A comparative study on the plasma Protein-Corona of silica and carbon nanoparticles

In this study, silica and carbon nanoparticles were studied and characterized for their different chemical-physical characteristics. Two aspects of the biocompatibility of these materials were considered: the formation of a hard protein corona, formed using human plasma, and the biodegradation of nanoparticles both enzymatically and chemically. A synthesis protocol was also attempted for the production of two kind of nanohybrids carbon/ FeOx. The synthesis of all the nanomaterials and the study of biodegradation was carried out at the research laboratories of the University of Turin, Department of Chemistry, while the study of the protein corona was conducted in the laboratories of the Royal College of Surgeons in Ireland at Dublin, in the Pharmaceutical and Medical Chemistry Departments. The aims of the work were to obtain a corona similar to that obtained in vivo using human plasma, usable in cellular tests in vitro, which could better simulate the conditions in vivo and to investigate the effect of two particles characteristics (size and surface composition) on the interaction with plasma proteins. All samples, obtained, were stable and monodisperse, thus suitable for the study of the protein corona. It has been demonstrated that the surface of the nanoparticle in the range considered (100-350 nm) do not influences the amount of proteins in the hard protein corona in silica, while some quali-quantitative differences were observed for carbon nanoparticles. At the same time, different agglomeration degree was found for the two kind of materials, being carbon more prone to form polydisperse populations of agglomerates in plasma that silica. Finally, CNP was found poorly sensible to degradation by both HRP or H2O2.

In questo studio, le nanoparticelle di silice e di carbonio sono state studiate e caratterizzate per le loro diverse caratteristiche chimico-fisiche. Sono stati considerati due aspetti della biocompatibilità di questi materiali: la formazione di un hard corona proteica, formata utilizzando plasma umano, e la biodegradazione di nanoparticelle sia a sia a livello enzimatico che chimico. È stato anche tentato un protocollo di sintesi per la produzione di due tipi di nanoibridi carbonio / FeOx. La sintesi di tutti i nanomateriali e lo studio della biodegradazione è stata effettuata presso i laboratori di ricerca dell'Università di Torino, Dipartimento di Chimica, mentre lo studio della corona proteica è stato condotto nei laboratori del Royal College of Surgeons in Ireland a Dublino , nei dipartimenti di chimica farmaceutica e medica. Gli obiettivi del lavoro erano di ottenere una corona simile a quella ottenuta in vivo usando plasma umano, utilizzabile in test cellulari in vitro, che potrebbe simulare meglio le condizioni in vivo e indagare l'effetto di due caratteristiche delle particelle (dimensione e composizione superficiale) sull'interazione con le proteine ​​plasmatiche. Tutti i campioni, ottenuti, erano stabili e monodispersi, quindi adatti allo studio della corona proteica. È stato dimostrato che la superficie della nanoparticella nell'intervallo considerato (100-350 nm) non influenza la quantità di proteine ​​nella hardcorona proteica in silice, mentre alcune differenze quali-quantitative sono state osservate per le nanoparticelle di carbonio. Allo stesso tempo, è stato trovato un grado di agglomerazione diverso per i due tipi di materiali, essendo il carbonio più incline a formare popolazioni polidisperse di agglomerati nel plasma rispetto alla silice. Infine, il CNP è stato giudicato scarsamente sensibile alla degradazione da parte di HRP o H2O2.