مقایسه سامانه‌های کشت سه‌بعدی اسفروید و دوبعدی تک‌لایه سلول‌های سرطانی A549 و نرمال ریه PC9 تحت تیمار نانوذرات نقره

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 گروه نانوبیوتکنولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 گروه بیوفیزیک، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 موسسه شیمی مصنوعی کاربردی، دانشگاه صنعتی وین، وین، اتریش

چکیده
با توجه به رشد روزافزون کاربرد نانوتکنولوژی، استفاده از نانومواد و همچنین ترکیبات شیمیایی منحصربه‌فرد در زندگی روزمره بشریت، به‌منظور بررسی ایمن‌بودن آنها نیاز به روش‌های غربالگری "درون‌تنی" و "برون‌تنی" جدید است. بدیهی است هر چه این روش‌ها دارای الهام بیشتر از بافت فیزیولوژیک بدن انسان باشند، می‌توان نتایج بهتری از سمیت یا ایمن‌بودن آنها به دست آورد. استفاده از روش سه‌بعدی اسفروید، اسفرویدها با استفاده از میکروپلیت تجاری ایجاد شدند، به‌دلیل مزایای زیادی از جمله رشد سلول‌های در سه بعد، مدل واقعی و شباهت زیاد به بافت فیزیولوژیک بدن، قابلیت استفاده به‌عنوان جایگزین مدل‌های حیوانی، اندرکنش سلول- سلول، پیام‌رسانی بهتر سلول‌ها به‌دلیل ارتباط نزدیک، در مقایسه با کشت تک‌لایه سلول‌ها، در این تحقیق به‌منظور بررسی سمیت نانوذرات نقره مورد استفاده قرار گرفت. سه فاکتور فعالیت متابولیکی، میزان زنده‌مانی/مرگ سلولی و سطح مقطع اسفرویدها با دو روش سه‌بعدی و دوبعدی تحت تیمار غلظت‌های مختلف نانوذرات نقره در زمان‌های متفاوت مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که سلول‌های مختلف سرطانی و نرمال ریه واکنش متفاوتی از خود نشان می‌دهند. همچنین سمیت سلولی نانوذرات نقره با استفاده از سیستم‌های دوبعدی و سه‌بعدی و مقایسه آنها با هم اختلاف معنی‌داری داشته و میزان رشد/عدم رشد اسفرویدهای وابسته به نوع سلول بوده و غلظت‌های مختلف نیز اهمیت اساسی در مطالعات دارند. مطالعه حاضر شواهدی ارایه می‌دهد که ابعاد سلولی در دوبعدی و سه‌بعدی به‌دلیل ساختار فضایی- زمانی متفاوت نقش حیاتی در نتایج و پیامدهای حاصل از التهابات و سمیت سلولی با نانوذرات بازی می‌کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Ulusoy M, Lavrentieva A, Walter JG, Sambale F, Green M, Stahl F, et al. Evaluation of CdTe/CdS/ZnS core/shell/shell quantum dot toxicity on three-dimensional spheroid cultures. Toxicol Res. 2016;5(1):126-35. [Link] [DOI:10.1039/C5TX00236B]
Chatzinikolaidou M. Cell spheroids: The new frontiers in in vitro models for cancer drug validation. Drug Discov Today. 2016;21(9):1553-60. [Link] [DOI:10.1016/j.drudis.2016.06.024]
Pampaloni F, Reynaud EG, Stelzer EH. The third dimension bridges the gap between cell culture and live tissue. Nat Rev Mol Cell Biol. 2007;8(10):839-45. [Link] [DOI:10.1038/nrm2236]
Eilenberger Ch, Kratz SRA, Rothbauer M, Ehmoser EK, Ertl P, Küpcü S. Optimized alamarBlue assay protocol for drug dose-response determination of 3D tumor spheroids. MethodsX. 2018;5:781-7. [Link] [DOI:10.1016/j.mex.2018.07.011]
Hoffmann OI, Ilmberger C, Magosch S, Joka M, Jauch KW, Mayer B. Impact of the spheroid model complexity on drug response. J Biotechnol. 2015;205:14-23. [Link] [DOI:10.1016/j.jbiotec.2015.02.029]
Darvishi MH, Nomani A, Hashemzadeh H, Amini M, Shokrgozar MA, Dinarvand R. Targeted DNA delivery to cancer cells using a biotinylated chitosan carrier. Biotechnol Appl Biochem. 2017;64(3):423-32. [Link] [DOI:10.1002/bab.1497]
