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ヒトケラチノサイト細胞株に対する光触媒活性を低下させ、生体適合性を向上させたCeOナノドット被覆TiOナノ粒子を開発した
Development of CeO nanodot encrusted TiO nanoparticles with reduced photocatalytic activity and increased biocompatibility towards a human keratinocyte cell line.
PMID: 32347289 DOI: 10.1039/d0tb00629g.
抄録
二酸化チタン（TiO2）ナノ粒子が紫外線（UV）放射、特に波長320-400nmに曝露された場合の細胞毒性および遺伝毒性の影響は、日焼け止めなどの健康および化粧品関連製品への安全な使用に関する懸念を提起している。二酸化セリウム（CeO2）ナノ粒子は、Ce3+/Ce4+酸化状態の酸化還元サイクルにより、生体適合性と抗酸化活性を示すことが実証されています。本研究では、コアとなるTiO2ナノ粒子の光触媒活性を低下させ、生体適合性を向上させることを目的として、Tiに対するCeの原子濃度(at%)を2.5, 5, 10at%に設定し、標準的な沈殿法によりCeO2/TiO2ナノ複合体を調製した。ナノコンポジットサンプルの紫外吸収特性を調べたところ、原始的なTiO2やCeO2と比較して、紫外領域で優れた吸光度を示すことがわかった。さらに、ナノコンポジットサンプルの存在下では、紫外光と太陽光の両方のシミュレート光下での結晶バイオレットの光触媒分解が、光活性の高い原始TiO2と比較して大幅に減少していることが観察された。さらに、インビトロでの生物学的試験の結果、UV照射の有無にかかわらず、ヒトケラチノサイト細胞株（HaCaT）の細胞生存率への影響は、24時間にわたって最小限であることが明らかになりました。対照的に、原始的な酸化チタンナノ粒子は、特に 100 mg L-1 の投与量で、HaCaT 細胞に毒性を誘導した。これらの知見は、生体適合性を向上させるためのCeO2ナノドットの有効性と、活性無機UVフィルターのコーティング材料としての可能性を示している。
The cytotoxic and genotoxic effects of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles when exposed to ultraviolet (UV) radiation, particularly wavelengths between 320-400 nm, has raised concern over their safe use in health and cosmetic related products such as sunscreens. Cerium dioxide (CeO2) nanoparticles have been demonstrated to display biocompatible properties and antioxidant activity due to redox cycling of the Ce3+/Ce4+ oxidation states. In this work, CeO2/TiO2 nanocomposites were prepared through a standard precipitation method at atomic concentrations (at%) of Ce relative to Ti of 2.5, 5 and 10 at%, with the aim of reducing the photocatalytic activity of the core TiO2 nanoparticles and improve biocompatibility. The UV absorptive properties of the nanocomposite samples revealed excellent absorbance across the UV region as compared to pristine TiO2 and CeO2. Furthermore, a drastic reduction in the photocatalysed decomposition of crystal violet, when in the presence of the nanocomposite samples, under both UV and solar simulated light was observed compared to the highly photoactive pristine TiO2. An optimal CeO2 nanodot loading, displaying both high UV attenuation and low photocatalytic performance was determined at 5 at% and further in vitro biological testing revealed minimal impact on the cell viability of the human keratinocyte cell line (HaCaT) over a 24 h period with and without prior exposure to UV irradiation. In contrast, pristine TiO2 nanoparticles induced toxicity to HaCaT cells with prior UV exposure before incubation, particularly at a dosage of 100 mg L-1. Our findings demonstrate the effectiveness of CeO2 nanodots in improving biocompatibility and its potential as a coating material for active inorganic UV filters.