Vliv aplikace nanodiamantů na nervové buňky

Abstract

Nanočástice, vzniklé za vysokého tlaku a teploty, jsou považovány za vysoce biologicky kompatibilní, což je činí vhodnými nosiči pro biomedicínské aplikace. Nicméně, vedle interakce s buněčnou membránou, nanorozměr dovolí částicím proniknout do plazmatické membrány a dokonce se akumulovat v buněčné cytoplazmě. Nedávno vznikly otázky, které se týkají udržitelného používání nanočástic in vivo a možných rizik toxicity spojené s tímto používáním. Při systémové aplikaci nanočástic může dojít k jejich přechodu přes hematoencefalickou bariéru do mozkové tkáně. Jak tato přímá interakce s nervovými buňkami, tak i nepřímá interakce, kdy nanočástice v krvi indukují tvorbu signálních molekul putujících do mozku, mohou vyvolat patologické změny v nervové tkáni. Cílem této diplomové práce je zjistit, zda nanodiamanty 1) ovlivňují buňky nervové tkáně při přímém kontaktu ex vivo a 2) projdou hematoencefalickou bariérou, když jsou aplikovány intravenózně jako nosič léčiv. Aplikovali jsme různé formy nanodiamantového nosiče na kokulturu primárních neuronů a gliových buněk ex vivo. Analyzovali jsme jejich mitochondriální aktivitu, viabilitu a produkci cytokinů, které by mohly ukazovat na patologickou reakci. Jedna forma nosiče byla aplikována in vivo. Po in vivo aplikaci jsme sledovali přítomnost nanočástic v mozku a odpověď glií na aplikaci nosiče. Ani ex vivo ani in vivo experimenty nepotvrdily toxicitu nanodiamantového nosiče obaleného nukleovou kyselinou na nervovou tkáň.

Nanoparticles formed under high pressure and temperature are considered highly biocompatible, making them suitable carriers for biomedical applications. However, in addition to cell membrane interaction, the nanoscale allows particles to penetrate the plasma membrane and even accumulate in the cellular cytoplasm. Questions have recently been raised about the sustainable use of nanoparticles in vivo and the potential risks of toxicity associated with this use. Systemic application of nanoparticles can cross the blood-brain barrier to brain tissue. The direct interaction with neuronal cells, as well as the indirect interaction when nanoparticles in the peripheral blood induce the secretion of signaling molecules traveling to the brain, can cause pathological changes in neuronal tissue. The aim of this thesis was to find out whether nanodiamonds 1) affect neuronal tissue cells in direct contact ex vivo and 2) pass the blood-brain barrier when administered intravenously as a drug carrier. We applied various forms of nanodiamond carriers to the co-culture of primary neurons and glial cells ex vivo. We analyzed the mitochondrial activity, viability, and cytokine production that could indicate a pathological response. One carrier combination was administered in vivo. Following in vivo application, we observed the presence of nanoparticles in the brain and the glial cells response. Neither ex vivo nor in vivo experiments suggested the toxicity of the nanodiamond carrier coated with nucleic acid to neuronal tissue.