JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
자동 번역
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
생체공학

Metal-Organik Çerçeve Toksikolojik Profillerinin Gerçek Zamanlı Değerlendirilmesi için Elektrik Hücresi-Substrat Algılama

Published: May 26, 2023
doi:
10.3791/65313
, ,
1Department of Chemical and Biomedical Engineering,West Virginia University, 2Department of Anthropology for Energy,West Virginia University, 3Department of Hospitality and Tourism,West Virginia University

Summary

Aşağıdaki çalışma, gerçek zamanlı, yüksek verimli bir tarama tekniği olan elektrik hücresi-substrat empedans algılamasını (ECIS) kullanan seçilmiş bir metal-organik çerçevenin toksikolojik profilini değerlendirmektedir.

Abstract

Metal-organik çerçeveler (MOF’ler), organik çözücülerde metal iyonlarının ve organik bağlayıcıların koordinasyonu ile oluşturulan melezlerdir. MOF’ların biyomedikal ve endüstriyel uygulamalarda uygulanması, güvenlikleri ile ilgili endişelere yol açmıştır. Burada, zeolitik bir imidazol çerçevesi olan seçilmiş bir MOF’un profili, insan akciğer epitel hücrelerine maruz kaldıktan sonra değerlendirildi. Değerlendirme platformu gerçek zamanlı bir teknikti (yani, elektrik hücresi-substrat empedans algılama [ECIS]). Bu çalışma, seçilen MOF’un maruz kalan hücreler üzerindeki bazı zararlı etkilerini tanımlamakta ve tartışmaktadır. Ayrıca, bu çalışma, kapsamlı hücre değerlendirmeleri için diğer biyokimyasal tahlillere karşı gerçek zamanlı yöntemi kullanmanın faydalarını göstermektedir. Çalışma, hücre davranışında gözlenen değişikliklerin, farklı fizikokimyasal özelliklere sahip MOF’lara maruz kalmanın neden olduğu olası toksisiteye ve kullanılan bu çerçevelerin dozajına işaret edebileceği sonucuna varmıştır. Hücre davranışındaki değişiklikleri anlayarak, biyomedikal uygulamalar için kullanılacak MOF’ların fizikokimyasal özelliklerini özel olarak uyarlayarak tasarım gereği güvenli stratejilerin iyileştirilmesi yeteneği öngörülmektedir.

Introduction

Metal-organik çerçeveler (MOF’ler), organik çözücülerde metal iyonları ve organik bağlayıcıların 1,2 kombinasyonu ile oluşturulan hibritlerdir. Bu tür kombinasyonların çeşitliliği nedeniyle, MOF’lar yapısal çeşitliliğe3, ayarlanabilir gözenekliliğe, yüksek termal stabiliteye ve yüksek yüzey alanlarına 4,5 sahiptir. Bu özellikler, onları gaz depolamadan 6,7’den katalize 8,9’a ve kontrast maddelerden10,11’den ilaç dağıtım birimlerine12,13’e kadar çeşitli uygulamalarda çekici adaylar haline getirir. Bununla birlikte, MOF’ların bu tür uygulamalara uygulanması, hem kullanıcılar hem de çevre için güvenlikleriyle ilgili endişeleri artırmıştır. Ön çalışmalar, örneğin, hücrelerin MOF senteziiçin kullanılan metal iyonlarına veya bağlayıcılara maruz kalmasıyla hücresel fonksiyonun ve büyümenin değiştiğini göstermiştir 1,14,15. Örneğin, Tamames-Tabar ve ark. Zn tabanlı bir MOF olan ZIF-8 MOF’un, bir insan rahim ağzı kanseri hücre hattında (HeLa) ve bir fare makrofaj hücre hattında (J774) Zr bazlı ve Fe bazlı MOF’lara göre daha fazla hücresel değişikliğe yol açtığını göstermiştir. Bu tür etkiler muhtemelen, çerçeve parçalanması ve Zn iyonu salınımı1 üzerine potansiyel olarak hücre apoptozunu indükleyebilen ZIF-8’in metal bileşeninden (yani Zn) kaynaklanıyordu. Benzer şekilde, Gandara-Loe ve ark. Cu bazlı bir MOF olan HKUST-1’in, 10 μg/mL veya daha yüksek konsantrasyonlarda kullanıldığında fare retinoblastom hücre canlılığında en yüksek azalmaya neden olduğunu göstermiştir. Bu muhtemelen, bu çerçevenin sentezi sırasında dahil edilen ve bir kez serbest bırakıldığında maruz kalan hücrelerde oksidatif strese neden olabilen Cu metal iyonundankaynaklanıyordu 15.

