Modifiye altın nanoparçacıkların fare hipokampal kesitlerindeki nöronal fonksiyonlar üzerine etkileri

Amaç: Altın nanoparçacık (AuNP) modifikasyonlarının sinir sistemi fonksiyonunu nasıl etkileyebileceği tam olarak bilinmemektedir. Bu çalışmada, AuNp’lerin glikoz (GlikozAuNp), oligonükleotid (15 baz, d(A)15AuNP) veya peptid (negatif amino asit içeren, AspAuNp) ile işlevselleştirilmiş formlarının fare hipokampal nöronları üzerindeki biyoelektriksel etkisinin ex vivo olarak araştırılması amaçlanmıştır. Yöntem: AuNP modifikasyonları UV/Vis spektroskopi, Dinamik Işık Saçılması (DLS) ve Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) ile karakterize edildi ve ex vivo olarak 4-6 haftalık Balb-c erkek farelerin beyin hipokampüs bölgelerinden alınan kesitlere eklendi, spontan ve uyarılmış aksiyon potansiyelleri (AP) yama kıskacı, tüm hücre tekniği ile kaydedildi. Spontan AP’lerinin en büyük genlik değeri, yükselen eğimi, yarı genişliği, iki pik arasında geçen süre ve ateşleme hızı analiz edildi. Bulgular: Karakterizasyon sonuçları AuNP’lerin yüzey modifikasyonlarının 5-7 nm çapında ve koloidal olduğunu gösterdi. Spontan AP’lerin ateşleme hızı GlikozAuNp (n=9) gurubunda, kontrol (n=9), AspAuNp (n=6) ve d(A)15AuNP (n=9) eklenen gruplara göre en fazla olarak ölçüldü (sırasıyla 10.1±5.5 4.4±3.2 9.5±3.8 ve 6.2±3.0 pik/s, p>0.05). Ek olarak, uyarılmış AP’lerin özelliklerini yansıtan akım voltaj (I-V) analizinde, GlikozAuNp (n=8) gurubunun akım uyarılarına ((-150)–(+150 pA)) cevaben oluşturdukları membran potansiyelleri kontrol (n=8) ve d(A)15AuNP (n=9) gruplarının cevabına göre negatif akım bölgesinde negatife, pozitif akım uyarısı bölgesinde pozitife kaydı. Sonuç: Medikal uygulamalarda kullanılacak AuNP’lerin yüzey modifikasyonlarının hipokampal nöronların AP’lerinin ateşleme hızını arttırarak, patolojik koşulları tetikleyebilecekleri ve daha biyouyumlu formların belirlenmesi gerektiği önerilebilir.

The effect of modified gold nanoparticles on the function of neurons of mice hipocampal brain slices

Aim: It is still unclear whether modifications of gold nanoparticles (AuNp) affect the function of the nervous system. Aim of this study was to investigate the bioelectrical effect of glucose (GlucoseAuNp), oligonükleotite (d(A)15AuNP) or peptide (AspAuNp) modified AuNp, on hippocampal mouse neurons after ex vivo administration. Methods: AuNP modifications were characterized by UV/Vis spectroscopy, Dynamic Light Scattering (DLS) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Subsequently, AuNp modifications were added ex vivo to sections of hippocampal regions obtained from the brains of 4-6 week old male Balb-c mice, and then spontaneous and stimulated action potentials (AP) were recorded by patch clamp with whole-cell technique. The Peak amplitude, rising slope, half with and firing rate of Aps were analyzed. Results: Characterization results showed that AuNp modifications have 5-7 nm size and colloidal shape. The firing rate of the APs measured in the GlucoseAuNp (n=9) group was higher compared to the AspAuNp (n=7), d(A)15AuNP (n=9), and control (n=9) groups (respectively 10.1±5.5 9.5±3.8, 6.2±3.0 pic/s, and 4.4±3.2, pic/s, p>0.05). In addition, current voltage (I-V) analysis showed that the membrane potential in response to current stimuli ((-150)–(150 pA)) of the GlucoseAuNp (n=8) shifted negative for negative current stimulations and positive for positive current stimulations compared to the control (n=8) and d(A)15AuNP (n=9) groups. Conclusion: The surface AuNp modifications will be used in medical applications might increase the firing rate of Aps and stimulate neurological patholojies in hippocampal neurons and it may be suggested that more biocompatible AuNp forms should be identified. 

