دوره 10، شماره 39 - ( 4-1399 )                   جلد 10 شماره 39 صفحات 78-61 | برگشت به فهرست نسخه ها

XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Hekmat A, Mohsenpour K, Atyabi S M, Bakhshandeh H. The Effects of Titanium dioxide Nanoparticles Coatings in the extent of their Effectiveness: DNA Interaction. NCMBJ 2020; 10 (39) :61-78
URL: http://ncmbjpiau.ir/article-1-1299-fa.html
حکمت آزاده، محسن پور کوثر، اطیابی سید محمد، بخشنده هاله. تأثیر نوع پوشش نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در میزان اثرگذاری آن‌ها: برهم‌کنش با DNA. مجله تازه هاي بيوتكنولوژي سلولي و مولكولي. 1399; 10 (39) :61-78

URL: http://ncmbjpiau.ir/article-1-1299-fa.html


گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
متن کامل [PDF 7026 kb]   (1428 دریافت)     |   چکیده (HTML)  (2731 مشاهده)
متن کامل:   (1278 مشاهده)

تأثیر نوع پوشش نانوذرات دی­اکسید تیتانیوم در میزان اثرگذاری آن­ها: برهم­کنش با DNA

آزاده حکمت*،1، کوثر محسن پور1، سید محمد اطیابی2، هاله بخشنده3

1- گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2- گروه بیوتکنولوژی، انستیتو پاستور، تهران، ایران

3- گروه نانوبیوتکنولوی، گروه فناوری‌های نوین، انستیتو پاستور، تهران، ایران


چکیده

سابقه و هدف: در میان نانوذرات نیمه‌هادی، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (NPS TiO2) به­طور گسترده در صنایع نانوتکنولوژی و پزشکی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. NPS TiO2 از راه­های مختلف سنتز می‌شوند. هدف از این مطالعه بررسی نقش نوع پوشش مورد استفاده در سنتز NPS TiO2 بر ایجاد تغییرهای ساختاری DNA است.

مواد و روش‌ها: از طیف‌سنجی‌های‌ جذبی ماوراء بنفش (UV)، ‌فلورسانس و دورنگ نمایی دورانی (CD) به­همراه آنالیز پتانسیل زتا جهت بررسی تغییرهای ایجاد شده در ساختار DNA در هنگام افزودن NPS TiO2 حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول، حاوی پایدارکننده HNO3 و بدون پوشش استفاده گردید.

نتایج: مطالعات طیف‌سنجی UV، خاموشی فلورسانس و ثابت‌های اتصال نشان داد نانوذرات حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول (M-1 105×2/2) در مقایسه با دو نانوذره دیگر (M-1 104×3/2 برای NPS TiO2 بدون پوشش ویژه و M-1 105×1/1 برای NPS TiO2 حاوی پایدارکننده HNO3)، می‌توانند برهم­کنش قوی‌تر با DNA داشته باشند و موجب تغییر ساختار DNA شوند. طیف‌سنجی CD نشان داد در حضور NPS TiO2 استکینگ بازهای DNA کاهش می‌یابد و مقدار پتانسیل زتا DNA در حضور NPS TiO2 حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول کم­تر شده است (mV 60/24-).

نتیجه‌گیری: نتایج این مطالعه نشان داد NPS TiO2 حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول نسبت­به دو نوع نانوذره دیگر برهم­کنش قوی‌تری با DNA دارد. بنابراین نوع پوشش انتخابی در هنگام سنتز NPS TiO2 در میزان برهم­کنش نانوذرات با DNA حیاتی است و توجه به این نکته در طراحی‌ نانوداروها و درمان سرطان بسیار مهم است.

واژه‌های کلیدی: نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO2NPs)، DNA، طیف‌سنجی، پتانسیل زتا، سنتز، IAU science


 

مقدمه

گسترش فناوری نانو در دهه اخیر موجب پیشرفت شگرفی در صنایع مختلف شده است. نانوذرات به­دلیل ویژگی­های منحصر به فردشان از جمله افزایش نسبت سطح به حجم، زیست‌سازگاری، پایداری شیمیایی و زیستی بالا در صنایع دارویی، پزشکی و محیط زیست استفاده می­شوند. از میان نانوذرات نیمه­رسانا، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO2) به­علت پایداری بالا، دارا بودن خاصیت فعال نوری و تمایل به واکنش بالا در گستره وسیعی از صنایع مرتبط با فناوری نانو کاربرد دارند. عنصر تیتانیوم یک فلز واسطه با دانسیته کم، استحکام و درخشندگی بالا است. این عنصر در سال 1791 کشف گردید و توسط مارتین کلاپروت تیتان (خدای خورشید، برگرفته از اساطیر یونانی) نام‌گذاری شد (3-1). بیش از 90 درصد تیتانیوم استخراج شده به­صورت تیتانیوم دی اکسید است. تیتانیوم دی اکسید که با نام‌های اکسید تیتانیوم IV یا تیتانیا نیز شناخته می‌شود هنگامی‌که به­عنوان رنگدانه مورد استفاده قرار گیرد نام‌های تیتانیوم سفید یا رنگدانه سفید را به خود می‌گیرد (3). دی اکسید تیتانیوم در سه فاز اصلی بلورین روتیل (Rutile)، آناتاز (Anatase) و بروکیت (Brookite) وجود دارد. شبکه بلورین روتیل به­صورت تتراگونال است و دارای ثابت انکسار و قدرت تفرق بالایی در میان دیگر فلزات است و نام خود را از واژه رتیلوس به معنای قرمز تیره برگرفته است. شبکه بلورین آناتاز نیز به­صورت تتراگونال بوده و به­علت کشیدگی شبکه بلورین آن به آناتاز یا کشیده معروف است. بر خلاف دو فاز قبلی، فاز بروکیت به­صورت ارتومبیک بوده و فعالیت نوری ندارد و کمیاب‌ترین فاز بلورین TiO2 به­شماره می‌رود. این فاز، به احترام جیمز بروک معدن شناسی که این فاز را برای اولین بار کشف نمود، بروکیت نام­گذاری شد. از بین این سه فاز، فاز آناتاز زیست سازگاری بیش­تری نسبت به فاز رتیل دارد (3). همه خصوصیت­های دی اکسید تیتانیوم در نانو TiO2 وجود دارد با این تفاوت که ‌اندازه آن بسیار کوچک­تر است و به­واسطه سطح تماس بیش­تر قابلیت اثرکنندگی بیش­تری دارد. با توجه­به مطالعه­های انجام پذیرفته به­نظر می‌رسد نانوذرات دی اکسید تیتانیوم از طریق تولید رادیکال‌های آزاد اکسیژن (ROS)، تخریب فعالیت میتوکندری سلول، برهم­کنش با غشای سلول و پراکسید نمودن لیپیدهای غشایی، آزادسازی سیتوکروم C از میتوکندری و تأثیر بر تنظیم­کننده‌های چرخه سلولی موجب مرگ سلولی (آپاپتوز) می‌گردند (4،1). نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در پزشکی، دارورسانی (Drug Delivery)، فوتودینامیک تراپی (PDT) و تصویربرداری کامپیوتری از تومورها (CT) بسیار کاربرد دارند (5).

