یافته های نوین در علوم زیستی

بررسی اثر غلظت های مختلف نانوذرات اکسیدآهن بر بیان ژن p53در سلول های بنیادی مشتق شده از غشای آمنیوتیک انسانی

نویسندگان

ندا تکیه معروف 1
ناهید ابوطالب 2
مریم ناصرالاسلامی 1

1 گروه زیست شناسی سلولی و مولکولی، دانشکده علوم و فناوریهای نوین، علوم پزشکی تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 مرکز تحقیقات فیزیولوژی و گروه فیزیولوژی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی ایران، تهران، ایران

https://doi.org/10.52547/nbr.7.3.256
چکیده
نانوذرات سوپر پارامغناطیس اکسیدآهن، پیشرفت­های گسترده­ای را در نانوتکنولوژی ایجاد کرده است. خصوصیات منحصر به فرد این ذرات موجب گسترش روزافزون کاربرد آن­ها در زمینه­های مختلف از جمله حوزه­های پزشکی شده است. یکی از این کاربرد­ها، امکان تجزیه و تحلیل غیرتهاجمی برای ردیابی سلول­ها است. با این حال، احتمال ایجاد سمیت در سلول­ها توسط این نانوذرات گزارش شده است. با توجه به این­که آسیب سلولی ناشی از نانوذرات اکسید­آهن وابسته به غلظت است، بنابراین پیدا کردن غلظت مناسب نانوذرات اکسید آهن برای جلوگیری از آسیب سلولی یا مرگ سلولی ناشی از آپوپتوز بسیار مهم است. هدف از این مطالعه یافتن غلظتی از نانوذرات سوپر پارامغناطیس اکسیدآهن است که منجر به ایجاد آپوپتوز در سلول­ها نشود. این مطالعه با هدف بررسی اثر غلظت­های مختلف نانوذره اکسید­آهن بر بقای سلول، تاثیر بر افزایش بیان ژن دخیل در آپوپتوز در سلول­های بنیادی مزانشیمی مشتق از غشای آمنیوتیک انسان مورد ارزیابی و بررسی قرار گرفت. ابتدا سلول­های بنیادی از بافت غشای آمنیوتیک انسانی استخراج و کشت داده شدند و جهت اثبات ویژگی مولتی پوتنت بودن این سلول­ها به رده­های سلولی چربی، استخوانی و غضروفی متمایز شدند. سپس درصد زنده­مانی سلول­های تیمار شده با غلظت­های مختلف نانوذره اکسید­آهن (200، 150، 100، 50، 0 میکروگرم در میلی­لیتر) در بازه زمانی 24 و 48 ساعت به روش MTT مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس اثر غلظت­های 0، 100،150 و 200 میکروگرم بر میلی­لیتر از نانوذره بعد از 24 ساعت در hAMSCs از نظر بیان ژن p53 با روش Real-time PCR سنجیده شد. سلول های hAMSC استخراج شده در کشت دو بعدی ظاهری دوکی شکل داشتند که در بررسی مارکرهای سطحی توسط فلوسایتومتری، مشخص شد که این سلول­ها CD29، CD90 و CD105 را بیان کرده و در مقابل CD34 و CD45 را قادر به بیان نبودند. نتایج حاصل از بررسی توانایی چند توانی hAMSCs نشان داد که این سلول­ها قابلیت تمایز به رده­های سلول­های چربی، استخوانی و غضروفی را دارا هستند. نانوذره اکسید­آهن در غلظت 50 و 100 میکروگرم در میلی­لیتر در مدت زمان 24 ساعت تاثیری معنادار بر بقا سلول­ها نداشت. در حالی­که از غلظت 150 به بعد بقا سلولی به شکل قابل ملاحظه­ای کاهش یافت (%4/1±42، 001/0 >P ). نتایج حاصل از آنالیز Real-time PCR نشان داد که بیان ژن p53 ناشی از مواجه سلول با نانوذره با غلظت­های 150 میکروگرم در میلی­لیتر (1/0±4/2، 001/0 >P ) و 200 میکروگرم در میلی­لیتر (11/0±1/4، 001/0 >P ) به شکل قابل ملاحظه­ای افزایش می‌یابد. با توجه به نتایج، نانوذرات مورد استفاده در این مطالعه در غلظت ≤ 100 میکروگرم در میلی­لیتر برای ردیابی سلول­ها مناسب هستند.

