Studio in vivo sull'interazione dei nanofiocchi di borofene con lo scarabeo Tenebrio molitor: vitalità degli emociti e dei coleotteri corti

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11823 (2023) Citare questo articolo

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La famiglia dei materiali a base di grafene ha accolto un nuovo membro, il borofene, nel 2014. La ricerca sulle vie di sintesi e lo studio sperimentale sulle proprietà fisico-chimiche e biologiche (soprattutto in vivo) sono ancora fortemente auspicati al fine di valutarne il potenziale pratico come veicolazione di farmaci. sistema. Finora non è stato studiato l’effetto dei nanofiocchi di borofene bidimensionali su cellule, sistemi e sull’intero organismo animale. Pertanto, abbiamo studiato in vivo la sua biocompatibilità con gli emociti nel Tenebrio molitor come organismo modello. Studi a breve termine hanno dimostrato che i nanofiocchi di borofene a dosi di 0,5, 1 o 2 µg di nanofiocchi per insetto non hanno indotto emocitotossicità. Gli emociti esposti ai nanofiocchi hanno mostrato morfologia, adesività e capacità di formare filopodi come negli emociti di controllo. Uno studio dettagliato indica che i nanofiocchi di borofene non: (i) generano specie reattive dell'ossigeno intracellulare negli emociti, (ii) influenzano il potenziale della membrana mitocondriale e (iii) interferiscono con la fagocitosi. Pertanto, questo contributo presenta nuove intuizioni in vivo sul gruppo di materiali bidimensionali che sono uno dei materiali più promettenti per applicazioni biomediche grazie alla loro struttura speciale e proprietà uniche. Tuttavia, sono ancora necessari studi a lungo termine su insetti e altri animali per confermare che il borofene è biocompatibile e biologicamente sicuro.

Negli ultimi anni è aumentato notevolmente lo sviluppo dei nanomateriali, dove si possono distinguere diverse strutture morfologiche: zero-dimensionale (0D), monodimensionale (1D), bidimensionale (2D) e tridimensionale (3D). La struttura 2D più popolare, il grafene, ha attirato molta attenzione su quelle architetture bidimensionali, che hanno spinto lo sviluppo e la fabbricazione di altri nuovi materiali: dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD), nitruro di carbonio grafitico (gCN), nitruro di boro esagonale (hBN), fosforo nero (BP) e così via. Il grafene sotto forma di ossido di grafene (GO) ha ampie applicazioni potenziali nei campi della somministrazione di farmaci, del bioimaging, del biosensing o persino dell'ingegneria tissutale1. Tuttavia, è stato dimostrato che il GO provoca citotossicità, poiché entra nel citoplasma e nel nucleo delle cellule portando all'apoptosi cellulare indotta. Inoltre si accumula anche nei tessuti renali e polmonari ed è difficile da eliminare2,3,4. La riduzione del GO dovuta al cambiamento della struttura anfifilica del GO ha portato a difficoltà nella ripartizione dei lipidi, sopprimendo l'emolisi. È chiaro che per le strutture a base di grafene la tossicità dipende fortemente dalla loro dimensione, dai gruppi funzionali e dalla dimensione laterale5. I test di tossicità in vivo dimostrano anche la correlazione tra le proprietà strutturali del grafene e la concentrazione delle dosi e i punti di ingresso negli organismi viventi. A differenza dei derivati ​​del grafene, i TMD mostrano una citotossicità inferiore quando abbiamo esposto loro cellule epiteliali polmonari umane (A549). MoS2, WS2 e WSe2 hanno presentato una bassa tossicità anche a concentrazioni elevate (200 µg/mL)6. Test in vivo eseguiti sui topi hanno dimostrato che il MoS2 è biocompatibile e può essere utilizzato nella terapia per il trattamento dei tumori7. Il MoS2 può essere utilizzato anche grazie alla sua compatibilità come biosensore biodegradabile8. Inoltre, uno studio dipendente dalle dimensioni sulla biocompatibilità in vitro del nitruro di carbonio grafitico ha dimostrato che 10 nm e 160 nm sono biocompatibili. Tuttavia, il gCN con una dimensione di 20 nm ha mostrato la vitalità cellulare più bassa. Il gCN si è agglomerato principalmente attorno ai nuclei, tuttavia non è penetrato9. Un altro membro della famiglia 2D: il nitruro di boro esagonale (hBN) (~ 120 nm di diametro) non ha causato alcun danno polmonare a basse dosi. Tuttavia, in altri organi, quando la dose era di 1600 µg/kg, ha causato danni al polmone, al fegato, ai reni, al cuore o alla milza10. La BP può anche essere utilizzata come alternativa efficace ai farmaci aggressivi nella chemioterapia. È stato presentato che la BP uccide le cellule cancerose (HepG2) ed è biocompatibile con le cellule normali (QSG-7701). Pertanto, la BP potrebbe essere utilizzata come strumento inorganico nel trattamento del cancro meno dannoso11. È chiaro che molti fattori (come la dimensione laterale, le proprietà della superficie, i gruppi funzionali sulla superficie e le diverse dosi) influiscono sulla biocompatibilità e sulla tossicità dei nanomateriali 2D. Tuttavia, è fondamentale testare le strutture 2D sia negli esperimenti in vitro che in vivo. Recentemente, i membri 2D scoperti come il borofene dovrebbero essere attentamente studiati per la loro potenziale biocompatibilità o tossicità. Tuttavia, nello stato dell’arte c’è ancora spazio per la ricerca dedicata ai nanofiocchi di borofene nella loro forma originaria, soprattutto per quanto riguarda i test in vivo.