Ayrıca analiz, farklı fizikokimyasal özelliklere sahip MOF’lara maruz kalmanın, maruz kalan hücrelerin değişen tepkilerine yol açabileceğini göstermiştir. Örneğin, Wagner ve ark. ölümsüzleştirilmiş bir insan bronşiyal epitel hücresinin maruz kalmasında kullanılan ZIF-8 ve MIL-160’ın (Al tabanlı bir çerçeve), çerçevelerin fizikokimyasal özelliklerine, yani hidrofobikliğine, boyutuna ve yapısal özelliklerine bağlı hücresel tepkilere yol açtığını göstermiştir16. Tamamlayıcı olarak, Chen ve ark. insan normal karaciğer hücrelerine (HL-7702) maruz kalan 160 μg / mL MIL-100 (Fe) konsantrasyonunun, muhtemelen bu spesifik çerçevenin metal bileşeni (yani, Fe17) nedeniyle hücresel canlılıkta en büyük kayba neden olduğunu göstermiştir.

Bu çalışmalar, MOF’ların hücresel sistemler üzerindeki zararlı etkilerini fizikokimyasal özelliklerine ve maruziyet konsantrasyonlarına göre sınıflandırırken, özellikle biyomedikal alanlarda çerçeve uygulamasıyla ilgili potansiyel endişeleri gündeme getirirken, bu değerlendirmelerin çoğu tek zaman noktalı kolorimetrik analizlere dayanmaktadır. Örneğin, (3-(4,5-dimetiltiyazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolyum bromür) tetrazolyum (MTT) ve suda çözünür tetrazolyum tuzu (WST-1) tahlilleri kullanıldığında, bu biyokimyasal reaktiflerin, hücrelerin de maruz kaldığı parçacıklarla etkileşimleri üzerine yanlış pozitiflere yol açabileceğigösterilmiştir 18. Tetrazolyum tuzu ve nötr kırmızı reaktiflerin, partiküllerin yüzeylerine yüksek bir adsorpsiyon veya bağlanma afinitesine sahip olduğu gösterilmiştir, bu da ajan sinyal girişimineneden olur 19. Ayrıca, daha önce MOF’lara maruz kalan hücrelerdeki değişiklikleri değerlendirmek için kullanıldığı gösterilen akış sitometrisi gibi diğer test türleri için20,21, partiküllerin zararlı etkilerinin uygulanabilir bir analizi düşünülecekse, büyük sorunların atlatılması gerektiği gösterilmiştir. Özellikle, parçacıkların boyutlarının algılama aralıkları, özellikle MOF’lar tarafından sunulanlar gibi karışık popülasyonlarda veya hücresel değişikliklerden önce kalibrasyon için kullanılan parçacıkların referansları ele alınmalıdır22. Ayrıca, bu tür sitometri tahlilleri için hücre etiketlemesi sırasında kullanılan boyanın, hücrelerin maruz kaldığı nanopartiküllere de müdahale edebileceğigösterilmiştir 23.

Bu çalışmanın amacı, seçilmiş bir MOF’a maruz kaldıktan sonra hücre davranışındaki değişiklikleri değerlendirmek için gerçek zamanlı, yüksek verimli bir değerlendirme testi kullanmaktı. Gerçek zamanlı değerlendirmeler, maruziyet pencereleriyle ilgili olarak zamana bağlı etkilere ilişkin içgörüler sağlamaya yardımcı olabilir16. Ayrıca, hücre-substrat etkileşimleri, hücre morfolojisi ve hücre-hücre etkileşimlerindeki değişikliklerin yanı sıra bu değişikliklerin ilgilenilen malzemelerin fizikokimyasal özelliklerine ve maruz kalma sürelerine nasıl bağlı olduğu hakkında bilgi sağlarlar24,25 sırasıyla.