کلیدواژه‌ها

آپوپتوز
سلول های بنیادی مزانشیمی
غشای آمنیوتیک
نانوتکنولوژی
نانوذرات مغناطیسی

عنوان مقاله English

The effect of different concentrations of iron oxide nanoparticles on the expression of p53 gene in human amniotic membrane-derived mesenchymal stem cells  

نویسندگان English

Neda Tekiyeh Maroof 1
Nahid Aboutaleb 2
Maryam Naseroleslami 1
1 Department of Cellular and Molecular Biology, Faculty of Advanced Science and Technology, Tehran Medical Sciences, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) have made extensive advances in nanotechnology. The unique properties of these particles have expanded their application in various fields, including medicine. One of these applications is non-invasive analysis for cell tracking. However, the possibility of toxicity in cells is reported by these nanoparticles. Due to the fact that cellular damage caused by iron oxide nanoparticles is concentration-dependent, the determination of the appropriate concentration of iron oxide nanoparticles is very important to prevent cell damage or cell death due to apoptosis. The aim of this study was to find a concentration of SPIONs which does not result in apoptosis. Therefore, the effects of different concentrations of iron oxide nanoparticles on cell survival were investigated, and the their effects on increased gene expression involved in apoptosis (p53) in human amniotic membrane derived mesenchymal stem cells (hAMSCs) were evaluated. First, stem cells were extracted from human amniotic membrane tissue and cultured. To demonstrate the multipotent characteristic of hAMSCs, these cells were differentiated into adipose, bone, and chondrocyte cell lines. Then, the viability of the cells treated with different concentrations of iron oxide nanoparticles (200, 150, 100, 50, 0 μg / ml) over a period of 24 and 48 hours was evaluated by MTT method. The effect of the concentrations of 0, 100,150 and 200 μg / ml of nanoparticles after 24 hours in hAMSCs was investigated for the expression of p53 gene by Real-Time PCR. hAMSCs were spindle-shaped in a two-dimensional culture. Flow cytometry examination of surface markers revealed that these cells were able to express CD 29, CD90 and CD105 but they were unable to express CD34 and CD45. The results of the multi-potency assay of hAMSCs showed that these cells were capable of being differentiated into adipocyte, bone and chondrocyte cell lines. Iron oxide nanoparticles had no significant effect on cell survival at the concentrations of 50 and 100 μg / ml in 24 hours. However, cell viability decreased significantly after the concentration of 150 μg / ml (42 ± 1.4%, p<0. 001. The results of Real-Time PCR analysis showed that the expression of p53 gene significantly increased at concentrations of 150 (2.4±0.1, P < 0. 001) and 200 μg / ml (4.1 ± 0.11, P < 0. 001). According to the results, the nanoparticles used in this study were appropriate at concentrations ≥ 100 μg / ml for cell tracking.

