اثر اصلاح سطحي نانولوله هاي كربني تك لايه بر كاهش سميت سلولي در مدل سلولي كبد (HEPG2)

The effect of surface modification of single-wall carbon nanotubes on cytotoxicity reduction in the liver cell model (HEPG2)

سابقه و هدف: نانولوله هاي كربني (CNTs) كه آب دوستي سطوح آنها اصلاح شده باشد، مي توانند حامل مهمي جهت دارورساني و كار برد هاي تشخيصي باشند. اين مطالعه به منظور بررسي سميت CNTs خالص و اصلاح شده بر سلول هاي انساني انجام شد. مواد و روش ها: در يك مطالعه تداخلي، سطوح خارجي نانولوله هاي كربني تك ديواره به وسيله پليمر دوگانه دوست پلي اتيلن گليكول، با واسطه گروه هاي عاملي باردار (كربوكسيل و آمين) روكش گرديد. سلول هاي HEPG2، به عنوان مدل سلولي كبد، با نانولوله هاي كربني خالص و اصلاح شده مواجه گرديدند. مدت مواجهه 24، 48 و 72 ساعت و غلظت هاي مواجهه ?g/ml 0، 100، 200، 400 و 600 تعيين گرديد. تغييرات مورفولوژيك حاصل با ميكروسكوپ معكوس و درصد بقاي سلول ها توسط آزمون MTT بررسي شد. نتايج: نانولوله هاي كربني خالص پس از 72 ساعت در غلظت هاي بيشتر از?g/ml 100 آثار سمي بر سلول هايHEPG2 داشتند، درحالي كه اصلاح سطح نانولوله هاي كربني با پلي اتيلن گليكول آمينه و كربوكسيله سبب بهبود زيست سازگاري نانولوله هاي كربني به-ترتيب تا غلظت هاي ?g/ml 400 و 200 گرديد. غلظت هاي ?g/ml 400 و بالاتر از نانولوله هاي كربني پگيله كربوكسيله، موجب تغييرات مورفولوژيكي شديد سلول ها شدند، درحالي كه نانولوله هاي كربني پگيله آميني، در بازه زماني مورد مطالعه، زيست سازگاري بهتري نشان دادند. در آزمون MTT ديده شد غلظت هاي بيش از ?g/ml 200 از نانولوله هاي كربني پگيله كربوكسيله و بيش از ?g/ml 400 از نانولوله هاي كربني پگيله آمينه سبب كاهش معني دار درصد سلول هاي زنده HEPG2 گرديدند (05/0 > P). نتيجه گيري: تجمع گروه هاي آب دوست در سطح نانولوله هاي كربني مي تواند براي زيست سازگار نمودن اين نانوساختارها، جهت استفاده در سيستم هاي دارورساني و تشخيصي راه كار جذابي باشد.

Background: Carbon nanotubes (CNTs) that their surface hydrophilicity has been modified are important vehicles in drug delivery and diagnostic application. This study aimed to evaluate the cytotoxicity of original and functional CNTs on human cells. Materials and Methods: In an interventional study, lateral surfaces of single wall-carbon nanotubes were coated by polyethylene glycol, as an amphiphilic polymer, via charged functional groups (the amine or carboxylic group). Original and functional carbon nanotubes were exposed to human hepatoma (HEPG2) cells, as a cellular model of liver. Exposure times were 24, 48 and 72 hours and CNT suspension applied in concentrations of 100, 200, 400 and 600µg/ml. Morphologic changes of cells were analyzed using an inverted microscope. Viability percentage of HEPG2 cells was also evaluated by the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) assay. Results: The naked CNTs after 72 hours exposure showed toxicity on HEPG2 in concentrations more than 100 µg/ml, while surface modification of CNTs with amine or carboxylic polyethylene glycol (PEG) led to a better biocompatibility of CNTs to 200 and 400 µg/ml, respectively. In 400µg/ml concentrations of CNTs and more, PEG-CNTs via carboxilic functional groups showed severe morphological changes in the HEPG2 cells, while amine mediated PEG-CNTs, in the same experimental time were more biocompatible. The results of the MTT test showed that carboxylic PEG-CNTs in concentrations more than 200 µg/ml, and amine PEG-CNTs in more than 400 µg/ml decreased viability of HEPG2 cells significantly (P < 0.05). Conclusion: Accumulation of charged functional groups on the surface of CNTs can be an interesting pathway to render CNTs as biocompatible nanoparticles for application in drug delivery and diagnostic systems.