Önerilen yaklaşımın geçerliliğini ve uygulanabilirliğini göstermek için insan bronşiyal epitel (BEAS-2B) hücreleri, ZIF-8 (zeolitik imidazolat16’nın hidrofobik bir çerçevesi) ve elektrik hücre-substrat empedans algılama (ECIS) kullanıldı. BEAS-2B hücreleri, akciğer maruziyeti 26 için bir modeli temsil eder ve daha önce hücrelerin nanokillere ve termal olarak bozulmuş yan ürünlerine26,27,28 maruz kalmasıyla ilgili değişiklikleri değerlendirmek ve ayrıca tek duvarlı karbon nanotüpler (SWCNT’ler) gibi nanomalzemelerin toksisitesini değerlendirmek için kullanılmıştır18. Ayrıca, bu tür hücreler 30 yıldan fazla bir süredir pulmoner epitel fonksiyonu için bir model olarak kullanılmaktadır29. ZIF-8, katalizde30 ve biyogörüntüleme ve ilaç dağıtımı32 için kontrast madde31 olarak geniş uygulaması ve dolayısıyla bu tür uygulamalar sırasında akciğer maruziyeti için genişletilmiş potansiyel nedeniyle seçilmiştir. Son olarak, noninvaziv, gerçek zamanlı teknik olan ECIS, daha önce analitler (hem malzemeler hem de ilaçlar) ve maruz kalan hücreler arasındaki çeşitli etkileşimlerin bir sonucu olarak hücre aderansı, proliferasyonu, hareketliliği ve morfolojisindekideğişiklikleri değerlendirmek için kullanılıyordu 16,26 gerçek zamanlı olarak16,18,28. ECIS, altın elektrotlar üzerinde hareketsiz hale getirilen hücrelerin empedansını ölçmek için alternatif bir akım (AC) kullanır, empedans değişiklikleri, hücre-altın substrat arayüzündeki direnç ve kapasitanstaki değişiklikler, hücre-hücre etkileşimleri tarafından indüklenen bariyer işlevi ve bu tür altın elektrotların hücre üstü katman kapsamı hakkında fikir verir33,34. ECIS’in kullanılması, invaziv olmayan, gerçek zamanlı bir şekilde nano ölçekli bir çözünürlükte kantitatif ölçümlere izin verir26,34.

Bu çalışma, hücresel davranışta MOF kaynaklı değişikliklerin değerlendirilmesinin basitliğini ve kolaylığını gerçek zamanlı olarak tek noktalı tahlil değerlendirmeleri ile değerlendirmekte ve karşılaştırmaktadır. Böyle bir çalışma, ilgilenilen diğer parçacıklara maruz kalmaya yanıt olarak hücre profillerini değerlendirmek için daha fazla tahmin edilebilir, böylece tasarım gereği güvenli parçacık testine izin verir ve daha sonra uygulamaya yardımcı olur. Ayrıca, bu çalışma tek noktalı değerlendirmeler olan genetik ve hücresel tahlilleri tamamlayabilir. Bu, parçacıkların hücresel popülasyon üzerindeki zararlı etkilerinin daha bilinçli bir analizine yol açabilir ve bu tür parçacıkların toksisitesini yüksek verimli bir şekilde taramak için kullanılabilir16,35,36.

Protocol

1. ZIF-8 sentezi Bu örneğin amacı doğrultusunda, ZIF-8’i sentezlemek için 1:10:100 (metal:bağlayıcı:çözücü) kütle oranı kullanın. Bunun için çinko nitrat heksahidratı ölçün ve ölçümü kaydedin. Bağlayıcı, 2-metilimidazol ve çözücü (yani metanol) için gereken miktarı hesaplamak için örnek kütle oranını kullanın. Çinko nitrat heksahidratı ve bağlayıcıyı iki farklı cam şişeye yerleştirin. Hesaplanan metanol miktarının yarısını çinko …

Representative Results

Yaygın bir in vitro model hücre hattı39 (BEAS-2B) kullanan bu çalışma, laboratuvarda sentezlenen bir MOF’a maruz kaldıktan sonra hücre davranışındaki değişiklikleri değerlendirmek için ECIS’in fizibilitesini ve uygulanabilirliğini göstermeyi amaçladı. Bu değişikliklerin değerlendirilmesi, geleneksel kolorimetrik tahliller yoluyla yapılan analizlerle tamamlanmıştır. Çerçevenin fizikokimyasal özellikleri, kullanılan yöntemlerin tekr…

Discussion

Önceki analizler, ECIS’in analitlere maruz kalan hücrelerin davranışını değerlendirmek için kullanılabileceğini göstermiştir (yani, karbon nanotüpler35, ilaçlar43 veya nanokiller16). Ayrıca, Stueckle ve ark. nanokillere ve bunların yan ürünlerine maruz kalan BEAS-2B hücrelerinin toksisitesini değerlendirmek için ECIS’i kullandılar ve hücresel davranış ve bağlanmanın bu tür malzemelerin fizikokimyasal özelliklerine bağlı…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma kısmen Ulusal Genel Tıp Bilimleri Enstitüsü (NIGMS) T32 programı (T32 GM133369) ve Ulusal Bilim Vakfı (NSF 1454230) tarafından finanse edilmiştir. Ek olarak, WVU Ortak Araştırma Tesisleri ve Uygulamalı Biyofizik yardımı ve desteği kabul edilmektedir.

Materials

 4-[3-(4-idophenyl)-2-(4-nitrophenyl)-2H-5-tetrazolio]-1,3-benzene disulfonate (WST-1 assay)  Roche 5015944001
0.25% Trypsin-EDTA (1x) Gibco 25255-056
100 mm plates Corning 430167
1300 Series A2 biofume hood Thermo Scientific 323TS
2510 Branson bath sonicator Process Equipment & Supply, Inc.  251OR-DTH
2-methylimidazole, 97% Alfa Aesar 693-98-1
5 mL sterile microtube Argos Technologies T2076S-CA
50 mL  tubes  Falcon 352098
96W10idf well plates Applied Biophysics  96W10idf PET
96-well plates Fisherbrand FB012931
Biorender Biorender N/A
Countess cell counting chamber slides Invitrogen C10283
Countess II FL automated cell counter Life Technologies C0916-186A-0303
Denton Desk V sputter and carbon coater Denton Vacuum N/A
Dimethly sulfoxide  Corning 25-950-CQC
DPBS/Modified Cytiva SH30028.02
Dulbecco's modified Eagle medium Corning 10-014-CV
ECIS-ZΘ Applied Biophysics  ABP 1129
Excel Microsoft Version 2301
Falcon tubes (15 mL) Corning 352196
Fetal bovine serum Gibco 16140-071
FLUOstar OPTIMA plate reader BMG LABTECH 413-2132
GraphPad Prism Software (9.0.0) GraphPad Software, LLC Version 9.0.0
HERAcell 150i CO2 Incubator Thermo Scientific 50116047
Hitachi S-4700 Field emission scanning electron microscope equipped with energy dispersive X-ray  Hitachi High-Technologies Corporation S4700 and EDAX TEAM analysis software
ImageJ software National Institutes of Health N/A
Immortalized human bronchial epithelial cells American Type Culture Collection CRL-9609
Isotemp freezer Fisher Scientific 
Methanol, 99% Fisher Chemical 67-56-1
Parafilm sealing film The Lab Depot HS234526A
Penicillin/Steptomycin Gibco 15140-122
Sorvall Legend X1R Centrifuge  Thermo Scientific 75004220
Sorvall T 6000B DU PONT  T6000B
Trypan blue, 0.4% solution in PBS MP Biomedicals, LLC 1691049
Vacuum Chamber Belart 999320237
Zinc Nitrate Hexahydrate, 98% extra pure Acros Organic 101-96-18-9
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Tamames-Tabar, C., et al. Cytotoxicity of nanoscaled metal-organic frameworks. Journal of Materials Chemistry. B. 2 (3), 262-271 (2014).
  2. Lin, W. X., et al. Low cytotoxic metal-organic frameworks as temperature-responsive drug carriers. ChemPlusChem. 81 (8), 804-810 (2016).
  3. Vasconcelos, I. B., et al. Cytotoxicity and slow release of the anti-cancer drug doxorubicin from ZIF-8. RSC Advances. 2 (25), 9437-9442 (2012).
  4. Yang, B. C., Shen, M., Liu, J. Q., Ren, F. Post-synthetic modification nanoscale metal-organic frameworks for targeted drug delivery in cancer cells. Pharmaceutical Research. 34 (11), 2440-2450 (2017).
  5. Lucena, M. A. M., et al. Application of the metal-organic framework Eu(BTC) as a luminescent marker for gunshot residues: A synthesis, characterization, and toxicity study. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (5), 4684-4691 (2017).
  6. Kayal, S., Sun, B. C., Chakraborty, A. Study of metal-organic framework MIL-101(Cr) for natural gas (methane) storage and compare with other MOFs (metal-organic frameworks). Energy. 91, 772-781 (2015).
  7. Gutov, O. V., et al. Water-stable zirconium-based metal-organic framework material with high-surface area and gas-storage capacities. 화학. 20 (39), 12389-12393 (2014).
  8. Ghorbanloo, M., Safarifard, V., Morsali, A. Heterogeneous catalysis with a coordination modulation synthesized MOF: morphology-dependent catalytic activity. New Journal of Chemistry. 41 (10), 3957-3965 (2017).
  9. Valvekens, P., et al. Base catalytic activity of alkaline earth MOFs: a (micro) spectroscopic study of active site formation by the controlled transformation of structural anions. Chemical Science. 5 (11), 4517-4524 (2014).
  10. Taylor, K. M. L., Rieter, W. J., Lin, W. B. Manganese-based nanoscale metal-organic frameworks for magnetic resonance imaging. Journal of the American Chemical Society. 130 (44), 14358-14359 (2008).
  11. Taylor-Pashow, K. M. L., Della Rocca, J., Xie, Z. G., Tran, S., Lin, W. B. Postsynthetic modifications of iron-carboxylate nanoscale metal-organic frameworks for imaging and drug delivery. Journal of the American Chemical Society. 131 (40), 14261-14263 (2009).
  12. Kundu, T., et al. Mechanical downsizing of a gadolinium(III)-based metal-organic framework for anticancer drug delivery. 화학. 20 (33), 10514-10518 (2014).
