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In rosso, invece, sono visualizzate le nanoparticelle di silice mesoporosa

 

 

Particelle  di  silice  mesoporosa  

   

La  microscopia  confocale  permette  di  ottenere  immagini  in  3D  della  cellula  poiché  analizza  i   diversi  piani  lungo  l’asse  z.  Le  due  immagini  sopra  riportate  si  riferiscono  allo  stesso  piano.  

Sovrapponendo   le   due   immagini   è   possibile   notare   che   la   colocalizzazione   tra   la   silice   e   gli   endosomi  precoci  avvenga  dopo  15minuti:  è,  infatti,  presente  una  doppia  colorazione  in  alcuni   punti  della  cellula.  

 

 

Merged  

 

La  colorazione  gialla  denota  la  presenza  della  silice  a  livello  degli  endosomi  precoci  dopo  15   minuti  dalla  messa  in  contatto  con  le  cellule.  Tale  comportamento  è  mantenuto  anche  dopo  30   minuti  e  un’ora

.    

 

 

Endosomi  precoci  e  nanoparticelle  di  silice  mesoporosa  

   

Facendo  il  merged  delle  due  immagini,  si  nota  ancora  una  volta  colocalizzazione  a  livello  degli   endosomi  precoci  dopo  30  minuti  dalla  messa  in  contatto  della  silice  con  le  cellule.    

 

 

 

Colocalizzazione:  merged  dopo  30  minuti  

 

Dall’immagine  seguente  di  colocalizzazione  si  nota  come  gli  spot  verdi  e  rossi  siano  mantenuti   ben  distinti  e  non  ci  sia  una  sovrapposizione  molto  marcata  dopo  1  ora.  

 

 

 

Endosomi  precoci  e  nanoparticelle  di  silice  mesoporosa  dopo  un’ora  

   

 

 

Merged  

   

La  silice  è  presente  a  livello  degli  endosomi  tardivi  dopo  15  minuti  e  30  minuti.    

 

 

Endosomi  tardivi  e  nanoparticelle  di  silice  mesoporosa  dopo  15  minuti  

 

 

Merged:  time  points  15  minuti  

 

L’effetto  della  colocalizzazione  è  molto  marcato  guardando  al  time  point  di  30minuti.  Infatti,   sovrapponendo  le  immagini  riguardanti  lo  stesso  piano  della  silice  e  degli  endosomi  tardivi  si   nota  tale  effetto.  

 

   

Merged  dopo  30minuti  

 

La   silice   mesoporosa   colocalizza   con   gli   endosomi   tardivi,   il   segnale   di   merged   è   molto   più   marcato  rispetto  al  time  point  di  15minuti.  La  colocalizzazione  non  è  mantenuta  nel  time  points   di  un’ora.  

   

Endosomi  tardivi  e  nanoparticelle  di  silice  mesoporosa  dopo  un’ora  

 

 

 

 

Merged  dopo  un’ora  

 

Guardando   alla   localizzazione   a   livello   dei   lisosomi   il   solo   time   point   di   un’ora   dà   colocalizzazione   a   livello   dei   lisosomi.   I   time   points   di   15minuti   e   30minuti   non   sono   qui   riportati.  

 

 

Lisosomi  e  silice  mesoporosa  dopo  un’ora    

 

 

Merged  dopo  un’ora  

     

Come  è  possibile  notare  dall’immagine  sopra  riportata,  la  colocalizzazione  a  livello  dei  lisosomi   risulta  molto  marcata.    

In  definitiva,  si  può  pertanto  affermare  che  l’ingresso  della  silice  all’interno  delle  cellule  MDA-­‐ MB-­‐231  avviene  seguendo  il  pathway  endocitotico  che  prevede  presenza  della  silice  dapprima   all’interno  degli  endosomi  precoci,  e  una  volta  all’interno  della  cellula,  il  destino  cellulare  che   l’attende  conduce  ai  lisosomi.  

 

Sono  state  utilizzate  anche  le  cellule  Hela,  derivanti  da  adenocarcinoma  del  tessuto  cerviceo,   per  rilevare  la  presenza  di  un  diverso  comportamento  della  silice  quando  posta  a  contatto  con   una   diversa   linea   cellulare.   In   questo   caso   si   è   definito   il   destino   della   silice   mesoporosa   guardando  alla  localizzazione  a  livello  degli  endosomi  tardivi.  La  microscopia  in  fluorescenza  ha   permesso  di  definire  più  compartimenti  cellullari.  Infatti,  in  verde  (A)  sono  marcati  gli  endosomi   tardivi  mentre  in  rosso  (B)  è  marcata  la  silice.  La  terza  immagine  (C)  mostra  ancora  una  volta  in   verde  gli  endosomi  tardivi  mentre  in  blu  il  nucleo  cellulare.  

