Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1036710.32607/20758251-2017-9-4-58-65Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleSynthesis and Characterization of Hybrid Core-Shell Fe3O4/SiO2 Nanoparticles for Biomedical ApplicationsСинтез и характеристика гибридных наночастиц Fe3O4/SiO2 для биомедицинских примененийZelepukinI. V.ЗелепукинИ. В.
Russian Federation
zelepukin@phystech.eduShipunovaV. O.ШипуноваВ. O.
Russian Federation
zelepukin@phystech.eduMirkasymovA. B.МиркасымовA. Б.
Russian Federation
zelepukin@phystech.eduNikitinP. I.НикитинП. И.
Russian Federation
zelepukin@phystech.eduNikitinM. P.НикитинM. П.
Russian Federation
zelepukin@phystech.eduDeyevS. M.ДеевС. M.
Russian Federation
zelepukin@phystech.eduShemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic ChemistryИнститут биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАНMoscow Institute of Physics and TechnologyМосковский физико-технический институтNational Research Nuclear University MEPhIНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»Prokhorov General Physics Institute, Russian Academy of SciencesИнститут общей физики им. А.М. Прохорова РАНLobachevsky State University of Nizhny NovgorodНижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского1512201794VOL 9, NO4 (2017)ТОМ 9, №4 (2017)586517012020Copyright ©; 2017, Zelepukin I.V., Shipunova V.O., Mirkasymov A.B., Nikitin P.I., Nikitin M.P., Deyev S.M.Copyright ©; 2017, Зелепукин И.В., Шипунова В.O., Миркасымов A.Б., Никитин П.И., Никитин M.П., Деев С.M.2017Zelepukin I.V., Shipunova V.O., Mirkasymov A.B., Nikitin P.I., Nikitin M.P., Deyev S.M.Зелепукин И.В., Шипунова В.O., Миркасымов A.Б., Никитин П.И., Никитин M.П., Деев С.M.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10367

The creation of markers that provide both visual and quantitative information is of considerable importance for the mapping of tissue macrophages and other cells. We synthesized magnetic and magneto-fluorescent nanomarkers for the labeling of cells which can be detected with high sensitivity by the magnetic particle quantification (MPQ) technique. For stabilization under physiological conditions, the markers were coated with a dense silica shell. In this case, the size and zeta-potential of nanoparticles were controlled by a modified Stober reaction. Also, we developed a novel facile two-step synthesis of carboxylic acid-functionalized magnetic SiO2 nanoparticles, with a carboxyl polymer shell forming on the nanoparticles before the initiation of the Stober reaction. We extensively characterized the nanomarkers by transmission electron microscopy, electron microdiffraction, and dynamic and electrophoretic light scattering. We also studied the nanoparticle cellular uptake by various eukaryotic cell lines.

Создание маркеров, позволяющих получать одновременно количественную и визуальную информацию для картирования тканевых макрофагов и других клеток, представляет существенный интерес. Нами синтезированы магнитные и магнитно-флуоресцентные наномаркеры для мечения клеток, с высокой чувствительностью регистрируемые методом MPQ-детекции. Для стабилизации в физиологических условиях маркеры были покрыты оксидом кремния, причем с использованием модифицированной реакции Штобера получены маркеры, различающиеся размером и зарядами кинетического слоя. Разработан простой двухстадийный метод синтеза, позволяющий получать покрытые кремнием магнитные частицы с карбоксигруппами на поверхности сразу после завершения реакции Штобера за счет предварительной стабилизации маркеров карбоксиполимером. Полученные наномаркеры охарактеризованы методами электронной микродифракции, просвечивающей электронной микроскопии, динамического и электрофоретического светорассеяния, изучено их взаимодействие с линиями эукариотических клеток.