تاکنون روش‌های متعددی برای سنتز نانوذرات  TiO2مورد استفاده قرار گرفته است که از آن جمله می‌توان به­روش هیدرولیز، روش سل-ژل در حضور یک ماده فعال کننده سـطحی، روش هیدروترمال تحت حرارت و فشار، روش سل-ژل بر روی یک بستر از جنس کربن فعال شده، روش مایکروویو هیدروترمال، روش هیدروترمال بـه کمک امواج فراصوتی، روش مکانوشیمیایی، رسوبدهی شیمیایی و الکتروشیمیایی و روش پلاسمای حرارتی با فرکانس رادیویی اشاره نمود (6). پلی اتیلن گلیکول (PEG) یک پلی­مر پیچ خورده از تکرار واحدهای اتیلن اتر با کنفورماسیون پویا است. علاوه­بر این، PEG غیرسمی ‌و غیرایمنی‌زا است و دارای فارماکوکنتیک مناسب و توزیع مناسب بافتی است (7). پلی اتیلن گلیکول دارای تعدادی از خواص مهم فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی از جمله آب­دوستی و عدم سمیت است (8). اصلاح سطح نانوذرات با PEG نه تنها مانع از تجمع نانوذرات می‌شود، بلکه نانوذرات را به جذب پروتئین مقاوم می‌سازد و زیست سازگاری آن­ها را بهبود می‌بخشد (9). پوشش نانومواد باPEG  هم­چنین زمان گردش نانومواد در درون بدن را افزایش می‌دهد، در نتیجه احتمال کاهش کلیرانس (پاکسازی از خون) از طریق سیستم رتیکولواندوتلیال را موجب می‌شود. یافته‌ها نشان می‌دهد که پوشش نانوذرات TiO2 با PEG سمیت سلولی آن­ها را کاهش می‌دهد و القاء ژن‌های مرتبط با استرس را کاهش می‌دهد. نتایج هم­چنین نشان می‌دهد که اثراهای ناشی از TiO2 بر روی سمیت سلولی و بیان ژن بسته به نوع سلول و تغییر سطح آن وابسته است (10). پگیله شدن یکی از موفق‌ترین روش‌ها جهت افزایش زمان گردش نانوذرات در خون است که منجر به هدف‌گیری بهتر دارو و در عین حال افزایش نفوذپذیری در تومورها می‌گردد (11). اسید نیتریک (HNO3) به­طور معمول جهت اصلاح سطح و پایدار کننده در سنتز نانوذرات به­کار می‌رود. تیمار با HNO3 موجب افزایش سطح و اصلاح سطح نانوذرات دی اکسید تیتانیوم می‌شود (12).

عملکرد حیاتی اسیدهای نوکلئیک به ویژه DNA در فرآیندهای زیستی شناخته شده است. برهم­کنش DNA با نانوذرات با توجه­به اثرهای احتمالی نانوذرات بر سنتز، همانندسازی و ساختار DNA در صنایع داروسازی و پزشکی بسیار حائز اهمیت است (13). نوع پوشش، پایدار کننده و یا حلال نانوذرات می‌تواند در میزان برهم­کنش نانوذرات با ماکرومولکول‌ها مؤثر باشد، لذا انجام مطالعه­هایی که تأثیر نوع پوشش نانوذرات را بر میزان برهم­کنش با DNA بررسی کند لازم و ضروری است. در این مطالعه به مقایسه تاثیر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (در فاز آناتاز) با ابعاد کم­تر از 10 نانومتر و سنتز شده به­روش شیمیایی بر روی ساختار DNA با استفاده از تکنیک‌های طیف‌سنجی پرداخته شد. این مطالعه می‌تواند اطلاعات مهم و کاربردی در طراحی نانوداروها در اختیار متخصصین قرار دهد و پژوهشگران را در انتخاب نانوذرات مناسب با توجه­به هدف کاربردی آنان یاری دهد.

مواد و روش‌ها

مواد

ct-DNA (استخراج شده از تیموس گاو)، از شرکت سیگما آلدریچ (آمریکا) خریداری شد. نانوذرات دی اکسید تیتانیوم فاز آناتاز (پودر سفید رنگ، سنتز شده به­روش شیمیایی، با اندازه 8-4 نانومتر، دارای پایدارکننده HNO3، سطح ویژه m2/g  140، قابل حل در آب به­صورت محلول کلوئیدی شفاف، غیر قابل حل در محلول‌های غیرقطبی و شماره کاتالوگ PL-TiO-NO) (شکل 1a و d) از شرکت PlasmaChem GmbH (آلمان) تهیه شد. نانوذرات دی اکسید تیتانیوم فاز آناتاز (پودر، اندازه کم­تر از 10 نانومتر، 99% خلوص، سطح ویژه m2/g 150 و سنتز شده به­روش شیمیایی) (شکل 1b و e) از شرکت نانو پارس لیما (ایران) خریدار شد. این نوع از نانوذرات پس از حل شدن در بافر تریس به مدت 10 دقیقه سونیکه شدند. نانوذرات دی اکسید تیتانیوم فاز آناتاز (محلول شفاف، اندازه کم­تر از 10 نانومتر، 99 % خلوص، سطح ویژه m2/g 150، کروی شکل، حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول، سنتز شده به­روش شیمیایی و شماره تولید US7832) (شکل 1 c و f) از شرکت US Research Nanomaterials (آمریکا) خریداری شد. Tris hydroxymethyl aminomethane (Tris-base) و DNA Green Viewer به ترتیب از شرکت سیناژن (ایران) و شرکت پارس توس (ایران) خریداری شدند. تأیید اندازه نانوذرات با استفاده از دستگاه اندازه‌گیری پراکندگی نور پویا (DLS) Brookhaven Instruments Corporation (ساخت آمریکا) انجام شد. تمام آزمایش­ها در بافر Tris-base 1/0 مولار با 4/7 pH  انجام شد. آزمایش‌ها سه بار تکرار شدند.

