방법 논문

금속-유기 프레임워크 독성 프로파일의 실시간 평가를 위한 전기 전지-기질 감지

DOI:

10.3791/65313

⸱

2023년 5월 26일

 ,  , 
1Department of Chemical and Biomedical Engineering, West Virginia University, 2Department of Anthropology for Energy, West Virginia University, 3Department of Hospitality and Tourism, West Virginia University

이 논문에서

요약

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다음 연구는 실시간 고처리량 스크리닝 기술인 전기 전지-기질 임피던스 감지(ECIS)를 활용하여 선택된 금속-유기 프레임워크의 독성학적 프로파일을 평가합니다.

초록

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금속-유기 프레임워크(MOF)는 유기 용매에서 금속 이온과 유기 링커의 배위를 통해 형성된 하이브리드입니다. 생물 의학 및 산업 응용 분야에서 MOF의 구현은 안전성에 대한 우려를 불러일으켰습니다. 본원에서, 선택된 MOF, 제올라이트 이미다졸 프레임워크의 프로파일을 인간 폐 상피 세포에의 노출시에 평가하였다. 평가를 위한 플랫폼은 실시간 기술(즉, 전기 전지-기판 임피던스 감지[ECIS])이었습니다. 이 연구는 노출된 세포에 대한 선택된 MOF의 유해한 영향 중 일부를 식별하고 논의합니다. 또한, 이 연구는 포괄적인 세포 평가를 위해 다른 생화학적 분석에 비해 실시간 방법을 사용하는 이점을 보여줍니다. 이 연구는 관찰된 세포 행동의 변화가 다양한 물리화학적 특성의 MOF에 노출될 때 유발될 수 있는 독성과 사용되는 프레임워크의 용량을 암시할 수 있다고 결론지었습니다. 세포 행동의 변화를 이해함으로써 물리화학적 특성을 구체적으로 조정하여 생물 의학 응용 분야에 사용되는 MOF의 안전한 설계 전략을 개선할 수 있는 능력을 예측할 수 있습니다.

서론

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금속-유기 프레임워크(MOF)는 유기 용매에서 금속 이온과 유기 링커 1,2의 조합을 통해 형성된 하이브리드입니다. 이러한 조합의 다양성으로 인해, MOF는 구조적 다양성3, 조정 가능한 다공성, 높은 열 안정성 및 높은 표면적4,5을 갖는다. 이러한 특성은 가스 저장(6,7)에서 촉매(8,9)까지, 그리고 조영제(10,11)에서 약물 전달 유닛(12,13)까지 다양한 응용에서 매력적인 후보가 된다. 그러나 이러한 응용 분야에 MOF를 구현하면 사용자와 환경 모두에 대한 안전에 대한 우려가 제기되었습니다. 예를 들어, 예비 연구....

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프로토콜

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1. ZIF-8 합성

  1. 이 예에서는 1:10:100(금속:링커:용매) 질량비를 사용하여 ZIF-8을 합성합니다. 이를 위해 질산 아연 육수화물을 측정하고 측정을 기록합니다. 링커, 2-메틸이미다졸 및 용매(즉, 메탄올)에 필요한 양을 계산하기 위해 예시 질량비를 활용한다.
  2. 질산아연 육수화물과 링커를 두 개의 다른 유리 바이알에 넣습니다. 계산 된 메탄올 양의 절반을 질산 아연 6 수화물에 첨가하고 나머지 절반을 링커에 첨가한다. 각 용액이 용해되도록 합니다.
  3. 두 용액(즉, 각각 금속과 링커를 포함하는 용액)을 결합합니다. 반응을 위해 결합된 용액이 담긴 용기를 교반 플레이트에 놓고 실온(RT)에서 24시간 동안 700rpm으로 교반합니다.

2. ZIF-8 컬렉션

  1. 위의 반응이 종결되면(즉, 24시간 후) 용액을 50mL 원심분리기 튜브에 넣고 3,075 x g 에서 5분 동안 원심분리합니다(동일한 양을 사용하고 로터의 균형을 맞춥니다). 원심분리된 튜브에서 상층액을 제거합니다.
  2. 메탄올(5-15mL)을 원심분리기 튜브에 넣고 입자를 재분산시킵니다.
  3. 원심분리....

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결과

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이 연구는 일반적인 시험관 내 모델 세포주39 (BEAS-2B)를 사용하여 실험실에서 합성된 MOF에 노출되었을 때 세포 행동의 변화를 평가하기 위한 ECIS의 타당성과 적용 가능성을 입증하는 것을 목표로 했습니다. 이러한 변화 평가는 종래의 비색 분석을 통한 분석에 의해 보완되었다.