Zabarjadi AR, Hashemzadeh H, Taravat E. Telomere, chromosome end and telomerase enzyme as a cancer biomarker. Genet Third Millenn. 2013;11(1):3019-27. [Persian] [Link]
Rashmezad MA, Ali Asgary E, Tafvizi F, Sadat Shandiz SA, Ataollah S, Mirzaie A. Comparative study on cytotoxicity effect of biological and commercial synthesized nanosilver on human gastric carcinoma and normal lung fibroblast cell lines. Tehran Univ Med J. 2015;72(12):799-807. [Persian] [Link]
Stensberg MC, Wei Q, McLamore ES, Porterfield DM, Wei A, Sepúlveda MS. Toxicological studies on silver nanoparticles: Challenges and opportunities in assessment, monitoring and imaging. Nanomedicine. 2011;6(5):879-98. [Link] [DOI:10.2217/nnm.11.78]
Akter M, Sikder MT, Rahman MM, Ullah AKMA, Hossain KFB, Banik S, et al. A systematic review on silver nanoparticles-induced cytotoxicity: Physicochemical properties and perspectives. J Adv Res. 2018;9:1-16. [Link] [DOI:10.1016/j.jare.2017.10.008]
Jaworski S, Wierzbicki M, Sawosz E, Jung A, Gielerak G, Biernat J, et al. Graphene oxide-based nanocomposites decorated with silver nanoparticles as an antibacterial agent. Nanoscale Res Lett. 2018;13(1):116. [Link] [DOI:10.1186/s11671-018-2533-2]
Monnappa AK, Bari W, Choi SY, Mitchell RJ. Investigating the responses of human epithelial cells to predatory bacteria. Sci Rep. 2016;6:33485. [Link] [DOI:10.1038/srep33485]
Selvi BCG, Madhavan J, Santhanam A. Cytotoxic effect of silver nanoparticles synthesized from Padina tetrastromatica on breast cancer cell line. Adv Nat Sci Nanosci Nanotechnol. 2016;7(3):035015. [Link] [DOI:10.1088/2043-6262/7/3/035015]
Nallathamby PD, Xu XH. Study of cytotoxic and therapeutic effects of stable and purified silver nanoparticles on tumor cells. Nanoscale. 2010;2(6):942-52. [Link] [DOI:10.1039/c0nr00080a]
Walzl A, Unger Ch, Kramer N, Unterleuthner D, Scherzer M, Hengstschläger M, et al. The resazurin reduction assay can distinguish cytotoxic from cytostatic compounds in spheroid screening assays. J Biomol Screen. 2014;19(7):1047-59. [Link] [DOI:10.1177/1087057114532352]
Chia SL, Tay CY, Setyawati MI, Leong DT. Biomimicry 3D gastrointestinal spheroid platform for the assessment of toxicity and inflammatory effects of zinc oxide nanoparticles. Small. 2015;11(6):702-12. [Link] [DOI:10.1002/smll.201401915]
Zanoni M, Piccinini F, Arienti Ch, Zamagni A, Santi S, Polico R, et al. 3D tumor spheroid models for in vitro therapeutic screening: A systematic approach to enhance the biological relevance of data obtained. Sci Rep. 2016;6:19103. [Link] [DOI:10.1038/srep19103]
Chu LH, Chen BS. Comparisons of robustness and sensitivity between cancer and normal cells by microarray data. Cancer Inform. 2008;6:165-81. [Link] [DOI:10.4137/CIN.S386]
Senyavina NV, Gerasimenko TN, Pulkova NV, Maltseva DV. Transport and toxicity of silver nanoparticles in HepaRG cell spheroids. Bull Exp Biol Med. 2016;160(6):831-4. [Link] [DOI:10.1007/s10517-016-3321-6]