مطالعه ­های طیف جذبی ماوراء بنفش

اندازه‌گیری جذب نور ماوراء بنفش توسط ماکرومولکول DNA، به­منظور مطالعه تأثیر نوع پوشش انتخابی در هنگام سنتز نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در غلظت‌های مختلف بر ساختار DNA مورد بررسی قرار گرفت. جذب نور ماوراء بنفش با استفاده از اسپکتروفتومتر مرئی-فرابنفش مدل پرکین EZ301 (ساخت آمریکا) بررسی شد. در ابتدا DNA با غلظت 32/8 میکرومولار آماده شد. با روبش طول موج در محدوده طول موج 290-230 نانومتر، مشخص گردید که DNA در محدوده 260 نانومتر دارای جذب مشخص است. در مرحله بعد پس از افزودن غلظت‌های مختلف هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (19-3 میکرومولار) تغییرهایی در طیف جذبی DNA مطالعه شد. دمای انجام آزمایش‌ها 37 درجه سانتی‌گراد تنظیم شد. در هنگام هر تیتراسیون محلول به­خوبی هم زده شده و طیف جذبی هر تیتراسیون اندازه‌گیری می‌گردید.

مطالعه­های طیف‌سنجی نشر فلورسانس

اندازه‌گیری شدت نشر فلورسانس DNA، به­منظور مطالعه تأثیر نوع پوشش انتخابی در هنگام سنتز نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در غلظت‌های مختلف بر ساختار DNA مورد بررسی قرار گرفت. از آنجا که ماکرومولکول DNA دارای نشر فلورسانس ذاتی قابل ملاحظه‌ای نیست، از یک ماده فلوروفور (رنگ فلوروسنت) موسوم به DNA Green Viewer™ جهت اندازه‌گیری تغییرها در نشر فلورسانس DNA استفاده گردید. نشر فلورسانس با استفاده از اسپکتروفومتر فلورسانس مدل هیتاچی MPF-7 (ساخت آمریکا) بررسی شد. جهت کنترل دما در طی هر آزمایش، از حمام مدل Protherms NTB-211 استفاده شد. طول موج تحریک در تمام طول آزمایش‌ها 490 نانومتر تنظیم گردید. غلظت نمونه DNA مورد مطالعه 32/8 میکرومولار بود. ابتدا طیف‌ فلورسانس نمونه DNA مورد بررسی قرار گرفت و سپس نشر فلورسانس نمونه‌ DNA پس از افزودن غلظت‌های مختلف هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (19-3 میکرومولار) در دمای 37 درجه سانتی‌گراد ثبت گردید. ضخامت کووت‌های کوارتز در آزمایش‌ها 1 سانتی‌متر و پهنای شکاف در تهیج و نشر به­ترتیب 10 و 10 نانومتر تنظیم گردید. از آنجا که جذب اشعه توسط خاموش کننده موجب کاهش سیگنال تهیج و نشر (فیلتراسیون داخلی) می‌شود. جهت تصحیح اثر فیلتراسیون داخلی از معادله (1) استفاده شد:

(1)                                 

در این معادله Fobs و Fcorr بیانگر شدت نشر فلورسانس مشاهده شده و شدت نشر فلورسانس تصحیح شده است. Abex و Abem نیز به­ترتیب بیانگر جذب محلول در طول موج‌های تهیج و نشر است.

مطالعه­های طیف‌سنجی دورنگ نمایی دورانی (CD)  

جهت مطالعه تغییرها در ساختار DNA در حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم طیف‌های CD با استفاده از طیف‌سنج دورنگ‌نمایی دورانی Aviv، Model 215 (ساخت آمریکا) ثبت شد. ابتدا طیف CD نمونه ‌DNA (32/8 میکرومولار) مورد بررسی قرار گرفت و سپس طیف‌های  CDپس از افزودن هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (19 میکرومولار) در محدوده طول موج 220 تا 320 نانومتر با استفاده از کووت کوارتز، طول مسیر 1 سانتی‌متر، رزولوشن 2/0 نانومتر و سرعت اسکن 20 نانومتر در دقیقه در دمای 37 درجه سانتی‌گراد ثبت شد. از آنجا که چرخش نوری توسط مولکول‌های مواد فعال ایجاد می‌شود، میزان چرخش بستگی به تعداد مولکول‌هایی دارد که در مسیر نور قرار می‌گیرند، بنابراین مقدار چرخش، به طول مسیر عبور نور و غلظت محلول بستگی دارد. بدین علت نتایج بر حسب بیضی‌واری مولی (deg cm2 dmol-1) ارائه شد.

مطالعه­ های پتانسیل زتا (ζ)

اختلاف پتانسیل بین آخرین لایه محلول در برگیرنده ذرات کلوئید و اولین لایه غیر متحرک از حلال اطراف ذرات کلوئید را پتانسیل الکتروسینتیک یا پتانسیل زتا می‌نامند. پتانسیل زتا، مقدار دافعه بین ذره مجاور را نشان میدهد پتانسیل زتا نمونه‌هایDNA  (32/8 میکرومولار) در حضور و عدم حضور هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (19 میکرومولار) به­وسیله دستگاه Zetasizer Nano-ZS مدل MALVERN (ساخت انگلیس) در دمای 37 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شد.