프레임워크의 물리화학적 특성은 사용된 방법의 재현성, 얻은 결과의 타당성 및 그러한 결과에 대한 적절한 논의를 보장하기 위해 먼저 평가되었습니다. 예를 들어, ZIF-8의 표면 형태 분석은 SEM을 통해 수행되었습니다. 이미지는 골격이 마름모꼴 십이면체 형태40을 나타내고 평균 크기가 62.87nm ± 9.61nm임을 보여주었습니다(그림 1A). MOF의 원소 조성은 EDX 분광법을 통해결정되었습니다. 결과는 ZIF-8의 주요 조.......

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토론

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이전 분석에서는 ECIS를 사용하여 분석물(즉, 탄소 나노튜브(35), 약물(43) 또는 나노클레이(nanoclays))에 노출된 세포의 거동을 평가할 수 있었습니다. 또한, Stueckle et al. ECIS를 사용하여 나노클레이 및 그 부산물에 노출된 BEAS-2B 세포의 독성을 평가했으며 세포 거동 및 부착이 이러한 물질의 물리화학적 특성에 의존한다는 것을 발견했습니다42. 여기에서 우리는 MOF에 대한 노출에 대한 반응으로 BEAS-2B 세포의 가능한 변화를 결정하여 시험관 내 세포 시스템에 대한 ZIF-8의 유해한 영향을 구별하는 것을 목표로 하는 지식 체계에 기여할 것을 제안했습니다.

분석은 먼저 골격 특성의 평가를 허용하여 세포 행동의 변화를 테스트된 MOF의 물리화학적 특성과 연.......

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공개 사항

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저자는 이 작업에 대한 이해 상충이 없다고 보고합니다.

감사의 글

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이 연구는 NIGMS (National Institute of General Medical Sciences) T32 프로그램 (T32 GM133369)과 National Science Foundation (NSF 1454230)이 부분적으로 자금을 지원했습니다. 또한 WVU 공유 연구 시설과 응용 생물 물리학 지원 및 지원이 인정됩니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
  4- [3- (4- 이도 페닐) -2- (4- 니트로 페닐) -2H-5- 테트라 졸리오] -1,3- 벤젠 디 설포 네이트 (WST-1 분석)  Roche5015944001
0.25% Trypsin-EDTA (1x)Gibco25255-056
100mm 플레이트Corning430167
1300 시리즈 A2 바이오흄 후드Thermo Scientific323TS
2510 Branson bath sonicator공정 장비 및 공급, Inc. 251OR-DTH
2-메틸이미다졸, 97%Alfa Aesar693-98-1
5 mL 멸균 마이크로튜브Argos TechnologiesT2076S-CA
50 mL  튜브 Falcon352098
96W10idf 웰 플레이트응용 생물 물리학 96W10idf PET
96웰 플레이트FisherbrandFB012931
BiorenderBiorenderN/A
Countess 세포 계수 챔버 슬라이드InvitrogenC10283
Countess II FL 자동 세포 계수기Life TechnologiesC0916-186A-0303
Denton Desk V 스퍼터 및 탄소 코팅기Denton VacuumN/A
디메슬리 설폭사이드 Corning25-950-CQC
DPBS/ModifiedCytivaSH30028.02
Dulbecco의 수정된 Eagle 매체Corning10-014-CV
ECIS-ZΘ응용 생물 물리학 ABP 1129
ExcelMicrosoft버전 2301
Falcon tubes(15mL)Corning352196
Fetal bovine serumGibco16140-071
FLUOstar OPTIMA 플레이트 리더BMG LABTECH413-2132
GraphPad Prism 소프트웨어(9.0.0)GraphPad Software, LLC버전 9.0.0
HERAcell 150i CO2 인큐베이터Thermo Scientific50116047
Hitachi S-4700 에너지 분산 X-선이 장착된 필드 방출 주사 전자 현미경 Hitachi High-Technologies CorporationS4700 및 EDAX TEAM 분석 소프트웨어
ImageJ 소프트웨어National Institutes of HealthN/A
불멸화된 인간 기관지 상피 세포American Type Culture CollectionCRL-9609
Isotemp freezerFisher Scientific 
메탄올, 99%Fisher Chemical67-56-1
Parafilm 밀봉 필름The Lab DepotHS234526A
Penicillin/SteptomycinGibco15140-122
Sorvall Legend X1R 원심분리기 Thermo Scientific75004220
Sorvall T 6000BDU PONT  T6000B
Trypan blue, PBSMP Biomedicals, LLC1691049
Belart999320237
질산 아연 육수화물, 98% 초순수Acros 유기농101-96-18-9
진공 챔버의 0.4% 용액

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Tamames-Tabar, C., et al. Cytotoxicity of nanoscaled metal-organic frameworks. Journal of Materials Chemistry. B. 2 (3), 262-271 (2014).
  2. Lin, W. X., et al. Low cytotoxic metal-organic frameworks as temperature-responsive drug carriers. ChemP....

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