Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng của việc chức năng hóa các lớp graphene 2 chiều lên căng thẳng oxy hóa của tế bào BEAS-2B
Tóm tắt
Nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc điều tra các thuộc tính lý hóa của graphene chức năng hóa và các tác động tiềm năng của nó đối với tổn thương phân tử hoặc tế bào. Graphene, một vật liệu carbon hai chiều, đã thu hút sự chú ý đáng kể trong nhiều lĩnh vực do các thuộc tính độc đáo và ứng dụng tiềm năng. Tuy nhiên, đã có những lo ngại về khả năng độc hại và tác động có hại của các vật liệu dựa trên graphene, đặc biệt là khi chúng được chức năng hóa bằng các nhóm hóa học khác nhau. Việc hiểu rõ các đặc tính lý hóa của graphene chức năng hóa và các tương tác của nó với các hệ sinh học là rất quan trọng để đánh giá tính an toàn và các tác động bất lợi tiềm ẩn. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tổng hợp và nghiên cứu tác động của quá trình chức năng hóa đối với các lớp graphene oxide (GONFs) thông qua một phương pháp Hummers cải tiến. Cuộc điều tra của chúng tôi đã tiết lộ rằng quá trình chức năng hóa tạo ra áp lực cơ học đáng kể lên các lớp này, gây ra biến dạng lưới và mật độ đứt gãy cao, từ đó ảnh hưởng đến các tương tác của GONFs với tế bào BEAS-2B. Thông qua phân tích FT-IR và hình ảnh FE-SEM, chúng tôi đã xác nhận sự xuất hiện của các nhóm chức năng và sự thay đổi khoảng cách giữa các lớp của GONFs. Chúng tôi phát hiện ra mối tương quan giữa nồng độ của GONFs và sự giảm khả năng sống sót của tế bào, với sự gia tăng không mong đợi trong sự sống sót của tế bào ở nồng độ cao hơn, có thể do các cơ chế thích ứng. Hơn nữa, kết quả của chúng tôi cho thấy việc tiếp xúc với GONFs làm tăng sản xuất các gốc oxy phản ứng (ROS) bên trong các tế bào, góp phần vào căng thẳng oxy hóa. Phân tích cộng hưởng từ điện tử (EPR) đã xác nhận sự hiện diện của một số lượng lớn các gốc tự do không có carbon trong dung môi GONFs có nồng độ cao, dẫn đến sự gia tăng hình thành ROS. Những phát hiện này làm nổi bật các tác động tiềm năng gây độc tế bào và các tương tác sinh học phức tạp của GONFs, cho thấy sự cần thiết phải xem xét liều lượng cẩn thận trong các ứng dụng y sinh tiềm năng, bao gồm y sinh học và công nghệ nano.
Từ khóa
#graphene #chức năng hóa #căng thẳng oxy hóa #tế bào BEAS-2B #oxit graphene #gốc oxy phản ứngTài liệu tham khảo
Salata, O. (2004). Applications of nanoparticles in biology and medicine. Journal of Nanbiotechnology, 2, 3. https://doi.org/10.1186/1477-3155-2-3
Jampilek, J., & Kralova, K. (2022). Advances in biologically applicable graphene-based 2D nanomaterials. International Journal of Molecular Sciences, 23, 6253. https://doi.org/10.3390/ijms23116253
Magne, T. M., de Oliveira Vieira, T., Alencar, L. M. R., et al. (2022). Graphene and its derivatives: Understanding the main chemical and medicinal chemistry roles for biomedical applications. Journal of Nanostructure in Chemistry, 12, 693–727. https://doi.org/10.1007/s40097-021-00444-3
Bhuyan, M. S. A., Uddin, M. N., Islam, M. M., et al. (2016). Synthesis of graphene. Int. Nano Letters, 6, 65–83. https://doi.org/10.1007/s40089-015-0176-1
Alekseeva, O. K., Pushkareva, I. V., Pushkarev, A. S., et al. (2020). Graphene and graphene-like materials for hydrogen energy. Nanotechnologies in Russia, 15, 273–300. https://doi.org/10.1134/S1995078020030027
Chakraborty, A. R., et al. (2023). Emerging graphene-based nanomaterials for cancer nanotheranostics. In A. N. Grace, P. Sonar, P. Bhardwaj, & A. Chakravorty (Eds.), Handbook of Porous Carbon Materials. Materials Horizons: From Nature to Nanomaterials. Springer. https://doi.org/10.1007/978-981-19-7188-4_39
Nemati, F., Rezaie, M., Tabesh, H., Eid, K., Xu, G., Ganjali, M. R., Hosseini, M., Karaman, C., Erk, N., Show, P.-L., Zare, N., & Karimi-Maleh, H. (2022). Cerium functionalized graphene nano-structures and their applications; a review. Environmental Research, 208, 112685. https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.112685
Feng, B.-B., et al. (2020). Performance of graphene dispersion by using mixed surfactants. Materials Research Express, 7, 095009. https://doi.org/10.1088/2053-1591/abb2ca
Malhotra, N., Villaflores, O. B., Audira, G., Siregar, P., Lee, J. S., Ger, T. R., & Hsiao, C. D. (2020). Toxicity studies on graphene-based nanomaterials in aquatic organisms: Current understanding. Molecules, 25(16), 3618. https://doi.org/10.3390/molecules25163618
Tabish, T. A., Pranjol, M. Z. I., Jabeen, F., Abdullah, T., Latif, A., Khalid, A., Ali, M., Hayat, H., Winyard, P. G., Whatmore, J. L., & Zhang, S. (2018). Investigation into the toxic effects of graphene nanopores on lung cancer cells and biological tissues. Applied Materials Today, 12, 389–401. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2018.07.005
Durham, A. L., & Adcock, I. M. (2015). The relationship between COPD and lung cancer. Lung Cancer, 90(2), 121–127. https://doi.org/10.1016/j.lungcan.2015.08.017
Liao, C., Li, Y., & Tjong, S. C. (2018). Graphene nanomaterials: Synthesis, biocompatibility, and cytotoxicity. International Journal of Molecular Sciences, 19(11), 3564. https://doi.org/10.3390/ijms19113564
Sahu, T. K., Ranjan, P., & Kumar, P. (2021). Chemical exfoliation synthesis of boron nitride and molybdenum disulfide 2D sheets via modified Hummers’ method. emergent mater., 4, 645–654. https://doi.org/10.1007/s42247-021-00170-0
Rashid, T. M., Nayef, U. M., Jabir, M. S., & Mutlak, F. A. (2021). Synthesis and characterization of Au: ZnO (core: shell) nanoparticles via laser ablation. Optik, 1(244), 167569. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2021.167569
Rashid, T. M., Nayef, U. M., Jabir, M. S., & Mutlak, F. A. (2021). Study of optical and morphological properties for Au-ZnO nanocomposite prepared by laser ablation in liquid. Journal of Physics: Conference Series, 1795(1), 012041. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1795/1/012041
Sundeep, D., et al. (2022). Surface Topography: Metrology and Properties, 10, 015028. https://doi.org/10.1088/2051-672X/ac5780
Sundeep, D., Vijaya Kumar, T., Rao, P. S. S., et al. (2017). Green synthesis and characterization of Ag nanoparticles from Mangifera indica leaves for dental restoration and antibacterial applications. Progress in Biomaterials, 6, 57–66. https://doi.org/10.1007/s40204-017-0067-9
Venkatesan, S., et al. (2022). Surface Topography: Metrology and Properties, 10, 035003. https://doi.org/10.1088/2051-672X/ac7faa
Böer, K. W., & Pohl, U. W. (2015). Crystal defects. Semiconductor Physics. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-06540-3_15-1
Zorov, D. B., Juhaszova, M., & Sollott, S. J. (2014). Mitochondrial reactive oxygen species (ROS) and ROS-induced ROS release. Physiological Reviews, 94(3), 909–950. https://doi.org/10.1152/physrev.00026.2013
Gurunathan, S., Arsalan Iqbal, M., Qasim, M., Park, C. H., Yoo, H., Hwang, J. H., Uhm, S. J., Song, H., Park, C., Do, J. T., Choi, Y., Kim, J. H., & Hong, K. (2019). Evaluation of graphene oxide induced cellular toxicity and transcriptome analysis in human embryonic kidney cells. Nanomaterials, 9(7), 969. https://doi.org/10.3390/nano9070969
Yadav, N., Dubey, A., Shukla, S., Saini, C. P., Gupta, G., Priyadarshini, R., & Lochab, B. (2017). Graphene Oxide-coated surface: Inhibition of bacterial biofilm formation due to specific surface-interface interactions. ACS Omega, 2(7), 3070–3082. https://doi.org/10.1021/acsomega.7b00371
Khashan, K. S., Jabir, M. S., & Abdulameer, F. A. (2018). Carbon nanoparticles decorated with cupric oxide nanoparticles prepared by laser ablation in liquid as an antibacterial therapeutic agent. Materials Research Express., 5(3), 035003. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aab0ed
