VITATOX: Toxicita nanočástic in vitro a in vivo

Význam tématu

Studium toxicity nanočástic je klíčové pro bezpečné nasazení nosičů léčiv a biokompatibilitu nanomateriálů. Model embryí Danio rerio a 3D buněčné sféroidy nabízí udržitelnou alternativu k vivárním testům podle zásad 3R, zvyšují prediktivní hodnotu i redukují počet pokusných organismů.

Cíle a přehled studie

• Porovnání in vivo toxicity dendrimerů s různými povrchovými skupinami (fosfonium vs. amonium).
• Vyhodnocení in vitro toxicity na 3D kultuře nádorových buněk (sféroidy MCF-7) prostřednictvím produkce ATP.
• Ověření korelace mezi výsledky in vivo (FET test) a in vitro (ATP assay).

Použitá metodika a instrumentace

• Charakterizace a syntéza fosfonových a amoniových dendrimerů.
• FET test (96-jamková destička, E3 médium, negativní kontrola, 3,4-dichloroanilin jako pozitivní kontrola).
• Binokulární lupa a invertovaný mikroskop pro hodnocení morfologických endpointů.
• Kultivace 3D sféroidů MCF-7 v keramických 3D Petri Dish® miskách.
• ATP assay CellTiter-Glo® a měření luminescence pomocí GloMax luminometru.

Hlavní výsledky a diskuse

• In vivo (96 hpf) - LD50 dendrimer 43 (PMe3): 6,26 μM (R2=0,99); dendrimer 40 (NMe3): 0,91 μM (R2=0,97).
• Morfologické end-pointy (koagulace, otok srdce, malformace, retardace) byly letální a koncentrace ≥1 μM nebyly použitelné pro amoniový dendrimer.
• In vitro (96 h) - EC50 dendrimer 43: 4,43 μM; dendrimer 40: 2,29 μM.
• Produkovaná ATP hladina potvrzuje minimální toxicitu fosfonového dendrimeru 43 a vysokou toxicitu amoniového dendrimeru 40.
• Pearsonova korelace toxicity in vivo/in vitro: 0,9656 (p=0,00176).

Přínosy a praktické využití metody

• Integrovaný přístup umožňuje rychlou identifikaci biokompatibilních nanočástic pro cílenou dopravu léčiv.
• 3D sféroidy zvyšují prediktivitu tumorových modelů a doplňují data získaná z FET testu.
• Postupy snižují používání živočišných modelů a usnadňují validaci DDS v preklinické fázi.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další chemická modifikace povrchových skupin dendrimerů pro optimalizaci stabilního a selektivního cílení.
• Rozšíření in vitro modelů o multi-omics analýzy a mikrofluidní platformy pro komplexní hodnocení toxicity.
• Automatizace vysokoprůchodnostních testů a integrace strojového učení pro predikci safety profilu nanočástic.

Závěr

Fosfonový dendrimer s PMe3 skupinou vykazuje nízkou toxicitu jak in vivo, tak in vitro, na rozdíl od amoniového dendrimeru s NMe3 skupinou. Výsledky spojující FET test a 3D kultury potvrzují spolehlivost přístupu a umožňují efektivní vývoj bezpečných nanocarriérů.

Reference

• Kimmel C., Ballard W., Kimmel S., Ullmann B., Schilling T.F. (1995): Stages of Embryonic Development of the Zebrafish. Developmental Dynamics, 203:255–310.