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Dextran and Polymer Polyethylene Glycol (PEG) Coating Reduce Both 5 and 30 nm Iron Oxide Nanoparticle Cytotoxicity in 2D and 3D Cell Culture

纳米颗粒 聚乙二醇 细胞毒性 右旋糖酐 PEG比率 生物物理学 氧化铁纳米粒子 活力测定 活性氧 化学 微粒 材料科学 纳米技术 化学工程 细胞 体外 生物化学 生物 工程类 经济 财务
作者
Miao Yu,Shaohui Huang,Kevin Yu,Alisa Morss Clyne
出处
期刊:International Journal of Molecular Sciences [MDPI AG]
卷期号:13 (5): 5554-5570 被引量:268
标识
DOI:10.3390/ijms13055554
摘要

Superparamagnetic iron oxide nanoparticles are widely used in biomedical applications, yet questions remain regarding the effect of nanoparticle size and coating on nanoparticle cytotoxicity. In this study, porcine aortic endothelial cells were exposed to 5 and 30 nm diameter iron oxide nanoparticles coated with either the polysaccharide, dextran, or the polymer polyethylene glycol (PEG). Nanoparticle uptake, cytotoxicity, reactive oxygen species (ROS) formation, and cell morphology changes were measured. Endothelial cells took up nanoparticles of all sizes and coatings in a dose dependent manner, and intracellular nanoparticles remained clustered in cytoplasmic vacuoles. Bare nanoparticles in both sizes induced a more than 6 fold increase in cell death at the highest concentration (0.5 mg/mL) and led to significant cell elongation, whereas cell viability and morphology remained constant with coated nanoparticles. While bare 30 nm nanoparticles induced significant ROS formation, neither 5 nm nanoparticles (bare or coated) nor 30 nm coated nanoparticles changed ROS levels. Furthermore, nanoparticles were more toxic at lower concentrations when cells were cultured within 3D gels. These results indicate that both dextran and PEG coatings reduce nanoparticle cytotoxicity, however different mechanisms may be important for different size nanoparticles.
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