نتایج

مطالعه­ های طیف جذبی ماوراء بنفش

همان­گونه که در شکل 1 نشان داده شده است DNA دارای طیف جذبی شاخصی در ناحیه طول موج 260 نانومتر است. در غلظت ثابتی از DNA (32/8 میکرومولار)، غلظت‌های مختلفی از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه، حاوی پایدارکننده HNO3 و حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول در دمای 37 درجه سانتی‌گراد به آن افزوده گردید و تغییرهای طیف جذبی DNA بررسی شد. همان­گونه که در شکل 1 مشاهده می‌گردد، با افزایش غلظت نانوذرات دی اکسید تیتانیوم جذب در 260 نانومتر افزایش‌ می‌یابد (پدیده هایپرکرومیک). هم­چنین در هنگام افزودن نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه و حاوی پایدارکننده HNO3 علاوه­بر‌ افزایش‌ جذب، جابه­جایی به سمت چپ (Blue shift) نیز مشاهده می‌گردد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 1- تصاویر TEM برگرفته از شرکت‌های سازنده نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3 (a)، نانوذراتدی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه (b) و نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول (c) و طیفهای DLS نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3 (d)، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه (e) و نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول (f).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 2- تغییرهای در میزان جذب نور فرابنفش DNA با افزایش غلظت (a) نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه، (b) نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3 و (c) نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول در دمای 37 درجه سانتی‌گراد. (1) نشر DNA و (2-7) افزایش جذب نور فرابنفش با افزایش غلظت نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (3-19 میکرومولار)

 

 

مطالعه ­های نشر فلورسانس

از آنجا که طیف‌سنجی فلورسانس یک تکنیک بسیار قوی برای مطالعه ساختار و خصوصیت­های ماکرومولکول موجود در محلول است، با کمک تکنیک فلورسانس مطالعه­های تأثیر هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بر روی DNA انجام یافت. شکل‌ 2 نشر نمونه حاوی DNA همراه با فلورDNA Green Viewer  پس از افزودن نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه، حاوی پایدارکننده HNO3 و حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول را نشان می‌دهد. همان­گونه که مشاهده می‌شود میزان نشر فلورسانس DNA+DNA Green Viewer در بیشینه نشر (530 نانومتر) پس از افزودن هز سه نوع نانوذرات کاهش یافته و به عبارت دیگر نشر فلورسانس خاموش شده است.

تعیین پارامترهای اتصال

هنگامی‌­که در محیط مولکول‌های تحریک شده حضور داشته باشند بسیاری از اتفاقات بین ‌مولکول و محیط (حلال) روی می‌دهد که موجب تغییر در مشاهده نشر فلورسانس می‌‌شود. طبق گزارش­های عوامل متعددی سبب کاهش شدت فلورسانس می‌‌گردد که از آن جمله، انتقال انرژی، انتقال بار، برخورد مولکول‌ها و یا ایجاد کمپلکس در حالت پایه را می‌توان نام برد. به کاهش در شدت نشر فلورسانس پدیده فرونشانی یا خاموشی (Quenching) گفته می‌شود (14). جهت یافتن پارامترها و مکانیسم دخیل در پدیده خاموشی از معادله استرن-ولمر استفاده گردید (معادله 2):

(2)                                       

در معادله فوق F0 و F به­ترتیب بیانگر نشر فلورسانس DNA در غیاب و حضور هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم است. KSV ثابت استرن-ولمر و [Q] غلظت کل خاموش کننده (نانوذرات دی اکسید تیتانیوم) می‌باشد. شکل 3 نمودار استرن-ولمر یا میزان  در مقابل غلظت خاموش کننده (نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش، حاوی پایدارکننده HNO3 و حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول) را نشان می‌دهد. همان­گونه که در شکل 3 مشاهده می‌شود نمودارهای  بر علیه هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم به صورت انحراف مثبت از خط راست به­دست آمده است.

در مرحله بعد پارامترهای اتصال در دمای 37 درجه سانتی‌گراد با استفاده از رابطه مدیفای شده استرن ولمر (معادله 3) تعیین شدند (15).

(3)                       

در معادله فوق Ka ثابت اتصال ایجاد کمپلکس و n تعداد لیگاندهای اتصالی است که تعیین این پارامتر برای شناخت تعداد جایگاه‌های پیوندی مفید است.

سپس با استفاده از ثابت‌های اتصال به­دست آمده و معادله 4 مقدار انرژی آزاد گیبس (ΔG°) اتصال نانوذرات دی اکسید تیتانیوم به DNA محاسبه شد (14).

(4)                                      

در رابطه فوق R ثابت عمومی گازها و T دمای مطلق است. مقادیر ΔG° محاسبه شده در جدول 1 مرتب شده‌اند. مقدار ΔG° اتصال منفی به­دست آمده بیانگر خودبه­خودی بودن فرآیند اتصال هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با DNA است (16).

مطالعه ­های طیف‌سنجی دورنگ نمایی دورانی (CD)

از آنجا که طیف‌سنجی دورنگ نمایی دورانی، درباره تغییرهای ساختاری DNA در نتیجه تغییر شرایط آزمایش مانند دما و اتصال لیگاند اطلاعات بسیار مفیدی را ارائه می‌دهد، در این بخش از مطالعه تغییرهای ایجاد شده در ساختار DNA پس از افزودن نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه، حاوی پایدارکننده HNO3 و حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول بررسی شد. طیف CD مربوط به DNA در دمای 37 درجه سانتی‌گراد در محدوده

 

 

 

شکل 3- تغییرهایی در نشر DNA با افزایش غلظت (a) نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه، (b) نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3 و (c) نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول در دمای 37 درجه سانتی‌گراد. (1) نشر DNA، (2) نشر DNA+DNA Green Viewer و (3-8) خاموشی نشر با افزایش غلظت نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (19-3 میکرومولار)

 

جدول 1- پارامترهای ترمودینامیکی و اتصالی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3 و نانوذرات دی اکسید تیتانیوم م حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول متصل شده به DNA در دمای 37 درجه سانتی‌گراد

ΔG° (kJ mol-1)

n

Ka (M-1)

 

0/26-

1/1

3/2×104

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه

9/29-

7/0

1/1×105

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3

7/31-

6/0

2/2×105

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول

 

 

 

 

طول موج 220 تا 320 نانومتر در عدم حضور و حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با سرعت روبش طول موج 20 نانومتر بر دقیقه، در شکل 4 نشان داده شده است. همان­گونه که مشاهده می‌شود پس از افزودن نانوذرات دی اکسید تیتانیوم تغییراتی در ساختار DNA مشاهده می‌گردد.

مطالعه­های پتانسیل زتا

پتانسیل زتا، مقدار دافعه بین ذره مجاور را نشان میدهد. جدول 2 پتانسیل زتا DNA را در غیاب و حضور هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم را نشان می‌دهد. میزان پتانسیل زتا در ماکرومولکول DNA برابر با mV 98/29- است. این مقدار با مطالعه­های پیشین تطابق دارد (17). همان­گونه که مشاهده شد با افزودن نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش به DNA بار سطحی آن به مقدار اندک کاهش می‌یابد (mV 45/28-). در حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3 نیز بار سطحی کاهش می‌یابد (mV 23/26-) و در حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول میزان تغییر بار بیش­تری مشاهده می‌گردد (mV 60/24-).