کلیدواژه‌ها English

Apoptosis
mesenchymal stem cells
Amniotic Membrane
Nanotechnology
Magnetic Nanoparticles
Akter, M., Sikder, M.T., Rahman, M.M., Ullah, A.A., Hossain, K.F.B., Banik, S., Hosokawa, T., Saito, T. & Kurasaki, M. 2018. A systematic review on silver nanoparticles-induced cytotoxicity: Physicochemical properties and perspectives. Journal of Advanced Research 9: 1-16.
Andreas, K., Georgieva, R., Ladwig, M., Mueller, S., Notter, M., Sittinger, M. & Ringe, J. 2012. Highly efficient magnetic stem cell labeling with citrate-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles for MRI tracking. Biomaterials 33: 4515-4525.
Ansari, M.O., Parveen, N., Ahmad, M.F., Afrin, S., Rahman, Y., Jameel, S., Khan, Y. A., Siddique, H.R., Tabish, M. and Shadab, G. 2019. Evaluation of DNA interaction, genotoxicity and oxidative stress induced by iron oxide nanoparticles both in vitro and in vivo: attenuation by thymoquinone. Scientific Reports 9: 1-14.
Bai, W., Zhang, Z., Tian, W., He, X., Ma, Y., Zhao, Y. & Chai, Z. 2010. Toxicity of zinc oxide nanoparticles to zebrafish embryo: a physicochemical study of toxicity mechanism. J. Nanopart. Res. 12: 1645-1654.
Buzea, C., Pacheco, I.I. & Robbie, K. 2007. Nanomaterials and nanoparticles: sources and toxicity. Biointerphases 2: MR17-MR71.
Das, A.K. 2009. Stem cell therapy for critical limb ischaemia—a review. Indian Journal of Surgery 71: 177-181.
De Coppi, P., Bartsch, G., Siddiqui, M. M., Xu, T., Santos, C. C., Perin, L., Mostoslavsky, G., Serre, A. C., Snyder, E. Y. and Yoo, J. J. 2007. "Isolation of amniotic stem cell lines with potential for therapy." Nat Biotechnol 25: 100-106.
Gupta, A.K. & Gupta, M. 2005. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials 26: 3995-4021.
Hida, N., Nishiyama, N., Miyoshi, S., Kira, S., Segawa, K., Uyama, T., Mori, T., Miyado, K., Ikegami, Y. & Cui, C. 2008. Novel cardiac precursor‐like cells from human menstrual blood‐derived mesenchymal cells. Stem Cells 26: 1695-1704.
Huang, D.M., Hsiao, J.K., Chen, Y.C., Chien, L.Y., Yao, M., Chen, Y.K., Ko, B.S., Hsu, S.C., Tai, L.A. & Cheng, H.Y. 2009. The promotion of human mesenchymal stem cell proliferation by superparamag-netic iron oxide nanoparticles. Biomaterials 30: 3645-3651.
Jeng, H.A. & Swanson, J. 2006. Toxicity of metal oxide nanoparticles in mammalian cells. Journal of Environmental Science and Health Part A 41: 2699-2711.
Jiang, Y., Jahagirdar, B.N., Reinhardt, R.L., Schwartz, R.E., Keene, C.D., Ortiz-Gonzalez, X.R., Reyes, M., Lenvik, T., Lund, T. & Blackstad, M. 2002. Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult marrow. Nature 418 (6893): 41.
Kumar, S., Jana, A. K., Dhamija, I., Singla, Y. & Maiti, M. 2013. Preparation, characterization and targeted delivery of serratiopeptidase immobilized on amino-functionalized magnetic nanoparticles. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 85: 413-426.
Lin, Y.X., Ding, Z.Y., Zhou, X.B., LI, S.T., Xie, D.M., LI, Z.Z. & Sun, G.D. 2015. In vitro and in vivo evaluation of the developed PLGA/HAp/Zein scaffolds for bone-cartilage interface regeneration. Biomed Environ Sci 28: 1-12.
Mahmoudi, M., Hofmann, H., Rothen-Rutishauser, B. & Petri-Fink, A. 2011. Assessing the in vitro and in vivo toxicity of superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Chemical Reviews 112: 2323-2338.
Makarevich, P.I., Dergilev, K.V., Tsokolaeva, Z.I., Boldyreva, M.A., Shevchenko, E.K., Gluhanyuk, E.V., Gallinger, J.O., Menshikov, M.Y. & Parfyonova, Y.V. 2018. Angiogenic and pleiotropic effects of VEGF165 and HGF combined gene therapy in a rat model of myocardial infarction. PLOS One 13: e0197566.