Mohammed, M. K., Mohammad, M. R., Jabir, M. S., & Ahmed, D. S. (2020). Functionalization, characterization, and antibacterial activity of single wall and multi wall carbon nanotubes. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 757(1), 012028. https://doi.org/10.1088/1757-899X/757/1/012028
Muthu, S., Sheela, N. R., & Sampathkrishnan, S. (2011). Density functional theory andab initiostudies of vibrational spectra of 2-bis (2-chloroethyl) aminoperhydro-1,3,2-oxazaphosphorinane-2-oxide. Molecular Simulation, 37(15), 1276–1288. https://doi.org/10.1080/08927022.2011.597395
Kim, J., Han, J. W., & Yamada, Y. (2021). Heptagons in the basal plane of graphene nanoflakes analyzed by simulated X-ray photoelectron spectroscopy. ACS Omega, 6(3), 2389–2395. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c05717
Jabir, M. S., Nayef, U. M., & Abdul, K. W. K. (2019). Polyethylene glycol-functionalized magnetic (Fe3O4) nanoparticles: A novel DNA-mediated antibacterial agent. Nano Biomedicine and Engineering, 11(1), 18–27. https://doi.org/10.5101/nbe.v11i1.p18-27
Jabir, M. S., Nayef, U. M., Jawad, K. H., Taqi, Z. J., & Ahmed, N. R. (2018). Porous silicon nanoparticles prepared via an improved method: A developing strategy for a successful antimicrobial agent against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 454(1), 012077. https://doi.org/10.1088/1757-899X/454/1/012077
Khashan, K. S., Jabir, M. S., & Abdulameer, F. A. (2018). Preparation and characterization of copper oxide nanoparticles decorated carbon nanoparticles using laser ablation in liquid. Journal of Physics: Conference Series, 1003(1), 012100. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1003/1/012100
Yildirim, M., Weiss, A. V., & Schneider, M. (2023). The effect of elasticity of gelatin nanoparticles on the interaction with macrophages. Pharmaceutics, 15(1), 199. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15010199
Sanchez, V. C., Jachak, A., Hurt, R. H., & Kane, A. B. (2012). Biological interactions of graphene-family nanomaterials: An interdisciplinary review. Chemical Research in Toxicology, 25(1), 15–34. https://doi.org/10.1021/tx200339h
Gurunathan, S., Kang, M. H., Jeyaraj, M., & Kim, J. H. (2019). Differential cytotoxicity of different sizes of graphene oxide nanoparticles in Leydig (TM3) and Sertoli (TM4) cells. Nanomaterials, 9(2), 139. https://doi.org/10.3390/nano9020139
Nita, M., & Grzybowski, A. (2016). The role of the reactive oxygen species and oxidative stress in the pathomechanism of the age-related ocular diseases and other pathologies of the anterior and posterior eye segments in adults. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2016, 3164734. https://doi.org/10.1155/2016/3164734
Yu, Z., Li, Q., Wang, J., et al. (2020). Reactive oxygen species-related nanoparticle toxicity in the biomedical field. Nanoscale Research Letters, 15, 115. https://doi.org/10.1186/s11671-020-03344-7
Wang, J., Yao, R., Luo, Q., Tan, L., Jia, B., Ouyang, N., Li, Y., Tong, J., & Li, J. (2021). miR-200b upregulation promotes migration of BEAS-2B cells following long-term exposure to cigarette smoke by targeting ETS1. Molecular Medicine Reports, 24(2), 562. https://doi.org/10.3892/mmr.2021.12201
Li, Y., Xu, X., Wang, L., Li, X., Liu, R., Zhang, L., & Xu, Y. (2021). REDD1 (regulated in development and DNA damage-1)/autophagy inhibition ameliorates fine particulate matter (PM2.5) -induced inflammation and apoptosis in BEAS-2B cells. Bioengineered., 12(1), 1403–1414. https://doi.org/10.1080/21655979.2021.1917227
Sundeep, D., Varadharaj, E. K., Umadevi, K., & Jhansi, R. (2023). Role of nanomaterials in screenprinted electrochemical biosensors for detection of Covid-19 and for post-Covid syndromes. ECS Advances., 2(1), 016502. https://doi.org/10.1149/2754-2734/acb832
Ali, Z., Jabir, M., & Al-Shammari, A. (2019). Gold nanoparticles inhibiting proliferation of human breast cancer cell line. Research Journal of Biotechnology, 14, 79–82.
