Estudio de la interacción de nanopartículas de CdS-dextrina con componentes sanguíneos y sus efectos fisiopatológicos asociados

RESUMEN Las nanopartículas (NP) al ser administradas de manera sistémica van a interactuar con componentes de la sangre. Las interacciones entre las NP-célula aún no se comprende bien. Las NP de sulfuro de cadmio-dextrina (CdS-Dex), son nanomateriales inorgánicos en el orden de nanómetros (3 nm), con propiedades ópticas que presentan ventajas sobre los biomarcadores fluorescentes tradicionales, lo que permite su uso en detección de fluorescencia e imágenes sin casuar daño en tejidos a largo plazo, por lo que se consideran biocompatibles con el organismo. La hipótesis de este trabajo es que las NP de CdS-Dex al interactuar con componentes sanguíneos, pueden desencadenar procesos fisiopatológicos en forma concentración dependiente. El objetivo de este proyecto es evaluar la interacción de NP de CdS-Dex con componentes sanguíneos y sus posibles efectos fisiopatológicos asociados. Las NP de CdS-Dex se evaluaron in vitro con componentes sanguíneos de ratas Wistar a concentraciones de 0,1, 1, 10,100 y 1000 μg/mL. Se evaluó el efecto de la interacción de NP de CdS-Dex con albúmina, por electroforesis en gel SDS-PAGE y el potencial Z. Los resultados sugieren que se forma la corona de proteínas, principalmenre de albúmina, siendo evidente a 100 y 1000 μg/mL. Este proceso generó un potencial Z bajo, es decir, que hay una mayor atracción entre las NP de CdS-Dex y la albúmina. Por otro lado, estas nanopartículas causaron una alteración en el tiempo de cambio de protrombina, siendo concentración y tiempo de exposición dependiente a partir de 5 minutos, para 0.01 y 0.1 ug/mL y hasta 30 minutos para 0.1 a 10 ug/mL de NP de CdS-Dex. Lo cual puede indicar que, a mayor concentración y tiempo de exposición, comienza a activarse la vía extrínseca y podría desencadenarse la cascada de coagulación. Sin embargo, las NP no alteran la concentración de fibrinógeno de manera significativa. Así mismo, el estudio sobre eritrocitos aislados de rata , por medio de un ensayo de hemólisis y análisis topográficos usando métodos como espectrofotometría y microscopia de fuerza atómica (AFM), mostraron que NP de CdS-Dex produjeron hemólisis (5%) con todas las concentraciones utilizadas y causaron cambios morfológicos como pérdida de biconcavidad y grietas en la superficie a 0.1 y 1 μg/mL (30 min). En eritrocitos incubados a 60 min, además de la pérdida de biconcavidad, hubo presencia de depósitos en la superficie, que aumentó de una manera dependiente de la concentración. No hubo cambio al determinar el potencial ζ, en ninguna de las concentraciones. Las NP de CdS Dex no fueron internalizadas por los eritrocitos, aunque se observó fluorescencia verde en la periferia de cada célula. En la evaluación por microscopia de fluorescencia y agregación plaquetaria, las NP de CdS-Dex causaron agregación plaquetaria a partir de 0.01 µg/mL y modificaron la morfología de la plaqueta. Se evaluó la viabilidad celular de Mɸs por la técnica de MTT. Se observó que no produjeron disminución de la viabilidad celular a concentraciones de 0.001 hasta 100 µg/mL, aunque fueron analizadas por microscopia confocal y se observó que se localizaban en todo el interior de la célula, hasta nucleolos. En estas células inducen la producción de óxido nítrico y fagocitosis a partir de 0.01 µg/mL, siendo mayor el efecto observado en la concentración de 1000 µg/mL. Finalmente, por estudios in silico el acoplamiento molecular reveló que la dextrina que recubre a las NP podría estar interactuando con el transportador de glucosa GLUT1. No se puede determinar si estos cambios podrían estar asociados con alteraciones funcionales. Estos hallazgos evidencian que los nanomateriales interactúan con diferentes componentes sanguíneos y pueden causar procesos fisiopatológicos asociados después de la administración en el organismo.

ABSTRACT When NP were administered systemically will interact with components of the blood. These NP-cell interactions are not yet well understood. CdS-Dex NP are inorganic nanomaterials of nanometric size (3 nm), have an optical property that exhibit advantages over traditional fluorescent biomarkers and include imaging and fluorescence detection without causing long-term tissue damage, for which they are considered biocompatible with the body. The proposed hypothesis is that CdS-Dex NP interact with blood components and trigger pathophysiological processes in a concentration-dependent manner. The aim of this project was to evaluate the interaction of CdS-Dex nanoparticles with blood components and their associated pathophysiological effects. CdS-dextrin NP were evaluated (in vitro) with blood components at concentrations of [0.1, 1, 10, 100 and 1000 µg/mL], the blood was obtained from Wistar rats (healthy). In which the effect of the interaction of CdS-Dex NP with albumin was evaluated by SDS-PAGE gel electrophoresis and the Z potential. The results suggest that the protein crown is formed, being evident at 100 and 1000 μg/mL. The ζ potential, associated with the formation of the crown protein of CdS-Dex NP exposed to albumin is low, that is, there is a greater attraction between the CdS-Dex NP and albumin. The effect of CdS-Dex NP influenced the prothrombin time concentration and dependent exposure time from 5 minutes (0.01 and 0.1 μg/mL) to 30 minutes (0.1 to 10 μg/mL). This may indicate that, at higher concentration and exposure time, the extrinsic pathway begins to be activated and could trigger the coagulation cascade. However, NP did not significantly alter fibrinogen concentration. The erythrocytes were isolated by centrifugation. A hemolysis assay and topographic analysis were performed using methods such as spectrophotometry and AFM, respectively. The Z potential and coupling were also determined. The CdS-Dex NP produced hemolysis (5 %) with all the concentrations used and caused morphological changes such as loss of biconcavity and surface cracks at 0.1 and 1 μg/mL (30 min). In erythrocytes incubated for 60 min, in addition to the loss of biconcavity, there was the presence of deposits on the surface, which increased in a concentration-dependent manner. There was no change when determining the Z potential values, in any of the concentrations used. CdS-Dex NP were not internalized by erythrocytes, although green fluorescence was observed at the periphery of each cell. Molecular coupling revealed that the NP-coating dextrin could be interacting with the glucose transporter GLUT1. In the evaluation by fluorescence microscopy and platelet aggregation, the NP of CdS-Dex caused platelet aggregation in a concentration-dependent manner from 0.01 µg / mL and modified the platelet morphology. The cell viability of Mɸs (RAW 264.7) was evaluated by the MTT technique. It was observed that they did not produce a decrease in cell viability at concentrations of 0.001 to 100 µg / mL, although they were analyzed by confocal microscopy and it was observed that they were located throughout the interior of the cell, up to nucleoli. Although they increase NO production and phagocytosis from 0.01 µg/mL, the observed effect being greater at a concentration of 1000 µg/mL. It cannot be determined if these if these changes could be associated with functional changes. But we can with these preliminary findings provide evidence that nanomaterials can interact with different blood components and can cause associated pathophysiological processes after administration in the body