         

   

 

A.  endosomi  tardivi,  B.  silice  mesoporosa,    C.  Merged:  nucleo  cellulare  ed  endosomi  tardivi  

 

Le   immagini   di   seguito   riportate   mostrano,   invece,   la   silice   e   il   nucleo   cellulare   (D).   Com’è   possibile   notare   non   si   ha   una   sovrapposizione   tra   il   segnale   derivante   dalla   silice   e   quello   derivante   dal   nucleo   cellulare:   non   si   ha,   quindi,   localizzazione   della   silice   a   livello   nucleare.     Diversamente,  invece,  la  silice  è  presente  a  livello  degli  endosomi  tardivi  (E)  poiché  il  segnale   rosso,  della  silice,  si  sovrappone  a  quello  verde  degli  endosomi  tardivi.  

 

A   B  

 

 

Merged  :    

D.  silice  mesoposa  e  nucleo  cellulare,  E.  silice  mesoporosa  ed  endosomi  tardivi  

 

Tale   affermazione   è   confermata   analizzando   il   grafico   delle   intensità   dei   segnali   dovuti   alla   silice  e  agli  endosomi  tardivi.  Prendendo,  infatti,  in  considerazione  il  segnale  lungo  un  dato  asse,   si  ottiene  il  corrispondente  grafico,  definito  curva  d’intensità,  che  correla  l’intensità  del  segnale   delle  due  diverse  sonde.  Infatti,  la  curva  d’intensità  del  segnale  degli  endosomi  si  sovrappone  a   quella  della  silice.  

 

 

D   E  

 

 

Si   può   pertanto   affermare,   che   le   silici   mesoporose   entrano   all’interno   della   cellula   Hela   seguendo  il  pathaway  endocitotico.  

Tale  dato  trova  conferma  con  quanto  riportato  in  letteratura  [1,57].  

 

 

4.  Conclusioni    

 

 

Le   nanoparticelle   di   silice   mesoporosa,   sintetizzate   tramite   reazione   di   idrolisi   e   condensazione   del   precursore   TEOS,   per   mezzo   del   CTAB   come   surfattante,   sono   state   caratterizzate  in  modo  da  definirne  le  proprietà  fisiche.    

Le  immagini  tramite  FEG-­‐SEM  hanno  permesso  di  definire  le  dimensioni  delle  nanoparticelle   ed  i  dati  ottenuti  sono  stati  confermati  ed  implementati  servendosi  del  fisisorbimento  di  azoto   molecolare.  In  questo  modo,  è  stato  possibile  definire  l’area  superficiale  delle  particelle  e  la   dimensione   dei   pori.   Quindi,   è   stato   possibile   confermare   che   le   nanoparticelle   sono   mesoporose.  

 

Il   sistema   caratterizzato   è   stato,   pertanto,   utilizzato   per   i   diversi   esperimenti   in   vitro.   Innanzitutto,   si   è   sondata   la   tossicità   delle   sole   nanoparticelle:   il   surfattante   è   citotossico   e   pertanto  tal  esperimento  è  essenziale  per  confermare  assenza  di  tossicità.  Le  nanoparticelle   non   sono   tossiche   per   concentrazioni   al   di   sotto   di   500ug/ml,   mentre   risultano   altamente   tossiche  alla  concentrazione  di  4mg/ml.  

Ai   test   di   tossicità   sono   seguiti   test   di   citotossicità   che   hanno   permesso   di   comparare   il   sistema   nanoparticelle-­‐farmaco   rispetto   al   farmaco   libero.   Sulle   colture   cellulari,   i   test   di   citotossicità   non   hanno   evidenziato   maggiore   efficacia   terapeutica   del   nanosistema,   con   gruppi  carbossilici  o  PEG,  rispetto  al  farmaco  libero.    

 

Gli  esperimenti  di  opsonizzazione  hanno  permesso  di  valutare  l’interazione  del  nanovettore   con   le   proteine   del   siero.     In   particolar   modo,   l’interazione   con   la   BSA   avviene   in   modo   maggiore  rispetto  all’interazione  con  l’IgG  sia  che  si  considerino  le  nanoparticelle  rivestite  con   gruppi  PEG    che  carbossilici.  

