Μελέτη της επίδρασης τεχνητών νανοσωματιδίων αργύρου στη διαπερατότητα του υπεζωκότα προβάτου

Abstract

The extended use of engineered nanoparticles has been associated with the development of pleural pathology. Nanoparticles have been linked with pleural effusion development in exposed factory workers, while in experimental animal studies it has been shown that they induce inflammation, fibrosis and carcinogenesis in the pleura. Silver nanoparticles (AgNPs) are widely used in medical and domestic products due to their antimicrobial properties, increasing the risk of exposure. The scope of this study was to investigate the effects of engineered AgNPs on the permeability of sheep pleura and of pleural mesothelial cells. The potential toxic effects of AgNPs and their effects on mesothelial cell functions, were also examined. The results of this study suggest that acute (30 mins) exposure increases the pleural permeability ex vivo while longer (24 hrs) exposure in vivo leads to late decrease of the pleural cell monolayers permeability. The findings also showed that AgNPs had low but stable levels of cytotoxicity and changed cell functions, depending on their size and concentration. AgNPs increased the adhesion and proliferation of sheep primary pleural mesothelial cells with more pronounced effects in the low concentration (0,2 μg/ml) of AgNPs of both sizes. Contrary to the above, AgNPs increased the adhesion of human pleural mesothelial cells with greater effects of both nanoparticle sizes at higher concentrations (2 μg/ml). Regarding cell migration, only the high concentration of 20 nm AgNPs partially inhibited migration of human mesothelial cells. Finally, endocytosis inhibitors induced significant changes in the adhesion and migration of human mesothelial cells in the presence of AgNPs. As a result, the mechanisms of clathrin and caveolin dependent endocytosis play an important role in the uptake of nanoparticles from human pleural mesothelial cells.

Η εκτεταμένη χρήση των τεχνητών νανοσωματιδίων έχει συσχετιστεί με παθολογικές καταστάσεις του υπεζωκότα. Κλινικά δεδομένα έχουν ενοχοποιήσει τα νανοσωματίδια για την ανάπτυξη υπεζωκοτικών συλλογών ενώ μελέτες σε ζώα έχουν δείξει ότι τα νανοσωματίδια μπορούν να δημιουργήσουν φλεγμονή, ίνωση και κακοήθεις νεοπλασίες του υπεζωκότα. Τα νανοσωματίδια αργύρου που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διατριβή, έχουν πολλές εφαρμογές σε καταναλωτικά προϊόντα και ιατρικές συσκευές, λόγω των αντιμικροβιακών ιδιοτήτων τους, αυξάνοντας τις πιθανότητες έκθεσης σε αυτά. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση των επιδράσεων τεχνητών νανοσωματιδίων αργύρου στον υπεζωκότα. Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκαν οι επιδράσεις αυτών των νανοσωματιδίων στη διαπερατότητα του υπεζωκότα προβάτου και των μεσοθηλιακών κυττάρων του υπεζωκότα. Επίσης, εξετάστηκε η πιθανή τοξική δράση των νανοσωματιδίων στα μεσοθηλιακά κύτταρα καθώς και οι επιδράσεις τους σε ορισμένες κυτταρικές λειτουργίες των μεσοθηλιακών κυττάρων, όπως η προσκόλληση, ο πολλαπλασιασμός και η μετανάστευση. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έδειξαν ότι τα νανοσωματίδια αργύρου αύξησαν την διαπερατότητα του υπεζωκότα προβάτου σε πειράματα ex vivo μετά από έκθεση σε νανοσωματίδια για 30 λεπτά. Αντίθετα, μεγαλύτερη έκθεση της τάξης των 24 ωρών σε in vivo πειράματα οδήγησε σε μείωση της διαπερατότητας των μεσοθηλιακών κυτταρικών μονοστιβάδων. Τα ευρήματα της παρούσας διατριβής έδειξαν επίσης ότι τα νανοσωματίδια αργύρου είχαν χαμηλά επίπεδα κυτταροτοξικότητας και προξένησαν μεταβολές στις κυτταρικές λειτουργίες, που εξαρτώνται από το μέγεθος των νανοσωματιδίων και τη συγκέντρωσή τους. Τα νανοσωματίδια αργύρου αύξησαν την προσκόλληση και τον πολλαπλασιασμό των πρωτογενών μεσοθηλιακών κυττάρων υπεζωκότα προβάτου με πιο έντονες επιδράσεις και από τα δύο μεγέθη στη χαμηλή συγκέντρωση των νανοσωματιδίων. Σε αντίθεση με τα πρωτογενή κύτταρα, στην ανθρώπινη μεσοθηλιακή κυτταρική σειρά που μελετήθηκε, τα νανοσωματίδια αργύρου αύξησαν την προσκόλληση στο υπόστρωμα φιμπρονεκτίνης με μεγαλύτερες επιδράσεις και από τα δύο μεγέθη νανοσωματιδίων στην υψηλή συγκέντρωση. Στην κυτταρική μετανάστευση ωστόσο, αλλαγές σημειώθηκαν στα ανθρώπινα μεσοθηλιακά κύτταρα μόνο μετά την έκθεση σε νανοσωματίδια αργύρου υψηλής συγκέντρωσης και μεγέθους 20 nm για 8 ώρες. Τέλος, οι αναστολείς της ενδοκυττάρωσης προκάλεσαν σημαντικές μεταβολές στην προσκόλληση και μετανάστευση των ανθρώπινων μεσοθηλιακών κυττάρων υπεζωκότα υπό την επίδραση νανοσωματιδίων αργύρου με αποτέλεσμα οι μηχανισμοί ενδοκυττάρωσης μέσω κλαθρίνης και μέσω μικροσπηλαίων να διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην πρόσληψη των νανοσωματιδίων από τα ανθρώπινα μεσοθηλιακά κύτταρα υπεζωκότα.