___

  • 1) Jung S, Bang M, Kim BS, Lee S, Kotov NA, Kim B, Jeon D.”Intracellular gold nanoparticles increase neuronal excitability and aggravate seizure activity in the mouse brain”, PLoS One. 2014.13;9(3):e91360.
  • 2) Salinas K, Kereselidze Z, DeLuna F, Peralta XG, Santamaria F. “Transient extracellular application of gold nanostars increases hippocampal neuronal activity”, J Nanobiotechnology. 2014. 20;12(1):31.
  • 3) Ghosh P, Han G, De M, Kim CK, Rotello VM. “Gold nanoparticles in delivery applications”, Adv Drug Deliv Rev. 2008.;60:1307e15.
  • 4) Feng G, Kong B, Xing J, Chen J. “Enhancing multimodality functional and molecular imaging using glucose-coated gold nanoparticles”, Clin Radiol. 2014. 69(11):1105-11.
  • 5) Sperling, R. A., Gil, P. R., Zhang, F., Zanella, M. ve Parak, W. J. “Biological Applications of Gold Nanoparticles”, Chemical Society. 24 Nisan 2008.
  • 6) Polak P, Shefi O. “Nanometric agents in the service of neuroscience: Manipulation of neuronal growth and activity using nanoparticles” Nanomedicine. 2015 Aug;11(6):1467-79.
  • 7) Chithrani BD, Chan WC.”Elucidating the mechanism of cellular uptake and removal of protein-coated gold nanoparticles of different sizes and shapes”, Nano Lett. 2007.Jun;7(6):1542-50.
  • 8) Conner SD, Schmid SL. “Regulated portals of entry into the cell”, Nature. 2003. 422:37–44.
  • 9) Shukla R, Bansal V, Chaudhary M, Basu A, Bhonde RR. “Biocompatibility of gold nanoparticles and their endocytotic fate inside the cellular compartment: A microscopic overview”, Langmuir . 2005. 21: 10644–10654.
  • 10) Boisselier E, Astruc D. “Gold nanoparticles in nanomedicine: preparations, imaging, diagnostics, therapies and toxicity”, Chem Soc Rev. 2009. 38: 1759–1782.
  • 11) Sonavane G, Tomoda K, Makino K.”Biodistribution of colloidal gold nanoparticles after intravenous administration: Effect of particle size”, Colloids Surf B Biointerfaces. 2008. 66:274–280.
  • 12) Chen YS, Hung YC, Liau I, Huang GS. “Assessment of the In Vivo Toxicity of Gold Nanoparticles”, Nanoscale Res Lett. 2009. 8;4(8):858-864.
  • 13) Chen YS, Hung YC, Lin LW, Liau I, Hong MY, Huang GS. “Size-dependent impairment of cognition in mice caused by the injection of gold nanoparticles”, Nanotechnology. 2010.3;21(48):485102.
  • 14) Kim JH, Kim KW, Kim MH, Yu YS. “Intravenously administered gold nanoparticles pass through the blood-retinal barrier depending on the particle size, and induce no retinal toxicity”, Nanotechnology. 2009. 20:505101.
  • 15) Sur, I., Cam, D., Kahraman, M., Baysal, A., Culha, M. "Interaction of multi-functional silver nanoparticles with living cells", Nanotechnology. 2010. 21, 175104.
  • 16) Chen J, Hessler JA, Putchakayala K, Panama BK, Khan DP, Hong S, Mullen DG, Dimaggio SC, Som A, Tew GN. “Cationic nanoparticles induce nanoscale disruption in living cell plasma membranes”, The Journal of Physical Chemistry B..2009. 113:11179–11185.
  • 17) Goodman CM, McCusker CD, Yilmaz T, Rotello VM. ”Toxicity of gold nanoparticles functionalized with cationic and anionic side chains”, Bioconjug Chem. 2004. ; 15:897e900.
  • 18) Gromnicova R, Davies HA, Sreekanthreddy P, Romero IA, Lund T, Roitt IM, Phillips JB, Male DK. “Glucose-coated gold nanoparticles transfer across human brain endothelium and enter astrocytes in vitro.” PLoS One. 2013 Dec 5;8(12):e81043.
  • 19) Stampfl A, Maier M, Radykewicz R, Reitmeir P, Göttlicher M, Niessner R. Langendorff. “Heart: a model system to study cardiovascular effects of engineered nanoparticles”, ACS Nano. 2011.;5:5345–5353.
  • 20) Piella J,Bastus NG,Puntes V. Size-Controlled Synthesis of Sub-10-nanometer Citrate-Stabilized Gold Nanoparticles and Related Optical Properties. Chem. Mater. January 20, 2016. 20162841066-1075.
  • 21) Bernardes, G.J.L., Davis, B.G. “Direct thionation of reducing sugars”, Protocol Exchange. 2007.
  • 22) Hurst SJ, Hill HD, Mirkin CA. "Three-dimensional hybridization" with polyvalent DNA-gold nanoparticle conjugates. J Am Chem Soc. 2008 Sep 10;130(36):12192-200.
  • 23) Spadavecchia, J., Movia, D., Moore, C., Maguire, C.M., Moustaoui, H., Casale, S.. “Targeted polyethylene glycol gold nanoparticles for the treatment of pancreatic cancer: from synthesis to proof-of-concept in vitro studies”, Int J Nanomedicine. 2016. 11, 791–822.
  • 24) Haiss W1, Thanh NT, Aveyard J, Fernig DG. Determination of size and concentration of gold nanoparticles from UV-vis spectra. Anal Chem. 2007 Jun 1;79(11):4215-21.
  • 25) Guo, F., Yu, N., Cai, J. Q., Quinn, T., Zong, Z. H., Zeng, Y. J. & Hao, L. Y. “Voltage-gated sodium channels Nav1.1, Nav1.3 and b1 subunit were up-regulated in the hippocampus of spontaneously epileptic rat” Brain Res. Bull. 2008. 75, 179–187.
  • 26) Meisler, M. H. ve Kearney, J. A. “Sodium channel mutations in epilepsy and other neurological disorders”, J. Clin. Invest. 2005.115, 2010–2017.
Mersin Üniversitesi Sağlık Bilimleri Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 2008
  • Yayıncı: Mersin Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü
Sayıdaki Diğer Makaleler

