Fabrication of Various Silica/Conducting Polymer Core/Shell Nanospheres and Their cytotoxicity evaluation

Abstract

The cellular effect to conducting polymer (CP) nanospheres with similar physical properties was scrutinized by cellular uptake and in vitro cytotoxicity assessments in rat pheochromocytoma PC-12 and mouse macrophage RAW 264.7 cells. Four different CPs (polypyrrole, polyaniline, poly(3,4-ethylenedioxythiophene), and polythiophene) were deposited onto the surface of silica nanospheres with a diameter of ca. 22 nm. Cellular uptake of silica/CP core/shell nanospheres in both cell lines was evaluated by transmission electron microscopy and they were internalized via endocytosis and phagocytosis. Cellular adverse effects of the CP nanospheres were systemically investigated using live-cell microscopy, cell viability, oxidative stress, and lactate dehydrogenase assays. Silica/polythiophene core/shell nanospheres exhibited the highest levels of toxicity in both cell lines, because of the cellular effects of sulfur atoms. On the other hand, silica/polypyrrole core/shell nanospheres induced the lowest levels of toxicity in both cell lines. In addtion, both mouse and rat cell viability was concentration-dependent with the nanospheres. These findings enhance nanotoxicological information regarding CP nanospheres when used with neuronal and macrophage cells, which could be useful in their application toward biomedical and bioelectronics fields.

동일한 물성을 갖는 전도성 고분자가 세포에 미치는 영향을 쥐의 갈색세포종 (PC-12 cells)과 쥐의 대식세포 (RAW 264.7 cells)를 이용해 체외 독성 평가로 알아보았다. 네 종류의 서로 다른 전도성 고분자 (폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리피돗, 그리고 폴리씨오펜)를 약 22 nm 의 실리카 나노 입자 표면 위에 적층시켰다. 실리카/전도성 고분자 코어/셀 나노 입자의 세포 흡수는 투과 전자 현미경을 통해 관찰했다. 또한, 나노 입자는 세포 내포 작용과 대식 작용에 의해 흡수 되었다. 세포에 대한 나노 입자의 역 효과는 생 세포 현미경, 세포 생존 능력, 활성 산소, 그리고 젖산탈수소 효소 실험을 통해 체계적으로 조사되었다. 실리카/폴리씨오펜 코어/셀 나노 입자가 두 종류의 세포 모두에서 가장 높은 독성을 나타냈다. 이것은 싸이오펜에 존재하는 황 원자가 세포에 미치는 영향 때문으로 판단된다. 반면에 실리카/폴리피롤 코어/셀 나노 입자가 두 종류의 세포 모두에서 가장 낮은 독성을 보였다. 추가적으로 두 세포의 생존 능력을 평가한 결과 나노 입자 농도에 의존하는 경향을 나타냈다. 이러한 연구 결과는 전도성 고분자 나노 입자가 두 종류의 세포와 함께 바이오 의학이나 바이오 전자기학 분야에 응용되었을 때 이에 대한 나노 독성 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.