بحث

برهم­کنش DNA (به­عنوان یک ماکرومولکول حیاتی) با نانوذرات با توجه به اثرهای احتمالی آن­ها بر سنتز، همانند سازی و ساختاری DNA توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است (13). یکی از ارکان مهم و کاربردی در استفاده از نانوذرات، روش سنتز و خصوصیت­های شیمی-فیزیکی آن­ها است. اکسید تیتانیوم مهم­ترین ترکیب تیتانیوم است. به این ترتیب تعجب‌آور نیست که در سال‌های اخیر، به بررسی اثر متقابل بین دی اکسید تیتانیوم به­ویژه در فاز آناتاز با بیوماکرومولکول‌ها پرداخته شده است. پوشش یا اصلاح سطح نانوذرات توسط عوامل گوناگون مانند اتیلن گلیکول یا اسید نیتریک سبب تغییر در خصوصیت­های فیزیکی و شیمیایی، میزان پایداری، میزان سمیت و حتی عملکرد نانوذرات می­شود. مطالعه تأثیر اندازه، فاز بلورین و پوشش نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بر میزان سمیت سلولی نشان داده است نه تنها نوع فاز بلورین و اندازه نانوذرات بلکه نوع پوشش و شکل نانوذرات دی اکسید تیتانیوم نیز در میزان سمیت تولید شده، کاهش رشد سلولی و در نهایت مرگ سلولی نقش کلیدی و مهمی را ایفا می‌نماید (18). تکنیک‌هایی مانند طیف‌سنجی جذب UV-Vis، طیف‌سنجی فلورسانس، طیف‌سنجی CD و هم­چنین اندازه‌گیری بار سطحی می‌تواند به مطالعه برهم­کنش بین مولکول‌های کوچک و DNA کمک شایانی کند. در این مطالعه با استفاده از تکنیک‌های طیف‌سنجی به بررسی تأثیر نوع پوشش نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با اندازه و فاز یکسان بر ساختار DNA در شرایط in vitro پرداخته شد. برهم­کنش بین مولکول‌های کوچک و DNA اغلب از طریق تغییرهایی در میزان جذب امواج ماوراء بنفش و تغییر طول موج جذب بیشینه (maxλ) بررسی می‌شود (19).

 

 

شکل 4- نمودارهای  در مقابل غلظت برای تعیین مقادیر ثابت اتصال، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه (a)، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3 (b) و نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول و (c) متصل شده به DNA در دمای 37 درجه سانتی‌گراد. نمودارهای الحاقی: نمودار F0/F در مقابل غلظت نانوذرات دی اکسید تیتانیوم

شکل 5- طیف CD مربوط به DNA در غیاب (a) و حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه (bنانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3 (c) و نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول (d) در دمای 37 درجه سانتی‌گراد

 

جدول 2- تغییرهای پتانسیل زتا ماکرومولکول DNA در غیاب و حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3 و نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول در دمای 37 درجه سانتی‌گراد

پتانسیل زتا (mV)

 

98/29-

DNA

45/28-

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه DNA +

23/26-

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده  DNA +HNO3

60/24-

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول DNA +

 

طیف‌سنجی جذب الکترونی یکی از ضروری‌ترین و مؤثرترین روش‌ها جهت بررسی برهم­کنش بین DNA و مولکول‌های کوچک است. DNA دارای جذب بیشینه (maxλ) شاخصی در طول موج 260 نانومتر است و این بیشینه جذب مربوط به انتقالات  در بازهای آلی نیتروژن‌دار است (19). در این مطالعه، غلظت‌های مختلفی از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه، حاوی پایدارکننده HNO3 و حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول به DNA در غلظتی ثابت افزوده گردید و تغییرهای طیف جذبی DNA بررسی شد. با افزایش غلظت نانوذرات دی اکسید تیتانیوم جذب در 260 نانومتر افزایش‌ یافت (پدیده هایپرکرومیک). هم­چنین در هنگام افزودن نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه و حاوی پایدارکننده HNO3 علاوه­بر افزایش در جذب بیشینه جابه­جایی به سمت چپ (Blue shift, Hypsochromism shift) نیز مشاهده شد. افزایش جذب در maxλ نشان دهنده تشکیل کمپلکس بین DNA و نانوذرات دی اکسید تیتانیوم است. در معرض قرار گرفتن بازهای پورین و پریمیدین DNA در هنگام افزوده شدن نانوذرات دی اکسید تیتانیوم و اتصال آن‌ها به DNA، نیز می‌تواند باعث افزایش جذب در maxλ ماکرومولکول DNA شود و در نتیجه در ساختار DNA تغییر ایجاد شود (20).‌ پدیده هایپرکرومیک در maxλ ماکرومولکول DNA هم­چنین می‌تواند دلیل بر باز شدن ساختار دو رشته‌ای DNA و تک رشته‌ای شدن آن باشد (21). پس از افزودن غلظت‌های افزایشی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه و حاوی پایدارکننده HNO3 به محلول نمونه، جابجایی به سمت چپ نیز در maxλ ماکرومولکول DNA مشاهده می‌شود که دلالت بر برهم­کنش این نوع نانوذرات با DNA و ایجاد پیوند غیر کووالانسی از نوع غیر اینترکلیشن (non-intercalation) دارد. به­عبارت دیگر اتصال این نوع نانوذرات از طریق اتصال به شیارها (Groove binding) و یا اتصال به گروه‌های قند و فسفات DNA می‌تواند انجام پذیرد (20). هم­چنین پدیده هایپرکرومیک مشاهده شده در maxλ ماکرومولکول DNA هنگام افزودن نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول نیز بیانگر تغییر در ساختار DNA و ایجاد برهم­کنش بین این نوع از نانوذرات و DNA از طریق غیر اینترکلیشین است (22). Vujčić و همکاران (23) نشان دادند که بارهای منفی موجود در ماکرومولکول DNA می‌تواند با بارهای مثبت دی اکسید تیتانیوم برهم­کنش دهند و یک اکسیژن از دی اکسید تیتانیوم به­صورت ROS آزاد شودکه این امر خود باعث تغییر ساختار مولکول DNA می‌شود. Mukherjee و همکاران (24) گزارش کردند در حضور captopril (داروی کنترل فشار خون)، پدیده هایپرکرومیک در جذب بیشینه DNA بدون هیچ‌گونه جابجایی مشاهده می‌گردد و پیشنهاد نمودند اتصال این دارو با شیارهای DNA (غیر اینترکلیشین) و از طریق برهم­کنش الکترواستاتیک است. این امر با نتایج به­دست آمده از این مطالعه تطابق دارد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که اتصال هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با DNA به­صورت غیر اینترکلیشین بوده و موجب تغییر ساختار DNA می‌گردد.

