Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (3), 352–360
Cellular uptake of FITC-labeled Ce0.8Gd0.2O2-x nanoparticles in 2D and 3D mesenchymal stem cell systems
Danil D. Kolmanovich – Institute of Theoretical and Experimental Biophysics of the Russian Academy of Sciences, Pushchino, Russia; ORCID 0000-0003-3391-7889; kdd100996@mail.ru
Nikita N. Chukavin – Institute of Theoretical and Experimental Biophysics of the Russian Academy of Sciences, Pushchino; Scientific and Educational Center, State University of Education, Moscow, Russia; ORCID 0000-0001-8431-4485; chukavinnik@gmail.com
Nikita A. Pivovarov – Institute of Theoretical and Experimental Biophysics of the Russian Academy of Sciences, Pushchino, Russia; ORCID 0009-0005-1997-0845; nikitapivovarov.workmail@gmail.com
Sergey A. Khaustov – Scientific and Educational Center, State University of Education, Moscow, Russia; ORCID 0000-0001-9286-3644; sergeykhaustov@gmail.com
Vladimir K. Ivanov – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; ORCID 0000-0003-2343-2140; van@igic.ras.ru
Anton L. Popov – Institute of Theoretical and Experimental Biophysics of the Russian Academy of Sciences, Pushchino; Scientific and Educational Center, State University of Education, Moscow, Russia; ORCID 0000-0003-2643-4846; antonpopovleonid@gmail.com
Corresponding author: Anton L. Popov, antonpopovleonid@gmail.com
DOI 10.17586/2220-8054-2024-15-3-352-360
ABSTRACT Cerium-containing nanoparticles have recently been identified as promising nanozymes for advanced biomedical applications. Additional modification of the core or the surface of CeO2 nanoparticles (CeO2 NPs) provides them with new functionalities, making them a unique theranostic agent. In this study, dextran-stabilized CeO2 NPs doped with Gd (Ce0.8Gd0.2O2-x) were synthesized and further functionalized with fluorescein isothiocyanate (FITC). The synthesized nanoparticles have a high degree of biocompatibility at concentrations up to 5 mg/mL and are readily internalized by human mesenchymal stem cells cultured both in monolayers (2D system) and cellular spheroids (3D system). The functionalization of CeO2 NPs with Gd and FITC dye allows for monitoring their accumulation within organs and tissues using both magnetic resonance imaging (MRI) and fluorescence spectroscopy techniques.
KEYWORDS nanoparticles, 3D cell spheroid, cerium, gadolinium
ACKNOWLEDGEMENTS The work was supported by the Russian Science Foundation (project No. 22-73-10231, https://rscf.ru/project/22-73-10231/
FOR CITATION Kolmanovich D.D., Chukavin N.N., Pivovarov N.A., Khaustov S.A., Ivanov V.K., Popov A.L. Cellular uptake of FITC-labeled Ce0.8Gd0.2O2-x nanoparticles in 2D and 3D mesenchymal stem cell systems. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (3), 352–360.
[In Russian] Данил Денисович Колманович, Никита Николаевич Чукавин, Никита Артемович Пивоваров, Сергей Анатольевич Хаустов, Владимир Константинович Иванов, Антон Леонидович Попов
Проникновение наночастиц ФИТС-меченных наночастиц Ce0.8Gd0.2O2-x в 2D и 3D клеточные системы на основе мезенхимальных стволовых клеток
АННОТАЦИЯ Церий-содержащие наночастицы являются перспективными нанозимами для передовых биомедицинских применений. Дополнительная модификация ядра или поверхности наночастиц CeO2 придает им новые функциональные возможности, что делает их уникальным тераностическим средством. В этом исследовании синтезировали декстран-стабилизированные наночастицы CeO2, легированные Gd, и дополнительно функционализировали их флуоресцеин изотиоцианатом (ФИТС). Синтезированные наночастицы обладают высокой степенью биосовместимости при концентрациях до 5 мг/мл и легко проникают в мезенхимальные стволовые клетки человека, культивируемыми как в монослое (2D-система), так и в клеточных сфероидах (3D-система). Функционализация наночастиц CeO2 с помощью ионов гадолиния и или ФИТС-метки позволяет контролировать их накопление в органах и тканях с помощью методов как магнитно-резонансной томографии (МРТ), так и флуоресцентной спектроскопии.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА наночастицы, цитотоксичность, фторид, церий.
ORCID:
Danil D. Kolmanovich 0000-0003-3391-7889
Nikita N. Chukavin 0000-0001-8431-4485
Nikita A. Pivovarov 0009-0005-1997-0845
Sergey A. Khaustov 0000-0001-9286-3644
Vladimir K. Ivanov 0000-0003-2343-2140
Anton L. Popov 0000-0003-2643-4846
