnu senzitivnost.
  • Veca fototermalna efikasnost grafenskih nano
    cestica verovatno se može objasniti njihovom
    boljom disperznošcu

26
Fototermalna senzitivnost grafena i CNT
  • Uzimajuci u obzir termodinamicka, opticka i
    geometrijska svojstva ugljenicnih nano
    materijala, upotrebili smo sledece jednacine
  • ?Q toplota
  • m masa nanocestice
  • c toplotni kapacitet
  • ?T porast temperature
  • N broj cestica u suspenziji
  • m1 masa reprezantativnog grafenskog bilayer-a
    tj. ugljenicnog snopa nano tuba
  • A apsorpcija zracenja (808 nm)
  • S površina nano materijala koja apsorbuje
    zracenje
  • Ef efikasnost apsorpcije (2.3 za layer
    grafena tj. 20 za snop CNT)

(1)
(2)
27
Fototermalna senzitivnost grafena i CNT
  • Aproksimovali smo da je razvijena toplota nakon
    zracenja nanocestica i CNT bliskom IC oblsti
    istog reda velicine.
  • Na osnovu jednacina (1) i (2) izvedena je
    jednacina za odnos relativnog porasta temperature
    za grafenske nanocestice i CNT

dCNT prosecan dijametar snopa CNT hG visina
grafenske nanocestice
28
Fototermalna senzitivnost grafena i CNT
  • Izracunata vrednost odnosa ?TG/ ?TCNT je 3.5 i
    slicna je eksperimentalno dobijenoj vrednosti
    2.
  • Dakle, iako CNT imaju bolju fototermalnu
    senzitivnost, generišu manju kolicinu toplote u
    odnosu na grafenske nanocestice.
  • CNT, dakle, imaju tendenciju da agregiraju i
    formiraju snopove usled cega su u rastvoru manje
    dispergovane od grafena.

29
Rezultati
  • Fototermalna antitumorska efikasnost grafena i CNT

30
Fototermalno antitumorsko delovanje grafena i CNT
na U251 celije
Dozno i vremenski zavisna citotoksicnost prema
U251 celijama glioma
31
Fototermalno antitumorsko delovanje grafena i CNT
na U251 celije
GPVP
CNTDNA
U skladu sa izmerenim skokom temperature nakon
primene zracenja bliske IC oblasti, grafenske
nanocestice su pokazale nekoliko puta bolju
efikasnost u ubijanju tumorskih celija u odnosu
na CNT !!!
32
Fototermalno antitumorsko delovanje grafena i CNT
na U251 celije
33
Rezultati
  • Molekularni mehanizmi grafenom- indukovanog
    fototermalnog antitumorskog delovanja

34
Molekularni mehanizmi grafenom- indukovanog
fototermalnog antitumorskog delovanja
  • Nekroza i apoptoza su dva glavna modaliteta
    celijske smrti koja se u potpunosti razlikuju po
    mehanizmu nastanka i morfološkim promenama koje
    ih prate.
  • Nekrozu karakteriše gubitak integriteta celijske
    membrane, stimulacija imunološkog odgovora i
    oštecenje okolnih zdravih celija.
  • Apoptozu karakteriše fragmentacija nuklearne DNK
    u odsustvu oštecenja membrane, koja eksponira
    fosfatidilserin.

35
Molekularni mehanizmi grafenom- indukovanog
fototermalnog antitumorskog delovanja
U251 su bile izložene zracenju 3 min u
prisustvu/odsustvu GPVP (10µg/ml)
36
Molekularni mehanizmi grafenom- indukovanog
fototermalnog antitumorskog delovanja
  • Test aktivnosti LDH je ukazao na porast
    permeabiliteta celijske mebrane u 50 celija
    (49.2 17.3 n2)
  • Može se zakljuciti da nekroza nije jednini
    mehanizam fototermalnog antitumorskog delovanja
    grafena.

37
FACS analize (morfologija celija)
24h
APOPTOZA
Smanjenje velicine celija
Porast granuliranosti celija
38
FACS PI (fragmentacija DNK)
24h
39
FACS Ann/PI (eksternalizacija fosfatidilserina)
24h
NEKROTICNE
KASNA APOPTOZA
Ann/PI
Ann/PI
Ann-/PI
Ann-/PI
Ukupan broj Ann celija u kontroli 9.4 a u
tretmanu 95.5
Ann/PI-
Ann/PI-
Ann-/PI-
Ann-/PI-
ZDRAVE
RANA APOPTOZA
40
FACS ApoStat (aktivacija kaspaza)
24h
plt 0.05 ANOVA
U251 su bile izložene zracenju 3 min u
prisustvu/odsustvu GPVP (10µg/ml)
41
FACS DePsi (depolarizacija mitohondrija)
4h
plt 0.05 ANOVA
Gubitak mmp (D?)
42
FACS DHR (produkcija ROS)
4h
plt 0.05 ANOVA
43
FACS DHE (produkcija superoksida)
4h
plt 0.05 ANOVA
44
Zakljucci
  1. Grafenske nanocestice pokazuju fototermalno
    antitumorsko dejstvo nakon pobudivanja zracenjem
    bliske IC oblasti.
  2. Bolja disperznost i manja velicina grafenskih
    nanocestica je odgovorna za superioran
    fototermalni antitumorski efekat u odnosu na CNT
  3. Mehanizam antitumorskog delovanja je kombinacija
    apoptoze i nekroze usled indukcije oksidativnog
    stresa i oštecenja mitohondrija.

45
Zakljucci
  • S obzirom na veliku površinu, malu toksicnost
    i jeftinu proizvodnju, grafenske nanocestice mogu
    biti potencijalni kandidati za fototermalnu
    terapiju maligniteta.

46
REALIZATORI ISTRAŽIVANJA
Katarina Arsikin Aleksandar Pantovic
Rukovodilac Vladimir Trajkovic
Write a Comment
User Comments (0)
About PowerShow.com