Polymer coated cerium oxide nanoparticles interaction with cell culture medium

Abstract

Cerium oxide nanoparticles (CeNPs) possess multiple redox enzyme mimetic activities in scavenging reactive oxygen species (ROS), marking them for potential use in biomedicine. One of the biggest challenges for their biomedical applications is maintaining their colloidal stability and catalytic activity after entering the human cellular environment. These enzymatic activities of CeNPs are closely related to their surface oxidation state. This work examines the influences of polymer coating on the CeNP surface properties, colloidal stability, and catalytic activity in cell culture media (CCM). In this thesis, the cerium oxide nanoparticles were synthesised by a wet-chemical precipitation method. The near-spherical CeNPs were coated with two hydrophilic polymers, dextran and poly(acrylic acid). The synthesised CeNPs were characterised by dynamic light scattering, UV-vis spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and electron microscopic techniques. Over the course of this thesis the effect of cell culture media on CeNPs' properties was further evaluated. Results showed that the protein coverage formed after CeNPs interacting with CCM further improved their colloidal stability in CCM. We modified CeNPs' surface oxidation state by changing the co-synthesis temperature of the poly(acrylic acid) with CeNPs....

Nanočástice oxidu ceru (CeNPs) disponují několika redoxními enzym mimikujícími aktivitami pro odbourávání reaktivních kyslíkových druhů (ROS), kvůli čemuž pro ně existuje potenciální využití v biomedicíně. Jednou z největších výzev pro jejich klinické použití je zachování jejich koloidní stability a katalytické aktivity po vstupu do lidského buněčného prostředí. Tyto enzymatické aktivity nanočástic oxidu ceru jsou úzce spojeny s jejich povrchovým oxidačním stavem. Předkládaná práce zkoumá vliv polymerového pokrytí nanočástic na jejich povrchové vlastnosti, koloidní stabilitu a katalytickou aktivitu uvnitř buněčného kultivačního média. Nanočástice oxidu ceru použité v této práci byly připraveny metodou mokrého chemického srážení. Nanočástice měly téměř sférický tvar a byly pokryté různými hydrofilními polymery, konkrétně dextranem a kyselinou polyakrylovou. K jejich charakterizaci jsme použili techniky dynamického rozptylu světla, UV-vis spektroskopie, rentgenové fotoelektronové spektroskopie a zobrazování pomocí elektronových mikroskopů. V průběhu této práce jsme vyhodnotili vliv buněčného kultivačního média na vlastnosti CeNPs. Došli jsme k závěru, že polymerové pokrytí zlepšilo jejich koloidní stabilitu v buněčném kultivačním médiu. Změnou teploty při přípravě CeNPs pokrytými kyselinou polyakrylovou jsme...