 

Gli  esperimenti  di  immunofluorescenza  confermano,  invece,  quanto  riportato  in  letteratura:   l’ingresso   delle   nanoparticelle   di   silice   procede   per   mezzo   del   pathway   endocitotico   che   conduce  ai  lisosomi.  Una  volta  a  livello  dei  lisosomi  la  silice  è  degradata  rilasciando  il  farmaco  

che  sarà  in  parte  degradato  ed  in  parte  sarà  veicolato  verso  il  nucleo  cellulare  dove  andrà  ad   intercalarsi  a  livello  del  DNA.  

In  generale,  i  test  in  vitro  di  vitalità  cellulare  non  definiscono  un  valore  aggiunto  al  farmaco   veicolato  per  mezzo  delle  nanoparticelle  di  silice  mesoporosa:  la  vitalità  cellulare  non  risulta,   infatti,  alterata  in  maniera  preponderante.  

 

Interessante   potrebbero   essere   lo   studio   e   l’applicazione   di   tale   sistema   in   vivo.   In   questo   modo,  si  potrebbe  sondare  l’eventuale  tossicità  ridotta  del  sistema  nanostrutturato  rispetto  al   farmaco   in   forma   libera.   Infatti,   la   doxorubicina,   è   cardiotossica   e   una   somministrazione   mirata   e   controllata   nel   tempo   potrebbe   ridurre   gli   effetti   tossici   e   collaterali.   Potrebbe,   infatti,  essere  posta  sulla  superficie  delle  nanoparticelle  di  silice  una  componente  organica  che   permetta  di  veicolare  selettivamente  il  farmaco  verso  il  tessuto  tumorale.    

Esperimenti   di   biodistribuzione   e   riduzione   del   volume   del   tumore   potrebbero   definire   la   doxorubicina  veicolata  per  mezzo  di  un  nanosistema  più  efficace  rispetto  al  farmaco  in  forma   libera.  

 

A  tal  proposito,  negli  ultimi  mesi  si  è  lavorato  focalizzandosi  sulla  produzione  di  nanoparticelle   di  silice  che  presentassero  sulla  superficie  una  componente  organica,  come  un  anticorpo,    atta   a   permettere   la   veicolazione   selettiva   del   farmaco   una   volta   all’interno   di   un   sistema   complesso  come  il  modello  murino.  Pertanto,  l’anticorpo  prescelto  è  stato  il  Cetuximab  che  è   stato   coniugato   alle   nanoparticelle   tramite   due   diversi   protocolli.   Un   primo   protocollo   prevedeva  la  coniugazione  per  messo  di  composti  chimici  quali  EDC/NHS  che  provvedono  a   coniugare   i   gruppi   silanolici   presenti   sulla   superficie   delle   nanoparticelle   con   le   componenti   amminoacidiche   dell’anticorpo.   Un   secondo   protocollo   si   serviva,   invece,   di   ossidazione   utilizzando  sodiocianoboroidruro.  Per  entrambe  le  classi  di  particelle,  sono  stati  eseguiti  test   di  tossicità  su  cellule  MDA  MB  231.    

 

Tossicità  silica  con  EDC-­‐NHS  

 

Il   grafico   sopra   riportato,   definisce   la   tossicità   delle   nanoparticelle   di   silice   mesoporosa   che   presentano  sulla  superficie  l’anticorpo  Cetuximab  coniugato  attraverso  l’utilizzo  di  EDC-­‐NHS.   Si  veda  come  in  questo  caso  le  nanoparticelle  siano  tossiche  anche  a  basse  concentrazioni.  In   tale  situazione  molto  probabilmente  viene  sondato  anche  l’effetto  terapeutico  dell’anticorpo   stesso.    

La  tossicità  delle  nanoparticelle  in  cui  la  coniugazione  dell’anticorpo  è  avvenuta  servendosi  di   reazione  ossidativa  è,  invece,  ridotta.  Si  veda,  infatti,  il  grafico  di  seguito  riportato.  

 

 

Tossicità  silica  con  sodiocianoboroidruro  

  0   100000   200000   300000   400000   500000   4000   2000   1000   500   250   125   62,5   31,25   15,625   CTR   N u m b er  o f  c el ls  

 Silica  quantities  [ug]  

MSN:  EDC-­‐NHS    

0   50000   100000   150000   200000   250000   300000   350000   400000   450000   500000   4000   2000   1000   500   250   125   62,5   31,25   15,625   CTR   N u m b er  o f  c el ls  

Silica  quantities  [ug]  

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