  13. Orellana-Tavra, C., et al. Drug delivery and controlled release from biocompatible metal-organic frameworks using mechanical amorphization. Journal of Materials Chemistry. B. 4 (47), 7697-7707 (2016).
  14. Su, H. M., et al. A highly porous medical metal-organic framework constructed from bioactive curcumin. Chemical Communications. 51 (26), 5774-5777 (2015).
  15. Gandara-Loe, J., et al. Metal-organic frameworks as drug delivery platforms for ocular therapeutics. ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (2), 1924-1931 (2019).
  16. Wagner, A., et al. Toxicity screening of two prevalent metal organic frameworks for therapeutic use in human lung epithelial cells. International Journal of Nanomedicine. 14, 7583-7591 (2019).
  17. Chen, G. S., et al. In vitro toxicity study of a porous iron(III) metal-organic framework. Molecules. 24 (7), 1211 (2019).
  18. Eldawud, R., Wagner, A., Dong, C. B., Rojansakul, Y., Dinu, C. Z. Electronic platform for real-time multi-parametric analysis of cellular behavior post-exposure to single-walled carbon nanotubes. Biosensors & Bioelectronics. 71, 269-277 (2015).
  19. Kroll, A., Pillukat, M. H., Hahn, D., Schnekenburger, J. Current in vitro methods in nanoparticle risk assessment: Limitations and challenges. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 72 (2), 370-377 (2009).
  20. Lucena, F. R. S., et al. Induction of cancer cell death by apoptosis and slow release of 5-fluoracil from metal-organic frameworks Cu-BTC. Biomedicine & Pharmacotherapy. 67 (8), 707-713 (2013).
  21. Orellana-Tavra, C., et al. Tuning the endocytosis mechanism of Zr-based metal-organic frameworks through linker functionalization. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (41), 35516-35525 (2017).
  22. Zucker, R. M., Ortenzio, J. N. R., Boyes, W. K. Characterization, detection, and counting of metal nanoparticles using flow cytometry. Cytometry. Part A. 89 (2), 169-183 (2016).
  23. Robson, A. L., et al. Advantages and limitations of current imaging techniques for characterizing liposome morphology. Frontiers in Pharmacology. 9, 80 (2018).
  24. Giaever, I., Keese, C. R. Micromotion of mammalian cells measured electrically. Proceedings of the National Academy of Sciences. 88 (17), 7896-7900 (1991).
  25. Wegener, J., Keese, C. R., Giaever, I. Electric cell-substrate impedance sensing (ECIS) as a noninvasive means to monitor the kinetics of cell spreading to artificial surfaces. Experimental Cell Research. 259 (1), 158-166 (2000).
  26. Wagner, A., et al. Toxicity evaluations of nanoclays and thermally degraded byproducts through spectroscopical and microscopical approaches. Biochimica et Biophysica Acta. General Subjects. 1861, 3406-3415 (2017).
  27. Wagner, A., et al. Early assessment and correlations of nanoclay’s toxicity to their physical and chemical properties. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (37), 32323-32335 (2017).
  28. Wagner, A., et al. Incineration of nanoclay composites leads to byproducts with reduced cellular reactivity. Scientific Reports. 8 (1), 10709 (2018).
  29. Zhao, F., Klimecki, W. T. Culture conditions profoundly impact phenotype in BEAS-2B, a human pulmonary epithelial model. Journal of Applied Toxicology. 35 (8), 945-951 (2015).
  30. Wu, S. X., Wang, W. H., Fang, Y. Z., Kong, X. J., Liu, J. H. Efficient Friedel-Crafts acylation of anisole over silicotungstic acid modified ZIF-8. Reaction Kinetics Mechanisms and Catalysis. 122, 357-367 (2017).
  31. Shu, F. P., et al. Fabrication of a hyaluronic acid conjugated metal organic framework for targeted drug delivery and magnetic resonance imaging. RSC Advances. 8 (12), 6581-6589 (2018).
  32. Shi, Z. Q., et al. FA-PEG decorated MOF nanoparticles as a targeted drug delivery system for controlled release of an autophagy inhibitor. Biomaterials Science. 6 (10), 2582-2590 (2018).
  33. Ebrahim, A. S., et al. Functional optimization of electric cell-substrate impedance sensing (ECIS) using human corneal epithelial cells. Scientific Reports. 12 (1), 14126 (2022).
  34. Szulcek, R., Bogaard, H. J., van Nieuw Amerongen, G. P. Electric cell-substrate impedance sensing for the quantification of endothelial proliferation, barrier function, and motility. Journal of Visualized Experiments. (85), e51300 (2014).
