Vrednotenje vpliva nanodelcev titanovega dioksida na adhezijo monocitov na žilni endotelij z optično pinceto

Koroševič Koser, Benjamin (author), Urbančič, Iztok (mentor), Koklič, Tilen (co-mentor)

Nanodelci so delci s premerom ≤ 100 nm v vsaj eni dimenziji. Zaradi svoje majhnosti imajo več spremenjenih oziroma posebnih lastnosti ter so vse širše vključeni na zelo različnih področjih industrije. Spremenjene oziroma posebne lastnosti nanodelcev se odražajo tudi v spremenjenem odzivu na celičnem nivoju, katerega vpliv na zdravje se še intenzivno raziskuje. Izpostavljenost določenim nanodelcem je potrjeno povezana s pojavom kroničnih vnetnih bolezni dihal. V zadnjem času spoznavajo, da je vdihovanje nanodelcev povezano tudi z vnetnim odzivom pri drugih organih oziroma organskih sistemih – tudi pri srčno-žilnih boleznih, na primer aterosklerozo. Ateroskleroza je kompleksna multifaktorna kronična vnetna bolezen, pri kateri je težko definirati specifične dejavnike tveganja in vzroke za njeni razvoj. Novejše študije med ključne uvodne dogodke pri razvoju ateroskleroze prištevajo aktivacijo žilnega endotelija in pritrjevanje levkocitov na žilno steno. V namen ugotavljanja povezave med nanodelci in razvojem ateroskleroze smo razvili metodo z uporabo optične pincete, ki nam omogoča neposredno merjenje časa pritrjevanja monocitov na endotelijske celice. Dobljeni rezultati nakazujejo, da izpostavitev endotelijskih celic nanocevkam TiO2 (TiO2NT) in vitro povzroči hitrejše pritrjevanje monocitov, kar je lahko posledica potencialno toksičnega delovanja TiO2NT, ki privede do aktivacije endotelijskih celic. Odziv na nanodelce je podoben kot na trombin, ki smo ga izbrali kot pozitivno kontrolo za aktivacijo endotelija. Postavljeno metodo merjenja pritrjevanja monocitov na endotelij bi z vključitvijo predlaganih izboljšav lahko razvili do standardne metode za ta namen. S konfokalno fluorescenčno mikroskopijo adhezijskih molekul na površini endotelijskih celic, katerih gostota po naših preliminarnih poskusih korelira s hitrostjo pritrjevanja monocitov, predlagamo tudi enovito delovno izvedbo, ki omogoča hitrejše in cenejše testiranje vpliva nanomaterialov in kemikalij na razvoj ateroskleroze.

• Language: Slovenian
• Keywords: titanov dioksid, nanodelci, nanocevke, ateroskleroza, pritrjevanje monocitov, optična pinceta, konfokalna fluorescenčna mikroskopija
• Work type: Master's thesis/paper
• Organization: FFA - Faculty of Pharmacy
• Year: 2023
• PID: 20.500.12556/RUL-149265
• COBISS.SI-ID: 163416835
• Publication date in RUL: 06.09.2023

Secondary language

• Language: English
• Title: Evaluating the effects of titanium dioxide nanoparticles on monocyte adhesion to vascular endothelium with optical tweezers

Abstract

Nanoparticles are particles that measure ≤ 100 nm in at least one dimension. Because of their size, nanoparticles possess unique properties and are widely applied in many different industries. These unique properties of nanoparticles also reflect in their ability to inflict changes on a cellular level, which represents a potential health risk and is the subject of extensive ongoing research. Exposure to certain nanoparticles is linked to inflammatory response within many organs or organic systems, with a proven link between inhalation of nanoparticles and chronic inflammatory respiratory diseases. Exposure to inhaled nanoparticles is supposedly further linked to the development of cardiovascular diseases such as atherosclerosis. Atherosclerosis is a complex, multifactorial chronic inflammatory disease with no clearly defined risk factors or causes. Recent studies highlight the activation of vascular endothelial cells and adhesion of leukocytes as key initiating events in the development of atherosclerosis. To examine the relationship between nanoparticle exposure and the development of atherosclerosis, we chose to develop a method to measure the adhesion time of monocytes to the vascular endothelium using optical tweezers. Our results indicate that exposure of endothelial cells to TiO2 nanotubes (TiO2NT) in vitro shortens the adhesion time of monocytes, which could result from the potentially toxic effects of TiO2NT and consequential activation of endothelial cells. The effect of TiO2NT was comparable to the one of thrombin, which we chose as a positive control to activate endothelial cells. With the application of suggested improvements, the developed method could be redesigned into a standard in vitro method to assess attachment of monocytes to endothelium. Furthermore, our preliminary results from confocal fluorescent microscopy of adhesion molecules indicate a correlation between the distribution of adhesion molecules on endothelial cells and monocyte adhesion times. We propose a high-throughput working model, using confocal fluorescent microscopy of adhesion molecules, which would enable one to analyze the effect of nanomaterials and chemicals on the development of atherosclerosis in a time-efficient and affordable manner.

• Keywords: titanium dioxide, nanoparticles, nanotubes, atherosclerosis, monocyte adhesion, optical tweezers, confocal fluorescent microscopy