Wykorzystanie zaawansowanych metod spektroskopowych do
badania wpływu nanocząstek tlenków żelaza na organizmy żywe
Celem niniejszej pracy doktorskiej była weryfikacja możliwości wykorzystania nowoczesnych metod spektroskopowych, jakimi są spektroskopia fluorescencji rentgenowskiej całkowitego odbicia (TXRF) i mikrospektroskopia w podczerwieni z transformatą Fouriera (FTIR), do oceny wpływu nanocząstek tlenków żelaza (IONP) na organizmy żywe. W badaniach wykorzystano nanocząstki magnetytowe pokryte glikolem polietylenowym (PEG-IONP) oraz maghemitowe pokryte D-mannitolem (M-IONP). Szczury szczepu Wistar płci męskiej poddano dożylnej ekspozycji na niskie dawki badanych nanocząstek. Analiza pierwiastkowa metodą spektroskopii TXRF wykazała istotne zmiany w zawartości Fe, Cu, Ca i Zn w badanych narządach w przypadku obydwu zastosowanych typów IONP. Badane nanocząstki różniły się średnicą hydrodynamiczną stąd, oceniając zmiany w zawartości Fe, zaobserwowano ich różną biodystrybucję, a także farmakokinetykę. Również odpowiedź biologiczna na dożylne podanie nanocząstek, badana poprzez analizę zmian w zawartości Cu, Ca i Zn, była odmienna dla każdego z typów IONP. Dzięki zastosowaniu mikrospektroskopii FTIR możliwe było wykrycie długofalowych anomalii w akumulacji oraz strukturze głównych makromolekuł biologicznych w tkance wątroby oraz nerki zwierząt poddanych ekspozycji na niską dawkę M-IONP. Uzyskane w ramach niniejszej pracy doktorskiej wyniki stanowią istotne uzupełnienie wiedzy na temat oddziaływania nanocząstek tlenków żelaza na organizmy żywe, jednocześnie udowadniając duże możliwości nowoczesnych metod spektroskopowych w dziedzinie nanotoksykologii.
The advanced spectroscopic methods in the study of the iron oxide
nanoparticles influence on living organisms
Presented dissertation concerns verification of the usefulness of modern spectroscopic methods, namely total reflection X-ray fluorescence spectroscopy (TXRF) and Fourier transform infrared microspectroscopy (FTIR), for assessing of the iron oxides nanoparticles (IONP) influence on living organisms. In the experiment magnetite polyethylene-glycol-coated (PEG-IONP) and maghemite D-mannitol-coated nanoparticles (M-IONP) were used. Male Wistar rats were intravenously injected with low doses of the tested IONP. Elemental analysis, conducted with TXRF spectroscopy, revealed significant changes in Fe, Cu, Ca and Zn contents within examined organs for both of tested IONP types. The analysed nanoparticles differed in the hydrodynamic diameter, hence (by evaluation of the changes in Fe concentration) their different biodistribution as well as pharmacokinetics were observed. Furthermore the biological response to intravenous administration of nanoparticles, examined by analysis of changes in Cu, Ca and Zn contents, was different for each type of IONP. Applying the FTIR microspectroscopy enabled detection of long-term anomalies in accumulation and structure of the main biomolecules in liver and kidneys of animals exposed to the low dose of M-IONP. Results obtained in frame of the dissertation are valuable complement to the current state of knowledge about the IONP impact on living organisms and prove the great possibilities of modern spectroscopic methods in the field of nanotoxicology.