  35. Eldawud, R., et al. Carbon nanotubes physicochemical properties influence the overall cellular behavior and fate. Nanoimpact. 9, 72-84 (2018).
  36. An, Y., Jin, T. Y., Zhang, F., He, P. Electric cell-substrate impedance sensing (ECIS) for profiling cytotoxicity of cigarette smoke. Journal of Electroanalytical Chemistry. 834, 180-186 (2019).
  37. Kaur, G., Dufour, J. M. Cell lines. Spermatogenesis. 2 (1), 1-5 (2012).
  38. . Allied Biophysics Available from: https://biophysics.com (2023)
  39. Park, Y. H., Kim, D., Dai, J., Zhang, Z. Human bronchial epithelial BEAS-2B cells, an appropriate in vitro model to study heavy metals induced carcinogenesis. Toxicology and Applied Pharmacology. 287 (3), 240-245 (2015).
  40. Yang, F., et al. Morphological map of ZIF-8 crystals with five distinctive shapes: Feature of filler in mixed-matrix membranes on C3H6/C3H8 separation. Chemistry of Materials. 30 (10), 3467-3473 (2018).
  41. Rose, O. L., et al. Thin films of metal-organic framework interfaces obtained by laser evaporation. Nanomaterials. 11 (6), 1367 (2021).
  42. Stueckle, T. A., et al. Impacts of organomodified nanoclays and their incinerated byproducts on bronchial cell monolayer integrity. Chemical Research in Toxicology. 32 (12), 2445-2458 (2019).
  43. Eldawud, R., et al. Potential antitumor activity of digitoxin and user-designed analog administered to human lung cancer cells. Biochimica et Biophysica Acta. General Subjects. 1864 (11), 129683 (2020).
  44. Zhuang, J., et al. Optimized metal-organic-framework nanospheres for drug delivery: Evaluation of small-molecule encapsulation. ACS Nano. 8 (3), 2812-2819 (2014).
  45. Eldawud, R., et al. Combinatorial approaches to evaluate nanodiamond uptake and induced cellular fate. Nanotechnology. 27 (8), 085107 (2016).
  46. Houthaeve, G., De Smedt, S. C., Braeckmans, K., De Vos, W. H. The cellular response to plasma membrane disruption for nanomaterial delivery. Nano Convergence. 9 (1), 6 (2022).
  47. Otero-Gonzalez, L., Sierra-Alvarez, R., Boitano, S., Field, J. A. Application and validation of an impedance-based real time cell analyzer to measure the toxicity of nanoparticles impacting human bronchial epithelial cells. Environmental Science & Technology. 46 (18), 10271-10278 (2012).
  48. Ibarguren, M., Lopez, D. J., Escriba, P. V. The effect of natural and synthetic fatty acids on membrane structure, microdomain organization, cellular functions and human health. Biochimica et Biophysica Acta. 1838 (6), 1518-1528 (2014).
  49. Nor, Y. A., et al. Shaping nanoparticles with hydrophilic compositions and hydrophobic properties as nanocarriers for antibiotic delivery. ACS Central Science. 1 (6), 328-334 (2015).
  50. Farcal, L., et al. Comprehensive in vitro toxicity testing of a panel of representative oxide nanomaterials: First steps towards an intelligent testing strategy. PLoS One. 10 (5), e0127174 (2015).
  51. Verma, N. K., Moore, E., Blau, W., Volkov, Y., Babu, P. R. Cytotoxicity evaluation of nanoclays in human epithelial cell line A549 using high content screening and real-time impedance analysis. Journal of Nanoparticle Research. 14, 1137 (2012).
  52. Xiao, C. D., Lachance, B., Sunahara, G., Luong, J. H. T. Assessment of cytotoxicity using electric cell-substrate impedance sensing: Concentration and time response function approach. Analytical Chemistry. 74 (22), 5748-5753 (2002).
  53. Coyle, J. P., et al. Carbon nanotube filler enhances incinerated thermoplastics-induced cytotoxicity and metabolic disruption in vitro. Particle and Fibre Toxicology. 17 (1), 40 (2020).
  54. Yu, M. H., et al. Hyaluronic acid modified mesoporous silica nanoparticles for targeted drug delivery to CD44-overexpressing cancer cells. Nanoscale. 5 (1), 178-183 (2013).

Tags

Keywords: Metal-organic FrameworksMOFsElectric Cell-substrate Impedance SensingECISHuman Lung Epithelial CellsToxicological ProfileReal-time MonitoringHigh-throughputNanomaterialsSafetyBiomedical Applications
check_url/kr/65313?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Rose, O. L., Arnold, M., Dinu, C. Electric Cell-Substrate Sensing for Real-Time Evaluation of Metal-Organic Framework Toxicological Profiles. J. Vis. Exp. (195), e65313, doi:10.3791/65313 (2023).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image