La dispersione di nanoparticelle di palladio (NP-Pd) è in continuo aumento perché liberate dalle marmitte catalitiche nell’ambiente con conseguente accumulo nei fluidi biologici ed nei tessuti umani (4). Purtroppo mentre è sufficientemente nota la interazione con i mezzi biologici dello ione Pd, poco si sa del comportamento delle NP nei mezzi biologici. In precedenti lavori abbiamo dimostrato come NP-Pd inducano modifiche nella produzione di citochine (3). Nel presente lavoro abbiamo verificato le possibili interferenze delle NP-Pd sul ciclo cellulare di cellule staminali (CS) e di cellule mononucleate di sangue periferico (PBMC), confrontando anche il loro effetto con quello del Pd in forma ionica (Pd.IV). Metodi Sono state utilizzati NP-Pd di 7-10nm e Pd(IV) ione alla concentrazione di 10-5 M, individuata come concentrazione subtossica con tests di citotossicità effettuati in fase preliminare. Le NP erano stabili in soluzione acquosa, senza rilascio di ioni. Le PBMC, ottenute da donatori sani, e le CS, separate da sangue di cordone ombelicale, sono state poste in coltura ed esposte per 72 a NP o ioni, sia in fase di quiescenza che dopo stimolo (PHA per le PBMC e fattori di differenziamento/crescita -GMCSF, TPO, IL-3- per le CS). Risultati L’esposizione di PBMC a NP induceva alterazioni della distribuzione cellulare in particolare con accumulo nella fase G0/G1, mentre nessun effetto veniva rilevato dopo esposizione agli ioni. Le CS, che al momento dell’isolamento apparivano in fase G0/G1, si accumulavano in fase G1 dopo stimolo con fattori di crescita/differenziamento. L’esposizione a NP induceva un accumulo in fase S in entrambe le condizioni sperimentali, con un alto numero di cellule apoptotiche, e con una restrizione della fase G2/M, che invece appariva espansa quando le CS venivano esposte a ioni Pd(IV). Discussione Lo studio dimostra che l’interazione con i mezzi biologici di vari composti, in particolari i metalli, dipende non solo dalla natura chimica e speciazione (1), ma anche dalla forma fisica, in particolare la nanoparticellare. È apparso evidente che NP-Pd attivano il ciclo cellulare e impediscono la sintesi del DNA in cellule quiescenti. L’accumulo delle cellule in differenti fasi del ciclo cellulare è accompagnato da un prolungamento dei rispettivi “cycle ceckpoints”, che sono dei complessi network biochimici che regolano la transizione a fasi successive o inducono la morte cellulare. I checkpoints garantiscono la correttezza della replicazione, riparo e divisione del DNA ed un loro malfunzionamento può indurre mutazioni e alterazioni genomiche alla base dello sviluppo dei tumori (2). E’ pertanto evidente come lo studio delle interazioni di NP con il ciclo cellulare sia di fondamentale importanza per una completa comprensione della loro eventuale tossicità.

Interazione di nanoparticelle di palladio con il ciclo cellulare

PETRARCA, CLAUDIA;DI GIAMPAOLO, LUCA;BEVILACQUA, CORRADO;FRASSANITO, FABRIZIO;MARTINO, FEDERICA;DI GIOACCHINO, Mario
2013-01-01

Abstract

La dispersione di nanoparticelle di palladio (NP-Pd) è in continuo aumento perché liberate dalle marmitte catalitiche nell’ambiente con conseguente accumulo nei fluidi biologici ed nei tessuti umani (4). Purtroppo mentre è sufficientemente nota la interazione con i mezzi biologici dello ione Pd, poco si sa del comportamento delle NP nei mezzi biologici. In precedenti lavori abbiamo dimostrato come NP-Pd inducano modifiche nella produzione di citochine (3). Nel presente lavoro abbiamo verificato le possibili interferenze delle NP-Pd sul ciclo cellulare di cellule staminali (CS) e di cellule mononucleate di sangue periferico (PBMC), confrontando anche il loro effetto con quello del Pd in forma ionica (Pd.IV). Metodi Sono state utilizzati NP-Pd di 7-10nm e Pd(IV) ione alla concentrazione di 10-5 M, individuata come concentrazione subtossica con tests di citotossicità effettuati in fase preliminare. Le NP erano stabili in soluzione acquosa, senza rilascio di ioni. Le PBMC, ottenute da donatori sani, e le CS, separate da sangue di cordone ombelicale, sono state poste in coltura ed esposte per 72 a NP o ioni, sia in fase di quiescenza che dopo stimolo (PHA per le PBMC e fattori di differenziamento/crescita -GMCSF, TPO, IL-3- per le CS). Risultati L’esposizione di PBMC a NP induceva alterazioni della distribuzione cellulare in particolare con accumulo nella fase G0/G1, mentre nessun effetto veniva rilevato dopo esposizione agli ioni. Le CS, che al momento dell’isolamento apparivano in fase G0/G1, si accumulavano in fase G1 dopo stimolo con fattori di crescita/differenziamento. L’esposizione a NP induceva un accumulo in fase S in entrambe le condizioni sperimentali, con un alto numero di cellule apoptotiche, e con una restrizione della fase G2/M, che invece appariva espansa quando le CS venivano esposte a ioni Pd(IV). Discussione Lo studio dimostra che l’interazione con i mezzi biologici di vari composti, in particolari i metalli, dipende non solo dalla natura chimica e speciazione (1), ma anche dalla forma fisica, in particolare la nanoparticellare. È apparso evidente che NP-Pd attivano il ciclo cellulare e impediscono la sintesi del DNA in cellule quiescenti. L’accumulo delle cellule in differenti fasi del ciclo cellulare è accompagnato da un prolungamento dei rispettivi “cycle ceckpoints”, che sono dei complessi network biochimici che regolano la transizione a fasi successive o inducono la morte cellulare. I checkpoints garantiscono la correttezza della replicazione, riparo e divisione del DNA ed un loro malfunzionamento può indurre mutazioni e alterazioni genomiche alla base dello sviluppo dei tumori (2). E’ pertanto evidente come lo studio delle interazioni di NP con il ciclo cellulare sia di fondamentale importanza per una completa comprensione della loro eventuale tossicità.
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