Lumbar bölge canalis vertebalis sagittal çaplarının manyetik rezonans görüntüleme yöntemiyle incelenmesi

Nazire KILIÇ ŞAFAK, Sibel TEPECİK, Ahmet Hilmi YÜCEL

Meme kanserli kadınların cerrahi girişim sonrası yaşadıkları üst ekstremite sorunlarının yaşam kalitesine etkisi

Serap RANDA, Gülay ALTUN UĞRAŞ, Kadir ESER

Tilia tomentosa moench çiçeklerinin uçucu bileşenlerinin ve çeşitli in vitro biyolojik aktivitelerinin incelenmesi

Nihal KARAKAŞ, Mehmet Evren OKUR, Nurşah ÖZTUNÇ, Ayşe Esra KARADAĞ, Şükran KÜLTÜR, Betül DEMİRCİ

Mitoz sırasında H2O2 ile indüklenen oksidatif strese karşı dirençte Yca1’in rolünün incelenmesi

Pınar Buket ATALAY, Nur KALUÇ

İnsan fetüslerinde hipoglossal kanalın bölmelenme paterni

Vural HAMZAOĞLU, Orhan BEGER, Hakan ÖZALP, Yusuf VAYİSOĞLU, Ahmet DAĞTEKİN, Celal BAĞDATOĞLU, Derya Ümit TALAS

Bakteriyel lipopolisakkaridin preadiposit diferensiyasyonu üzerine etkisi: NO’nun ve Rho-kinaz enziminin olası katkısı

Ahmet Sencer YURTSEVER, Kansu BÜYÜKAFŞAR

Deneysel şizofreni modellerinin oluşturulması ve deneysel yöntemlerle şizofreni belirtilerinin değerlendirilmesi

Tuba ÖZKUL, Asuman GÖLGELİ

Kadın infertilitesinde Tiroid Stimülan Hormon - Anti Müllerian hormon ilişkisi

İlker ÇALIKOĞLU, Gürkan YAZICI, Güzin AYKAL, Bahar TAŞDELEN

Yoğun bakım hemşirelerinin ölüme ve saygın ölüm ilkelerine ilişkin tutumları

Neşe ÇELİK

Kanser hastalarında tanı öncesi ve sonrası beslenme alışkanlıkları, besin tüketim sıklıkları, besin takviyesi kullanımı ve kullanımı etkileyen faktörlerin karşılaştırılması

Serap ANDAÇ ÖZTÜRK, Zeynep ÖZERSON, İrem ÖNER ÖZKARA