طیف‌سنجی فلورسانس یکی از روش‌های دقیق و قابل اعتماد جهت مطالعه تغییرهای ساختاری حاصل از برهم­کنش مولکول‌های کوچک با DNA است. به­طور معمول، زمانی­که لیگاندهای کوچک به DNA متصل می‌شوند، می‌توانند تغییرهایی در شدت نشر فلورسانس ایجاد کنند (15). با استفاده از طیف‌سنجی فلورسانس، تغییرهای ساختاری در DNA به­طور مؤثر می‌تواند مورد بررسی قرار گیرد. به­طور معمول هرگاه لیگاند دومی در حال رقابت با لیگاند اول برای اتصال به جایگاه اتصال DNA باشد کاهش در شدت نشر فلورسانس دیده می‌شود (15). به کاهش در شدت نشر فلورسانس پدیده فرونشانی یا خاموشی (Quenching) گفته می‌شود (24). همان­گونه که در شکل 2 مشاهده می‌شود با افزایش غلظت هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم خاموشی در نشر بیشینه فلورسانس DNA-DNA Green Viewer™ مشاهده می‌گردد. Rahban  و همکاران (25) در مطالعه‌ای به بررسی برهم­کنش بین نانوذرات نقره و DNA تیموس گاوی توسط طیف‌سنجی فلورسانس پرداختند و مشاهده نمودند نشر فلورسانس اتیدیم برماید (به­عنوان ماده فلورسانت عارضی) با افزایش غلظت نانوذرات نقره در دمای 37 درجه سانتی‌گراد، کاهش قابل توجهی را نشان می‌دهد و بیان شد که بین نانوذرات نقره و DNA کمپلکس ایجاد شده است. مطالعه­های فلورسانس کمپلکس Zn(II)-ایبوبروفن با DNA نیز حاکی از کاهش نشر بیشینه فلورسانس DNA بود و بیان شد که بین روی-ایبوبروفن با DNA کمپلکس ایجاد شده است (20). بررسی پیوند Zn(II) با DNA با مطالعه­های فلورسانس نیز نشان داد که شدت نشر فلورسانس DNA در حضور غلظت بالایی از Zn (II) کاهش می‌یابد و این­گونه بیان شد که این کاهش نشر نشان دهنده اتصال قوی بین DNA و Zn (II) است (19).

شدت نشر فلورسانس یک ترکیب می‌تواند تحت تأثیر انواع برهم­کنش‌ها کاهش یابد. این برهم­کنش‌ها، شامل برهم­کنش‌های حالت تحریک شده (Excited state)، آرایش دوباره مولکولی، انتقال انرژی، ایجاد کمپلکس‌های حالت پایه (Ground state) و خاموشی تصادفی (Collisional quenching) است (24). برخی مقاله­ها پدیده خاموشی در نشر فلورسانس را به دو دسته بزرگ خاموشی دینامیک و خاموشی استاتیک تقسیم­بندی می‌کنند. اساس تقسیم­‌بندی فوق، چگونگی رابطه بین شدت نشر فلورسانس و غلظت خاموش کننده است که آیا به­طور کامل با معادله استرن-ولمر هم­خوانی دارد (خاموشی دینامیک) یا ندارد (خاموشی استاتیک). تغییرها در نشر DNA-DNA Green Viewer™ با افزایش غلظت هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در دمای 37 درجه سانتی‌گراد نشان داد که با افزایش غلظت نانوذرات، شدت نشر در طول موج 530 نانومتر (بیشینه نشر فلورسانس) کاهش می‌یابد. این کاهش نشر، بیانگر اتصال نانوذرات به DNA است. همان­گونه که در شکل 3 مشاهده می‌شود نمودارهای استرن-ولمر برای هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم به­صورت انحراف مثبت از خط راست به­دست آمد. بنابراین در این پدیده (خاموشی نشر فلورسانس) سهم تشکیل کمپلکس غیر فلورسانس (خاموشی استاتیک) بیش از خاموشی دینامیک است (26). به­عبارت دیگر اتصال هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم به DNA از نوع استاتیک و تشکیل کمپلکس است. این نتایج با مطالعه­های طیف‌‌سنجی جذبی مبنی بر ایجاد کمپلکس میان نانوذرات دی اکسید تیتانیوم و DNA تطابق دارد.

از آنجا که خاموشی نشر فلورسانس برای هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم از نوع استاتیک تشخیص داده شد، پارامترهای اتصال با استفاده از رابطه مدیفای شده استرن-ولمر تعیین شدند. مقادیر n و ثابت‌ اتصال هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم به مولکول DNA متفاوت بوده و مقدار ثابت اتصال برای نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول (M-1 105×2/2) بیش­تر از دو نوع نانو ذره دی اکسید تیتانیوم دیگر (M-1 104×3/2 برای نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه و M-1 105×1/1 برای نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3) به­دست آمد. به­عبارت دیگر نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول تمایل بیش­تری به اتصال با DNA نسبت­به نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3 و نانوذرات بدون پوشش ویژه دارند. برطبق جدول 1 مقدار ΔG° اتصال برای هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم منفی به­دست آمد که بیانگر خودبه­خودی بودن فرآیند اتصال هر سه نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با DNA است (16). همان­گونه که در جدول 1 مشاهده می‌شود مقدار ΔG° برای نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول (kJ mol-1 7/31-) نسبت­به دو نانوذره دی اکسید تیتانیوم دیگر بیش­تر است که دلیل­بر ایجاد کمپلکس قوی‎تر این نوع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با DNA است (27).