magnetic nanoparticlessurface modificationmagnetic detectionsilicium dioxidecell labelingмагнитная детекция, магнитные наночастицымечение клетокмодификация поверхностиоксид кремнияResearch (project # 17-02-01415, Characterization of the nanoparticle structure and quantitative detection of magnetic markers), and Russian Foundation for Basic Research and by the National Intellectual Development Foundation (project # 17-34-80105 mol_ev_a, Work with the cell cultures, analysis of cytotoxicity, and fluorescence microscopy). The study was partially performed using equipment provided by the IBCH сore facility (CKP IBCH, supported by Russian Ministry of Education and Science, grant RFMEFI62117X0018).Исследование выполнено при частичной поддержке Российского научного фонда в рамках проекта № 14-24-00106-П (синтез, модификация и изучение стабильности магнитно-кремниевых наночастиц), Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научного проекта № 17-02-01415 (характеризация строения наночастиц и количественная детекция магнитных маркеров), Российского фонда фундаментальных исследований и Фонда поддержки научно-проектной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых «Национальное интеллектуальное развитие» в рамках научного проекта № 17-34-80105 «мол_эв_а» (работа с клеточными культурами, анализ цитотоксичности, флуоресцентная микроскопия). Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП ИБХ, поддержанного Минобрнауки России, идентификатор соглашения RFMEFI62117X0018.[1] Yoo D., Lee J. H., Shin T. H., Cheon J. // Accounts Chem. Res. 2011, V.44, №10, P.863-874[2] Aghayeva U.F., Nikitin M.P., Lukash S.V., Deyev S.M. // ACS Nano. 2013, V.7, №2, P.950-961[3] Grebenik E.A., Kostyuk A.B., Deyev S.M. // Russ. Chem. Rev. 2016, V.85, №12, P.277-296[4] Nikitin M.P., Shipunova V.O., Deyev S.M., Nikitin P.I. // Nature Nanotechnol. 2014, V.9, №9, P.716-722[5] Wang Y., Shim M.S., Levinson N.S., Sung H.W., Xia Y. // Adv. Funct. Materials. 2014, V.24, №27, P.4206-4220[6] Huang J., Zhong X., Wang L., Yang L., Mao H. // Theranostics. 2012, V.2, №1, P.86-102[7] Gleich B., Weizenecker J. // Nature 2005, V.435, №7046, P.1214-1217[8] Wilhelm C., Gazeau F., Bacri J.C. // Eur. Biophys. J. 2002, V.31, №2, P.118-125[9] Devkota J., Kokkinis G., Berris T., Jamalieh M., Cardoso S., Cardoso F., Srikanth H., Phan M.H., Giouroudi I. // RSC Advances. 2015, V.5, №63, P.51169-51175[10] Gutierrez L., Mejias R., Barber D.F., Veintemillas-Verdaguer S., Serna C.J., Lazaro F.J., Morales M.P. // J. Physics D: Appl. Physics. 2011, V.44, №25, 255002[11] Quini C.C., Prospero A.G., Calabresi M.F., Moretto G.M., Zufelato N., Krishnan S., Pina D.R., Oliveira G.M., Baffa O., Bakuzis A.F. // Nanomedicine: NBM. 2017, V.13, №4, P.1519-1529[12] Levy M., Luciani N., Alloyeau D., Elgrabli D., Deveaux V., Pechoux C., Chat S., Wang G., Vats N., Gendron F. // Biomaterials. 2011, V.32, №16, P.3988-3999[13] Nikitin M.P., Vetoshko P.M., Brusnetsov N.A., Nikitin P.I. // J. Magnetism Magnetic Materials. 2009, V.321, №10, P.1658-1661[14] Xi Z., Zheng B., Wang C. // Nanosci. Nanotechnol. Lett. 2016, V.8, №12, P.1061-1066[15] Slowing I.I., Vivero-Escoto J.L., Wu C.W., Lin V.S.Y. // Adv. Drug Delivery Rev. 2008, V.60, №11, P.1278-1288[16] Stober W., Fink A., Bohn E. // J. Colloidal Interface Sci. 1968, V.26, №1, P.62-69[17] Weissleder R., Nahrendorf M., Pittet M.J. // Nat. Materials. 2014, V.13, №2, P.125-138[18] Shipunova V.O., Nikitin M.P., Nikitin P.I., Deyev S.M. // Nanoscale. 2016, V.8, №25, P.12764-12772[19] Sakurai S., Namai A., Hashimoto K., Ohkoshi S.I. // J. Am. Chem. Soc. 2009, V.131, №51, P.18299-18303[20] Yang D., Hu J., Fu S. // J. Phys. Chem. C. 2009, V.113, P.7646-7651[21] Mansour H.M., Rhee Y.S., Wu X. // Int. J. Nanomed. 2009, V.4, P.299-319[22] Qian L., Yang X.R. // Adv. Funct. Materials. 2007, V.17, №8, P.1353-1358[23] Wu X., Liu H., Liu J., Haley K.N., Treadway J.A., Larson J.P., Ge N., Peale F., Bruchez M.P. // Nat. Biotechnol. 2003, V.21, №1, P.41-46[24] Zhang J., Roll D., Geddes C.D., Lakowicz J.R. // J. Phys. Chem. B. 2004, V.108, №32, P.12210-12214[25] Patil S., Sandberg A., Heckert E., Self W., Seal S. // Biomaterials. 2007, V.28, №31, P.4600-4607[26] Bahadar H., Maqbool F., Niaz K., Abdollahi M. // Iranian Biomed. J. 2016, V.20, №1, P.1-11[27] Han Ang W., Dyson P.J. // Eur. J. Inorganic Chem. 2006, V.2006, №20, P.4003-4018[28] Lu C.W., Hung Y., Hsiao J.K., Yao M., Chung T.H., Lin Y.S., Wu S.H., Hsu S.H., Liu H.M., Mou C.Y. // Nano Lett. 2007, V.7, №1, P.149-154[29] Deyev S.M., Lebedenko E.N., Petrovskaya L.E., Dolgikh D.A., Gabibov A.G., Kirpichnikov M.P. // Russ. Chem. Rev. 2015, V.84, P.1-26[30] Merkoci A. // Biosensors Bioelectronics. 2010, V.26, №4, P.1164-1177