بررسي اثرات فتوكاتاليتيكي نانوذرات تيتانيوم دي اكسيد دوپه شده با نيتروژن در مهار رشد و القا آپوپتوز در سلول هاي K562 لوسمي انسان

Study of thephotocatalytic effects of nitrogen-doped titanium dioxide nanoparticles on growth inhibition and apoptosis induction in K562 cell line

چكيده زمينه و هدف: نانوذرات تيتانيوم دي اكسيد(TiO2) اثرات ضد سرطاني قابل توجهي در چندين رده ي سلولي سرطاني نشان داده است. نانو TiO2 يك فتوكاتاليست مهم به شمار مي آيد كه فقط در معرض نور فرابنفش (UV) فعال مي گردد. اخيراً، تلاش ها يي جهت بهبود خاصيت فتوكاتاليتيكي TiO2با ايجاد تغييرات سطحي در جريان است. در اين ميان عنصر نيتروژن مي تواند به عنوان يك عامل مناسب جهت افزايش فعاليت فتوكاتاليتيكي اين نانوذره حايز اهميت باشد. در اين مطالعه، براي اولين بار اثرات مهار رشدي و القا آپوپتوزي TiO2دوپه شده با نيتروژن (N-TiO2) در رده ي سلولي K562 به عنوان مدل آزمايشگاهي لوسمي ميلوييد مزمن (CML) و مقايسه ي آن با TiO2 دوپه نشده در هر دو شرايط تاريكي و در معرض نور مريي مورد بررسي قرار گرفت. مواد و روش‌ها: نانوذرات N-TiO2 (80 نانومتر) با مخلوط كردن مكانيكي اوره با پودر TiO2 تحت شرايط ويژه ي آزمايشگاهي تهيه و مشخصات آن توسط ميكروسكوپ الكتروني گزاره (TEM)، انكسار اشعه ي X (XRD) و آناليز هاي (Brunauer–Emmett–Teller) BET تاييد شد. رده ي سلولي K562 پس از كشت تحت تاثير نانو ذرات N-TiO2در غلظت ها و فواصل زماني مختلف قرار گرفت. از آزمون دفع رنگ تريپان بلو به منظور بررسي رشد و زيستايي در سلول هاي K562 استفاده شد. براي بررسي نوع مرگ سلولي از الكتروفورز DNAبه كمك ژل آگارز استفاده گرديد. يافته ها: نتايج نشان داد كه N-TiO2 تحت تاثير نور مريي سبب مهار رشد و زيستايي در سلول هاي K562 به صورت وابسته به زمان و غلظت گرديد. به عنوان مثال N-TiO2 در 48 ساعت و در غلظت هاي 01/0، 1/0، 1، 5 و 10 ميكرو گرم بر ميلي ليتر سبب مهار رشد سلول ها ي K562به ترتيب به ميزان 25%،34%، 39%، 44% و 47% و كاهش زيستايي به ترتيب 11%، 22%، 30%، 35% و 38% گرديد. نتايج حاصل از آزمون قطعه قطعه شدن DNA مويد وقوع مرگ سلولي از نوع آپوپتوز در سلول هاي K562 تيمار شده بود. در حاليكه TiO2 دوپه نشده هيچ گونه اثري بر رشد و زيستايي اين سلول ها نشان نداد. نتيجه گيري: با توجه به اينكهN-TiO2 باعث القا اثرات ضدسرطاني از طريق مهار رشد و القا آپوپتوز در سلول هاي K562 مي گردد، اين نانوذره مي تواند به عنوان يك كانديداي بالقوه براي مطالعات بيشتر در درمان فتوكاتاليتيكي CML مورد توجه قرار گيرد. كلمات كليدي: آپوپتوز،K562، تيتانيوم دي اكسيد دوپه شده با نيتروژن ، فتوكاتاليست

ABSTRACT Background and Aim:Titanium dioxide (TiO2) nanoparticles have shown anti-tumor activity in several cancer cell lines. TiO2 is an effective photocatalyst that needs ultraviolet (UV) light for activation. Many efforts are in progress to improve the TiO2 photocatalytic effects by carrying outsuperficial alterations in its electronic structure.For this purpose, nitrogen (N) element seems to be a proper dopant to improve photocatalytic activity of this nanoparticle. In the present study, the growth inhibitory and apoptoticeffects of N-doped TiO2 nanoparticles on human K562 cells, as an experimental model of chronic myeloid leukemia (CML),were investigated and compared with those ofundoped TiO2 in both light and dark conditions. Material and Methods:Nanocrystalline powders of N-doped TiO2 (80 nm) were synthesized by mechanical mixing of urea with TiO2 powders under special experimental conditions.The structure and properties of N-doped TiO2 nanoparticles were confirmed by transmission electron microscopy(TEM), X-ray diffraction (XRD) and Brunauer–Emmett–Teller (BET) analysis. Then we investigated the growth inhibitory and apoptotic effects of these nanoparticles on leukemia K562 cells. Results: Theresults showed that visible light-irradiated N-doped TiO2 induced profound growth inhibition and apoptosis in K562 cells in a time- and dose- dependent manner. For example, N-doped TiO2 at concentrations of 0.01µg/ml, 0.1µg/ml, 1 µg/ml, 5 µg/ml and 10µg/ml inhibited growth of K562 cells by 25%, 34%, 39%, 44% and 47% and viability by 11%, 22%, 30%, 35% and 38%, respectively after 48h. Furthermore, the results of DNA fragmentation assayconfirmed apoptosis in treated-K562 cells after 48h. Whileun-doped TiO2 did not show any inhibitory effects on the growthand viability of K562 cells. Conclusion: Considering thegrowth inhibitory and apoptotic effects of N-doped TiO2 in human K562 cells, this nanoparticle can be a potential candidate forphotocatalytic therapy in CML in the future studies. Key words: Apoptosis, K562, Nitrogen- doped titanium dioxid, Photocatalysis