Al-Ziaydi, A. G., Al-Shammari, A. M., Hamzah, M. I., et al. (2020). Hexokinase inhibition using D-mannoheptulose enhances oncolytic Newcastle disease virus-mediated killing of breast cancer cells. Cancer Cell International, 20, 420. https://doi.org/10.1186/s12935-020-01514-2
Kamiloglu, S., Sari, G., Ozdal, T., & Capanoglu, E. (2020). Guidelines for cell viability assays. Food Frontiers, 1(3), 332–349. https://doi.org/10.1002/fft2.44
Kaja, S., Payne, A. J., Naumchuk, Y., & Koulen, P. (2017). Quantification of lactate dehydrogenase for cell viability testing using cell lines and primary cultured astrocytes. Current Protocols in Toxicology, 2(72), 2.26.1–2.26.10. https://doi.org/10.1002/cptx.21
Czarnecka, J., Wiśniewski, M., Forbot, N., Bolibok, P., Terzyk, A. P., & Roszek, K. (2020). Cytotoxic or not? Disclosing the Toxic nature of carbonaceous nanomaterials through nano–bio interactions. Materials, 13, 2060. https://doi.org/10.3390/ma13092060
Ali, K. H., Ibraheem, S. A., Jabir, M. S., Ali, K. A., Taqi, Z. J., & Dan, F. M. (2019). Zinc oxide nanoparticles induces apoptosis in human breast cancer cells via caspase-8 and P53 pathway. Nano Biomedicine and Engineering., 11(1), 35–43. https://doi.org/10.5101/nbe.v11i1.p35-43
Al-Shammari, A. M., Al-Saadi, H., Al-Shammari, S. M., & Jabir, M. S. (2020). Galangin enhances gold nanoparticles as anti-tumor agents against ovarian cancer cells. AIP Conference Proceedings, 2213(1), 020206. https://doi.org/10.1063/5.0000162
Shehat, M. G., & Tigno-Aranjuez, J. (2019). Flow cytometric measurement of ROS production in macrophages in response to FcγR cross-linking. Journal of Visualized Experiments, 145, 2060. https://doi.org/10.3390/ma13092060
Moustakas, M. (2021). The role of metal ions in biology, biochemistry and medicine. Materials, 14(3), 549. https://doi.org/10.3390/ma14030549
George, P. P., Lun, P., Ong, S. P., & Lim, W. S. (2021). A rapid review of the measurement of intrinsic capacity in older adults. The Journal of Nutrition, Health & Aging, 25(6), 774–782. https://doi.org/10.1007/s12603-021-1622-6
Lee, D. Y., Lee, S. Y., Yun, S. H., Jeong, J. W., Kim, J. H., Kim, H. W., Choi, J. S., Kim, G. D., Joo, S. T., Choi, I., & Hur, S. J. (2022). Review of the current research on fetal bovine serum and the development of cultured meat. Food Science of Animal Resources, 42(5), 775–799. https://doi.org/10.5851/kosfa.2022.e46
Pizzino, G., Irrera, N., Cucinotta, M., Pallio, G., Mannino, F., Arcoraci, V., Squadrito, F., Altavilla, D., & Bitto, A. (2017). Oxidative stress: Harms and benefits for human health. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2017, 8416763. https://doi.org/10.1155/2017/8416763