Maumus, M., Jorgensen, C. & Noël, D. 2013. Mesenchymal stem cells in regenerative medicine applied to rheumatic diseases: role of secretome and exosomes. Biochimie 95: 2229-2234.
Miki, T. 2011. Amnion-derived stem cells: in quest of clinical applications. Stem Cell Research & Therapy 2: 25.
Mohanty, S., Jain, K.G., Nandy, S.B., Kakkar, A., Kumar, M., Dinda, A.K., Singh, H. & Ray, A. 2018. Iron oxide labeling does not affect differentiation potential of human bone marrow mesenchymal stem cells exhibited by their differentiation into cardiac and neuronal cells. Molecular and Cellular Biochemistry 448: 17-26.
Nance, E.A., Woodworth, G.F., Sailor, K.A., Shih, T.-Y., Xu, Q., Swaminathan, G., Xiang, D., Eberhart, C. & Hanes, J. 2012. A dense poly (ethylene glycol) coating improves penetration of large polymeric nanoparticles within brain tissue. Science translational medicine 4: 149ra119.
Naseroleslami, M., Aboutaleb, N. & Parivar, K. 2018. The effects of superparamagnetic iron oxide nanoparticles-labeled mesenchymal stem cells in the presence of a magnetic field on attenuation of injury after heart failure. Drug Delivery and Translational Research 8: 1214-1225.
Nowrouzi, A., Meghrazi, K., Golmohammadi, T., Golestani, A., Ahmadian, S., Shafiezadeh, M., Shajary, Z., Khaghani, S. & Amiri, A. 2010. Cytotoxicity of subtoxic AgNP in human hepatoma cell line (HepG2) after long-term exposure. Iranian Biomedical Journal 14: 23.
Schweiger, C., Pietzonka, C., Heverhagen, J. & Kissel, T. 2011. Novel magnetic iron oxide nanoparticles coated with poly (ethylene imine)-g-poly (ethylene glycol) for potential biomedical application: synthesis, stability, cytotoxicity and MR imaging. International Journal of Pharmaceutics 408: 130-137.
Shapiro, E. M., Skrtic, S. & Koretsky, A. P. 2005. Sizing it up: cellular MRI using micron‐sized iron oxide particles. Magnetic Resonance in Medicine 53: 329-338.
Shavandi, Z., Ghazanfari, T. & Moghaddam, K.N. 2011. In vitro toxicity of silver nanoparticles on murine peritoneal macrophages. Immunopharmacology and Immunotoxicology 33: 135-140.
Singh, N., Manshian, B., Jenkins, G. J., Griffiths, S. M., Williams, P. M., Maffeis, T. G., Wright, C. J. and Doak, S. H. 2009. "NanoGenotoxicology: the DNA damaging potential of engineered nanomaterials." Biomaterials 30: 3891-3914.
Sridhar, S.S. & Shepherd, F.A. 2003. Targeting angiogenesis: a review of angiogenesis inhibitors in the treatment of lung cancer. Lung Cancer 42: 81-91.
Sun, C., Lee, J. S. & Zhang, M. 2008. Magnetic nanoparticles in MR imaging and drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews 60: 1252-1265.
Thünemann, A.F., Schütt, D., Kaufner, L., Pison, U. & Möhwald, H. 2006. Maghemite nanoparticles protectively coated with poly (ethylene imine) and poly (ethylene oxide)-b lock-poly (glutamic acid). Langmuir 22: 2351-2357.
Tiwari, M. 2012. Apoptosis, angiogenesis and cancer therapies. Journal of Cancer Terapeutics and Research 1: 3.
Verma, V.K., Kamaraju, S.R., Kancherla, R., Kona, L.K., Beevi, S.S., Debnath, T., Usha, S.P., Vadapalli, R., Arbab, A.S. & Chelluri, L.K. (2015). Fluorescent magnetic iron oxide nanoparticles for cardiac precursor cell selection from stromal vascular fraction and optimization for magnetic resonance imaging. International Journal of Nanomedicine 10: 711.
Zhao, P., Ise, H., Hongo, M., Ota, M., Konishi, I. & Nikaido, T. 2005. Human amniotic mesenchymal cells have some characteristics of cardiomyocytes. Transplantation 79: 528-535.

  • تاریخ دریافت 18 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 18 خرداد 1405

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما