Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đánh giá nhanh sự tổn thương DNA gây ra bởi huyền phù cầu nano polystyren bằng cảm biến DNA quang điện hóa
Tóm tắt
Các vật liệu nano đã được sử dụng ngày càng nhiều trong nhiều ứng dụng khác nhau, và một số trong số đó đã cho thấy tác động độc hại đối với động vật thí nghiệm và tế bào. Trong nghiên cứu này, một cảm biến DNA quang điện hóa đã được thiết lập trước đó được sử dụng để phát hiện nhanh chóng sự tổn thương DNA do huyền phù cầu nano polystyren (PSNS) gây ra. Trong cảm biến, một màng DNA hai chuỗi đã được lắp ráp trên một điện cực bán dẫn, và một chất liên kết DNA, Ru(bpy)2(dppz)2+ (bpy = 2,2'-bipyridine, dppz = dipyrido[3,2-a:2',3'-c]phenazine) đã được sử dụng làm chỉ thị tín hiệu quang điện hóa. Sau khi điện cực được sửa đổi bằng DNA tiếp xúc với huyền phù PSNS 2.0 mg/mL, dòng photocurrent của Ru(bpy)2(dppz)2+ liên kết với DNA giảm khoảng 20%. Sự giảm này được cho là do sự tổn hại hóa học của DNA và do đó dẫn đến việc ít phân tử Ru(bpy)2(dppz)2+ gắn kết với điện cực hơn. Điện di gel của các mẫu DNA được ủ với huyền phù PSNS đã xác nhận sự tổn thương DNA sau khi tiếp xúc hóa học. Tuy nhiên, trong cả hai thí nghiệm quang điện hóa và điện di gel, PSNS đã được rửa kỹ không gây ra bất kỳ tổn thương DNA nào, và dịch lỏng của huyền phù PSNS cho thấy tổn thương DNA tương đương với huyền phù PSNS chưa rửa. Hơn nữa, phổ hấp thụ UV-visible của dịch lỏng hiển thị một mẫu rất giống với mup styren oxid (SO), một hợp chất đã được chỉ ra là gây ra tổn thương DNA bằng cách hình thành các adduct DNA cộng hóa trị. Do đó, có thể giả định rằng styren oxide và các hóa chất tồn dư khác trong PSNS có thể chịu trách nhiệm cho sự tổn thương DNA đã quan sát. Các kết quả này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đặc trưng đầy đủ các vật liệu nano trước khi tiến hành nghiên cứu độc tính của chúng, và chứng minh tính hữu ích của cảm biến DNA quang điện hóa trong việc đánh giá nhanh chóng sự tổn thương DNA do hóa chất và vật liệu nano gây ra.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Donaldson K, Stone V, Clouter A, Renwick L, Macnee W. Ultrafine particles. Occup Environ Med, 2001, 58(3): 211–216
Nel A, Xia T, Madler L, Li N. Toxic potential of materials at the nanolevel. Science, 2006, 311(5761): 622–627
Oberdorster G, Oberdorster E, Oberdorster J. Nanotoxicology: An emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environ Health Perspect, 2005, 113(7): 823–839
Lin SJ, Keskar G, Wu YN, Wang X, Mount AS, Klaine SJ, Moore JM, Rao AM, Ke PC. Detection of phospholipid-carbon nanotube translocation using fluorescence energy transfer. Applied Phys Lett, 2006, 89(14): 143118
Medintz IL, Uyeda HT, Goldman ER, Mattoussi H. Quantum dot bioconjugates for imaging, labelling and sensing. Nat Mater, 2005, 4(6): 435–446
Gao XH, Chan WCW, Nie SM. Quantum-dot nanocrystals for ultrasensitive biological labeling and multicolor optical encoding. J Biomed Optics, 2002, 7(4): 532–537
Klaine SJ, Alvarez PJJ, Batley GE, Fernandes TF, Handy RD, Lyon DY, Mahendra S, Mclaughlin MJ, Lead JR. Nanomaterials in the environment: Behavior, fate, bioavailability, and effects. Environ Toxicol Chem, 2008, 27(9): 1825–1851
Lanone S, Boczkowski J. Biomedical applications and potential health risks of nanomaterials: Molecular mechanisms. Current Molecular Medicine, 2006, 6(6): 651–663
Kai Y, Komazawa Y, Miyajima A, Miyata N, Yamakoshi Y. 60 Fullerene as a novel photoinduced antibiotic. Fuller Nanotub Car N, 2003, 11(1): 79–87
Morones JR, Elechiguerra JL, Camacho A, Holt K, Kouri JB, Ramirez JT, Yacaman MJ. The bactericidal effect of silver nanoparticles. Nanotechnology, 2005, 16(10): 2346–2353
Fritz H, Maier M, Bayer E. Cationic polystyrene nanoparticles: Preparation and characterization of a model drug carrier system for antisense oligonucleotides. J Colloid Interf Sci, 1997, 195(2): 272–288
Pang SW, Park HY, Jang YS, Kim WS, Kim JH. Effects of charge density and particle size of poly(styrene/(dimethylamino)ethyl methacrylate) nanoparticle for gene delivery in 293 cells. Colloid Surf B-Biointerfaces, 2002, 26(3): 213–222
Xia T, Kovochich M, Brant J, Hotze M, Sempf J, Oberley T, Sioutas C, Yeh JI, Wiesner MR, Nel AE. Comparison of the abilities of ambient and manufactured nanoparticles to induce cellular toxicity according to an oxidative stress paradigm. Nano Lett, 2006, 6(8): 1794–1807
