酸化コバルトナノ粒子とアルブミン、白血病がん細胞、病原性細菌との相互作用を、マルチスペクトロスコピック、ドッキング、細胞、抗菌の各手法を用いて探索する

Exploring the Interaction of Cobalt Oxide Nanoparticles with Albumin, Leukemia Cancer Cells and Pathogenic Bacteria by Multispectroscopic, Docking, Cellular and Antibacterial Approaches.

• Niloofar Arsalan
• Elahe Hassan Kashi
• Anwarul Hasan
• Mona Edalat Doost
• Behnam Rasti
• Bilal Ahamad Paray
• Mona Zahed Nakhjiri
• Soyar Sari
• Majid Sharifi
• Koorosh Shahpasand
• Keivan Akhtari
• Setareh Haghighat
• Mojtaba Falahati

抄録

目的:

ナノ粒子と生物学的システムとの相互作用により、ナノ粒子の薬力学的効果、抗がん作用、抗菌作用についての有用な詳細が明らかになる可能性がある。

Aim: The interaction of NPs with biological systems may reveal useful details about their pharmacodynamic, anticancer and antibacterial effects.

方法:

本研究では、CoO NP と HSA との相互作用を、蛍光法、CD スペクトル法、分子ドッキング法などの手法を用いて検討した。また、白血病 K562 細胞に対する CoO NP の抗癌効果を MTT, LDH, カスパーゼ, リアルタイム PCR, ROS, 細胞周期, アポトーシスアッセイで調べた。その後、3種類の病原性細菌に対するCoO NPの抗菌効果を抗菌アッセイにより明らかにした。

Methods: Herein, the interaction of as-synthesized CoO NPs with HSA was explored by different kinds of fluorescence and CD spectroscopic methods, as well as molecular docking studies. Also, the anticancer effect of CoO NPs against leukemia K562 cells was investigated by MTT, LDH, caspase, real-time PCR, ROS, cell cycle, and apoptosis assays. Afterwards, the antibacterial effects of CoO NPs against three pathogenic bacteria were disclosed by antibacterial assays.

結果:

TEM、DLS、ゼータ電位とXRDの研究などの異なる特性評価法は、ゾル-ゲル法によって製造されたCoO NPは、約50 nmの直径、-33.04 mVとよく定義された結晶相の電荷分布と177 nmの流体力学的半径を持っていることを証明した。固有蛍光、固有外蛍光、及び同期蛍光をそれぞれ測定した結果、HSAはCoO NPとの相互作用により、蛍光消光、微細構造変化、微小環境変化、及び二次構造の構造変化を起こさないことが明らかになった。また、分子ドッキングの結果、1.5nmの球状クラスターがHSA分子との結合エネルギーが最も高いことが確認された。抗がんアッセイでは、CoO NP が細胞膜の損傷、カスパーゼ-9、-8、-3 の活性化、Bax/Bcl-2 mRNA 比の上昇、活性酸素の産生、細胞周期停止、アポトーシスを介して K562 細胞の生存率を選択的に低下させることが実証された。最後に、抗菌アッセイは、CoO NPが病原性細菌に対して有望な抗菌効果を刺激することができることを開示した。

Results: Different characterization methods such as TEM, DLS, zeta potential and XRD studies proved that fabricated CoO NPs by sol-gel method have a diameter of around 50 nm, hydrodynamic radius of 177 nm with a charge distribution of -33.04 mV and a well-defined crystalline phase. Intrinsic, extrinsic, and synchronous fluorescence as well as CD studies, respectively, showed that the HSA undergoes some fluorescence quenching, minor conformational changes, microenvironmental changes as well as no structural changes in the secondary structure, after interaction with CoO NPs. Molecular docking results also verified that the spherical clusters with a dimension of 1.5 nm exhibit the most binding energy with HSA molecules. Anticancer assays demonstrated that CoO NPs can selectively lead to the reduction of K562 cell viability through the cell membrane damage, activation of caspase-9, -8 and -3, elevation of Bax/Bcl-2 mRNA ratio, ROS production, cell cycle arrest, and apoptosis. Finally, antibacterial assays disclosed that CoO NPs can stimulate a promising antibacterial effect against pathogenic bacteria.

結論:

一般的に、これらの観察は、治療プラットフォームにおけるナノ材料の初期段階での応用に有用な情報を提供することができます。

Conclusion: In general, these observations can provide useful information for the early stages of nanomaterial applications in therapeutic platforms.

© 2020 Arsalan et al.