به کمک طیف‌سنجی دورنگ نمایی دورانی می‌توان ساختمان فضایی ماکرومولکول‌ها را در محلول‌ها و هم­چنین برهم­کنش‌های ماکرومولکولی را مطالعه نمود. طیف‌سنجی CD، درباره تغییرهای ساختاری DNA در هنگام اتصال لیگاند و یا تغییرهای دما اطلاعات بسیار مفیدی را ارائه می‌دهد (28). طیف CD برای ماکرومولکول DNA در محدوده طول موج 220 تا 320 نانومتر در عدم حضور و حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه، حاوی پایدارکننده HNO3 و حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول بررسی شد. بر طبق مقاله­ها طیف B-DNA دارای دو بیشینه جذبی در طول موج‌های 245 و 275 نانومتر است، که به­ترتیب مربوط­به راست­گردی و استکینگ بازهای DNA است (28). در حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بدون پوشش ویژه، راست­گردی تغییر شاخصی نمی‌کند اما استکینگ بازهای DNA کاهش می‌یابد. این امر در مورد نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3 و حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول نیز مشاهده می‌شود. همان­گونه که مشاهده می‌شود تغییر در قله مثبت (275 نانومتر) بسیار بیش­تر از قله منفی (245 نانومتر) است. این نتایج بیانگر اتصال نانوذرات دی اکسید تیتانیوم از طریق اتصال به شیارهای DNA است (29). این نتیجه با نتایج مطالعه­های جذبی به­طور کامل  تطابق دارد. قابل ذکر است که میزان تغییر در راست­گردی در حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3 کمی بیش­تر از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول است.

پتانسیل الکتروسینتیک یا پتانسیل زتا اختلاف پتانسیل بین آخرین لایه محلول دربرگیرنده ذرات کلوئید و اولین لایه غیرمتحرک از حلال اطراف ذرات کلوئید است. پتانسیل زتا، مقدار دافعه بین ذره مجاور را نشان می‌دهد. میزان پتانسیل زتا اندازه‌گیری شده در DNA برابر با mV 98/29- به­دست آمد که با عدد گزارش شده در مطالعه­های پیشین تطابق دارد (17). تغییر پتانسیل زتا در حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم می‌تواند دلیل­بر ایجاد برهم­کنش از نوع الکترواستاتیک بین نانوذرات و DNA باشد. گزارش شده است که بارهای منفی DNA می‌تواند با بارهای مثبت دی اکسید تیتانیوم برهم­کنش دهد (23) و تغییر در میزان بار و خنثی شدن گروه‌های فسفات می‌تواند موجب تغییر در ساختار مارپیچ DNA شود (24). این نتایج با نتایج به­دست آمده از مطالعه­های جذب امواج ماوراء بنفش تطابق دارد. به­عبارت دیگر نانوذرات باعث تغییر در ساختار دو رشته‌ای DNA شده‌اند و بار سطحی DNA کاهش یافته است. برطبق نتایج به-دست آمده تغییرات پتانسیل زتا (جدول 2) در حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول بیش­تر بوده و میزان پتانسیل زتا کم­تر شده است. کاهش پتانسیل زتا DNA در حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول از mV 98/29- به mV 60/24- می‌تواند به­علت ایجاد برهم­کنش غیرکووالانسی و از نوع هیدروژنی با DNA باشد (30). بنابراین نوع پوشش نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در میزان برهم­کنش آنها با DNA نقش کلیدی و مهمی را ایفا می‌نماید. از آنجا که یکی از اهداف استفاده از نانوذرات در داروسازی و پزشکی درمان سرطان و هدف قرار دادن مولکول DNA است، توجه­به نوع و پوشش نانوذره انتخاب شده بسیار مهم است.

نتیجه‌گیری

در این پژوهش برهم­کنش نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (در فاز آناتاز) با سه پوشش متفاوت و اندازه متوسط 10 نانومتر با DNA بررسی گردید. نتایج این مطالعه نشان داد نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول تمایل بیش­تری برای اتصال با DNA دارند. مقدار ΔG° منفی بیانگر خودبه­خودی بودن فرآیند اتصال نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با هر سه نوع پوشش با DNA است که این مقدار برای نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول منفی‌تر است. مطالعه­های طیف‌سنجی CD نشان داد در حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم استکینگ بازهای DNA کاهش می‌یابد اما راست­گردی در حضور هر سه نوع نانوذرات تغییر چندانی نشان نمی‌دهد. تغییرهای پتانسیل زتا در حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول بیش-تر بوده و میزان پتانسیل زتا نسبت­به DNA بدون حضور نانوذرات کم­تر شده است. تغییر در میزان بار و خنثی شدن گروه‌های فسفات می‌تواند موجب تغییر در ساختار مارپیچ DNA شود. با توجه­به یافته‌های مشاهده شده نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حل شده در ماتریکس پراکنده اتیلن گلیکول و بعد از آن نانوذرات دی اکسید تیتانیوم حاوی پایدارکننده HNO3 با DNA برهمکنش قوی دارند و نانوذرات بدون پوشش نسبت به دو نوع دیگر نانوذرات تیتانیوم دی اکسید اتصال ضعیف‌تر با DNA دارند. نتایج این مطالعه بیانگر تاثیر نوع روش احیایی و پوشش انتخابی در هنگام سنتز نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در میزان برهم­کنش نانوذرات با ماکرومولکول‌های حیاتی است و توجه­به این نکته در طراحی‌ نانوداروها و درمان سرطان و هدف قرار دادن مولکول DNA بسیار مهم است.

سپاسگزاری

بدین­وسیله از همکاری کارشناسان آزمایشگاه‌های زیست‌شناسی، شیمی‌فیزیک و شیمی تجزیه مجتمع آزمایشگاهی زکریای رازی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات در پیشبرد این پژوهش تشکر می‌گردد.

تعارض در منافع

نویسندگان هیچگونه تعارض منافعی را اعلام نکرده‌اند.

 

 

 

 

 

 

 

منابع

1- Hekmat A, Saboury AA, Divsalar A, Seyedarabi A. Structural effects of TiO2 nanoparticles and doxorubicin on DNA and their antiproliferative roles in T47D and MCF7 cells. Anti-Cancer Agent Me, 2013; 13:932-951.

2- Disdier C, Chalansonnet M, Gagnaire F, et al. Brain inflammation, blood brain barrier dysfunction and neuronal synaptophysin decrease after inhalation exposure to titanium dioxide nano-aerosol in aging rats. Sci. Rep. 2017; 7:12196.

3- Textor M, Sittig C, Frauchiger V, Tosatti S, Brunette D. Titanium in medicine. Editors: D Brunette, P Tengvall, M Textor, P Thomsen Springer Verlag, Heidelberg and Berlin 2001:171.