Xia T, Kovochich M, Liong M, Zink JI, Nel AE. Cationic polystyrene nanosphere toxicity depends on cell-specific endocytic and mitochondrial injury pathways. ACS Nano, 2008, 2(1): 85–96
Brown DM, Wilson MR, Macnee W, Stone V, Donaldson K. Size-dependent proinflammatory effects of ultrafine polystyrene particles: A role for surface area and oxidative stress in the enhanced activity of ultrafines. Toxicol Appl Pharm, 2001, 175(3): 191–199
Ogawara K, Yoshida M, Higaki K, Kimura T, Shiraishi K, Nishikawa M, Takakura Y, Hashida M. Hepatic uptake of polystyrene microspheres in rats: Effect of particle size on intrahepatic distribution. J Control Release, 1999, 59(1): 15–22
Lin PH, Nakamura J, Yamaguchi S, Upton PB, La DK, Swenberg JA. Oxidative damage and direct adducts in calf thymus DNA induced by the pentachlorophenol metabolites, tetrachlorohydroquinone and tetrachloro-1,4-benzoquinone. Carcinogenesis, 2001, 22(4): 627–634
Hillegass JM, Shukla A, Lathrop SA, Macpherson MB, Fukagawa NK, Mossman BT. Assessing nanotoxicity in cellsin vitro. Wiley Interdiscip Rev: Nanomed Nanobiotechnol, 2009, 219-231
Zhang Y, Hu NF. Cyclic voltammetric detection of chemical DNA damage induced by styrene oxide in natural dsDNA layer-by-layer films using methylene blue as electroactive probe. Electrochem Commun, 2007, 9(1): 35–41
Liu Y, Hu NF. Electrochemical detection of natural DNA damage induced by ferritin/ascobic acid/H2O2 system and amplification of DNA damage by endonuclease Fpg. Biosens Bioelectron, 2009, 25(1): 185–190
Liang MM, Guo LH. Photoelectrochemical DNA sensor for the rapid detection of DNA damage induced by styrene oxide and the Fenton reaction. Environ Sci & Technol, 2007, 41(2): 658–664
Liang MM, Jia SP, Zhu SC, Guo LH. Photoelectrochemical sensor for the rapid detection of in situ DNA damage induced by enzymecatalyzed Fenton reaction. Environ Sci & Technol, 2008, 42(2): 635–639
Wang G-L, Xu J-J, Chen H-Y, Fu S-Z. Label-free photoelectrochemical immunoassay for alpha-fetoprotein detection based on TiO2/CdS hybrid. Biosens Bioelectron, 2009, 25(4): 791–796
Qian Z, Bai H-J, Wang G-L, Xu J-J, Chen H-Y. A photoelectrochemical sensor based on CdS-polyamidoamine nanocomposite film for cell capture and detection. Biosens Bioelectron, 2010, 25(9): 2045–2050
Musumeci S, Rizzarelli E, Fragalá I, Sammartano S, Bonomo RP. Low valence state of metal chelates. I. Complexes of iron(II) perchlorate with 1,10-phenanthroline, 4,7-dimethyl-1,10-phenanthroline and 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline. Inorganica Chimica Acta, 1973, 7: 660–664
Du X, He J. Facile size-controllable syntheses of highly monodisperse polystyrene nano- and microspheres by polyvinylpyrrolidone-mediated emulsifier-free emulsion polymerization. J Applied Polymer Science, 2008, 108(3): 1755–1760
Liang MM, Liu SL, Wei MY, Guo LH. Photoelectrochemical oxidation of DNA by ruthenium tris(bipyridine) on a tin oxide nanoparticle electrode. Anal Chem, 2006, 78(2): 621–623
Furusawa K, Norde W, Lyklema J. Method for preparing surfactantfree polystyrene latices of high surface charge. J Kolloid Z Z Polym, 1972, 250(9): 908–909
Jia SP, Zhu BZ, Guo LH. Detection and mechanistic investigation of halogenated benzoquinone induced DNA damage by photoelectrochemical DNA sensor. Anal Bioanal Chem, 2010, 397(6): 2395–2400
Pacurari M, Yin XJ, Zhao JS, Ding M, Leonard SS, Schwegier-Berry D, Ducatman BS, Sbarra D, Hoover MD, Castranova V, Vallyathan V. Raw single-wall carbon nanotubes induce oxidative stress and activate MAPKs, AP-1, NF-kappa B, and Akt in normal and malignant human mesothelial cells. Environmental Health Perspectives, 2008, 116(9): 1211–1217
Kagan VE, Tyurina YY, Tyurin VA, Konduru NV, Potapovich AI, Osipov AN, Kisin ER, Schwegler-Berry D, Mercer R, Castranova V, Shvedova AA. Direct and indirect effects of single walled carbon nanotubes on RAW 264.7 macrophages: Role of iron. Toxicology Letters, 2006, 165(1): 88–100
Tornero-Velez R, Waidyanatha S, Echeverria D, Rappaport SM. Measurement of styrene-7,8-oxide and other oxidation products of styrene in air. J Environ Monit, 2000, 2(2): 111–117
Koskinen M, Plna K. Specific DNA adducts induced by some mono-substitued epoxides in vitro and in vivo. Chemico-Biological Interactions, 2000, 129(3): 209–229
Johnston HJ, Semmler-Behnke M, Brown DM, Kreyling W, Tran L, Stone V. Evaluating the uptake and intracellular fate of polystyrene nanoparticles by primary and hepatocyte cell lines in vitro. Toxicol Appl Pharm, 2010, 242(1): 66–78