4- Shukla RK, Kumar A, Gurbani D, Pandey AK, Singh S, Dhawan A. TiO2 nanoparticles induce oxidative DNA damage and apoptosis in human liver cells. Nanotoxicology, 2013; 7:48-60.

5- Malekshahi Byranvand M, Nemati Kharat A, Fatholahi L, Malekshahi Beiranvand Z. A review on synthesis of nano-TiO2 via different methods. J. Nanostruct, 2013; 3:1-9.

6- Jokerst JV, Lobovkina T, Zare RN, Gambhir SS. Nanoparticle PEGylation for imaging and therapy. Nanomedicine, 2011; 6:715-728.

7- Wang W, Xiong W, Wan J, Sun X, Xu H, Yang X. The decrease of PAMAM dendrimer-induced cytotoxicity by PEGylation via attenuation of oxidative stress. Nanotechnology, 2009; 20:105103.

8- Hu Y, Xie J, Tong YW, Wang C-H. Effect of PEG conformation and particle size on the cellular uptake efficiency of nanoparticles with the HepG2 cells. J. Control Release, 2007; 118:7-17.

9- Eck W, Craig G, Sigdel A, et al. PEGylated gold nanoparticles conjugated to monoclonal F19 antibodies as targeted labeling agents for human pancreatic carcinoma tissue. ACS Nano, 2008; 2:2263-2272.

10- Park E-J, Yoon J, Choi K, Yi J, Park K. Induction of chronic inflammation in mice treated with titanium dioxide nanoparticles by intratracheal instillation. Toxicology, 2009; 260:37-46.

11- Gao D, Tang S, Tong Q. Oleanolic acid liposomes with polyethylene glycol modification: promising antitumor drug delivery. Int J. Nanomedicine, 2012; 7:3517.

12- León A, Reuquen P, Garín C, et al. FTIR and Raman characterization of TiO2 nanoparticles coated with polyethylene glycol as carrier for 2-methoxyestradiol. Appl. Sci., 2017; 7:49.

13- Haq I. Thermodynamics of drug–DNA interactions. Arch Biochem Biophys, 2002; 403:1-15.

14- Hekmat A, Hajebrahimi Z, Motamedzade A. Structural Changes of Human Serum Albumin (HSA) in Simulated Microgravity. Protein Peptide Lett., 2017; 24:1030-1039.

15- Hekmat A, Saboury AA, Divsalar A. The effects of silver nanoparticles and doxorubicin combination on DNA structure and its antiproliferative effect against T47D and MCF7 cell lines. J. Biomed. Nanotechnol., 2012; 8:968-982.

16- Pashah Z, Hekmat A, Hesami Tackallou S. Structural effects of Diamond nanoparticles and Paclitaxel combination on calf thymus DNA. Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids, 2019; 38:1-30.

17- Park I, Kim T, Park Y, et al. Galactosylated chitosan-graft-poly (ethyle ne glycol) as hepatocyte-targeting DNA carrier. J Control Release, 2001; 76:349-362.

18- Selli D, Valentin CD. Ab initio investigation of polyethylene glycol coating of TiO2 surfaces. The J. Phys. Chem. C, 2016; 120:29190-29201.

19- Shahabadi N, Asadian AA, Mahdavi M. Intercalation of a Zn (II) complex containing ciprofloxacin drug between DNA base pairs. Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids, 2017; 36:676-689.

20- Shahabadi N, Maghsudi M. Multi-spectroscopic and molecular modeling studies on the interaction of antihypertensive drug; methyldopa with calf thymus DNA. Mol Biosyst, 2014; 10:338-347.

21- Vujčić MT, Tufegdžić S, Novaković I, Djikanović D, Gašić MJ, Sladić D. Studies on the interactions of bioactive quinone avarone and its methylamino derivatives with calf thymus DNA. Int. J. Biol. Macromol., 2013; 62:405-410.

22- D’Abramo M, Castellazzi CL, Orozco M, Amadei A. On the nature of DNA hyperchromic effect. J Phys Chem B, 2013; 117:8697-8704.

23- Awasthi P, Kumar N, Kaushal R, Kumar M, Kukreti S. Comparative In Vitro Binding Studies of TiCl2 (dpme) 2, Ti (ada) 2 (bzac) 2, and TiCl2 (bzac)(bpme) Titanium Complexes with Calf-Thymus DNA. Biochem. Res. Int., 2015; 2015.

24- Mukherjee A, Singh B. Binding interaction of pharmaceutical drug captopril with calf thymus DNA: a multispectroscopic and molecular docking study. J. Lumin., 2017; 190:319-327.

25- Rahban M, Divsalar A, Saboury AA, Golestani A. Nanotoxicity and spectroscopy studies of silver nanoparticle: calf thymus DNA and K562 as targets. J. Phys. Chem. C, 2010; 114:5798-5803.

26- Huang S, Qiu H, Lu S, Zhu F, Xiao Q. Study on the molecular interaction of graphene quantum dots with human serum albumin: combined spectroscopic and electrochemical approaches. J. Hazard. Mater., 2015; 285:18-26.

27- Shamsi A, Ahmed A, Bano B. Probing the interaction of anticancer drug temsirolimus with human serum albumin: Molecular docking and spectroscopic insight. J. Biomol. Struct. Dyn., 2017; 1-11.

28- Kypr J, Kejnovská I, Renčiuk D, Vorlíčková M. Circular dichroism and conformational polymorphism of DNA. Nucleic Acids Res., 2009; 37:1713-1725.

29- Shahabadi N, Shiri F, Norouzibazaz M, Falah A. Disquisition on the interaction of ibuprofen–Zn (II) complex with calf thymus DNA by spectroscopic techniques and the use of Hoechst 33258 and Methylene blue dyes as spectral probes. Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids, 2018; 37:125-146.

30- Ragi C, SedaghatHerati M, Ouameur AA, TajmirRiahi H. The effects of poly (ethylene glycol) on the solution structure of human serum albumin. Biopolymers, 2005; 78:231-236.

31- Magrez A, Horváth L, Smajda R, et al. Cellular toxicity of TiO2-based nanofilaments. Acs Nano, 2009; 3:2274-2280.

 

 

 

نوع مطالعه: مقاله پژوهشی | موضوع مقاله: سلولی و مولکولی
دریافت: 1399/5/25 | پذیرش: 1399/4/10 | انتشار: 1399/4/10

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به مجله تازه های بیوتکنولوژی سلولی - مولکولی می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2024 CC BY-NC 4.0 | New Cellular and Molecular Biotechnology Journal

Designed & Developed by : Yektaweb