Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Cell based evaluation of safety aspects in novel ultrasound imaging system using magnetic nanoparticles

Alfjorden, Fredrik LU (2021) KIMM05 20211
Department of Immunotechnology
Abstract
Nanoparticles are widely used in biotechnology, yet their toxicity is still being investigated. Determining the toxicity of nanoparticles in vitro and how to reduce it, can facilitate their implementation in vivo. Magnetomotive ultrasound imaging is an emerging technique where magnetic nanoparticles are used as contrast agents in combination with a magnetic field to visualise tissue. The magnetic field sets the nanoparticles in motion which can then be detected with ultrasound. In this project, we investigated safety aspects of dextran covered 50 nm particles in two colorectal cancer cell lines Caco-2 and HT-29 also exposing them to a time-varying magnetic field. Nanoparticle uptake, cytotoxicity and oxidative stress reactions were... (More)
Nanoparticles are widely used in biotechnology, yet their toxicity is still being investigated. Determining the toxicity of nanoparticles in vitro and how to reduce it, can facilitate their implementation in vivo. Magnetomotive ultrasound imaging is an emerging technique where magnetic nanoparticles are used as contrast agents in combination with a magnetic field to visualise tissue. The magnetic field sets the nanoparticles in motion which can then be detected with ultrasound. In this project, we investigated safety aspects of dextran covered 50 nm particles in two colorectal cancer cell lines Caco-2 and HT-29 also exposing them to a time-varying magnetic field. Nanoparticle uptake, cytotoxicity and oxidative stress reactions were investigated. The nanoparticles were successfully taken up by the cells in a time- and dose-dependent manner with low serum concentrations increasing uptake. Prolonging the cells’ exposure time to nanoparticles from 24 to 48 hours did increase uptake while simultaneously decreasing cytotoxicity from approximately 15% after 24 hours to around 5% after 48 hours for cells exposed to 400 µg NP/ml. Despite causing some cytotoxicity, the nanoparticles did not seem to induce a detectable oxidative stress response. Importantly, applying a magnetic field and subsequent motion of the nanoparticles in the cells did not seem to harm the cells. In summary, the here investigated coated nanoparticles alone and in combination with a magnetic field seemed to induce minor adverse effects on the cells and are thus promising to further be investigated in the context of magnetomotive ultrasound imaging in vitro and in vivo. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Cancer är en av de vanligaste dödsorsakerna i världen idag och mycket forskning läggs på den. Det görs ständiga framsteg och nya tekniker utvecklas som kan hjälpa oss att upptäcka och bekämpa cancer. Något som har fått mycket uppmärksamhet är användningen av nanopartiklar för dessa ändamål. Nanopartiklar kan beskrivas som väldigt små partiklar som kan bestå av olika ämnen och finns i allt från mat till elektronik. Deras storlek gör att de får nya egenskaper och funktioner som kan utnyttjas. Hur nanopartiklar påverkar olika levande organismer är ännu inte fullt förstått och deras säkerhet måste undersökas grundligt eftersom deras storlek gör att de lätt tas upp av kroppen. Detta projekt gick ut på att försöka utvärdera säkerheten av en viss... (More)
Cancer är en av de vanligaste dödsorsakerna i världen idag och mycket forskning läggs på den. Det görs ständiga framsteg och nya tekniker utvecklas som kan hjälpa oss att upptäcka och bekämpa cancer. Något som har fått mycket uppmärksamhet är användningen av nanopartiklar för dessa ändamål. Nanopartiklar kan beskrivas som väldigt små partiklar som kan bestå av olika ämnen och finns i allt från mat till elektronik. Deras storlek gör att de får nya egenskaper och funktioner som kan utnyttjas. Hur nanopartiklar påverkar olika levande organismer är ännu inte fullt förstått och deras säkerhet måste undersökas grundligt eftersom deras storlek gör att de lätt tas upp av kroppen. Detta projekt gick ut på att försöka utvärdera säkerheten av en viss typ av nanopartiklar som är gjorda av järnoxid och se hur de påverkar två cellinjer av kolorektalcancer. En cellinje kan beskrivas som en grupp odödliga celler som förökar sig kontinuerligt utanför kroppen. Cellerna kommer oftast från tumörer eller muterade celler eftersom normala celler slutar föröka sig och dör efter en tid. Eftersom de är odödliga så kan de användas i experiment under lång tid.
Flera tekniker som utnyttjar nanopartiklar för att upptäcka och/eller attackera cancer är under utveckling. Magnetomotoriskt ultraljud är en av dessa tekniker där ultraljud används för att upptäcka nanopartiklarna i kroppen. Problemet med nanopartiklar är att de är väldigt små vilket gör dem svåra att upptäcka. För att lättare kunna detektera och undersöka dem så kan de sättas i rörelse. Om nanopartiklarna förflyttas så kommer även deras omgivning att röra på sig och denna förflyttning är lättare att upptäcka än enskilda nanopartiklar. Hur sätter man då nanopartiklar i rörelse? Tidigare nämndes att nanopartiklarna är gjorda av järnoxid och dessa är magnetiska. Så genom att använda ett magnetfält så kan man få partiklarna att röra sig och denna förflyttning går att upptäcka med ultraljud.
I projektet så kom jag fram till att nanopartiklar är relativt ogiftiga för cellerna men vid höga koncentrationer så kan cellerna skadas något. Men att utsätta cellerna som hade tagit upp nanopartiklar för ett magnetfält hade inte någon märkbar skadlig effekt. Dessa resultat har visat att magnetomotoriskt ultraljud klarar de första kraven för att vara en framtida teknik för att detektera cancer med hjälp av nanopartiklar. Nästa steg är att undersöka om nanopartiklarna och magnetfältet är skadliga för mer komplicerade biologiska system såsom vävnad. Om även de resultaten visar sig positiva leder detta förhoppningsvis fram till att magnetomotoriskt ultraljud kan börja testas i praktiken. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Alfjorden, Fredrik LU
supervisor
organization
course
KIMM05 20211
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Nanoparticles, Magnetomotive ultrasound, cellular toxicity, Caco-2, HT-29
language
English
id
9065145
date added to LUP
2021-09-10 07:55:58
date last changed
2021-09-10 07:55:58
@misc{9065145,
  abstract     = {{Nanoparticles are widely used in biotechnology, yet their toxicity is still being investigated. Determining the toxicity of nanoparticles in vitro and how to reduce it, can facilitate their implementation in vivo. Magnetomotive ultrasound imaging is an emerging technique where magnetic nanoparticles are used as contrast agents in combination with a magnetic field to visualise tissue. The magnetic field sets the nanoparticles in motion which can then be detected with ultrasound. In this project, we investigated safety aspects of dextran covered 50 nm particles in two colorectal cancer cell lines Caco-2 and HT-29 also exposing them to a time-varying magnetic field. Nanoparticle uptake, cytotoxicity and oxidative stress reactions were investigated. The nanoparticles were successfully taken up by the cells in a time- and dose-dependent manner with low serum concentrations increasing uptake. Prolonging the cells’ exposure time to nanoparticles from 24 to 48 hours did increase uptake while simultaneously decreasing cytotoxicity from approximately 15% after 24 hours to around 5% after 48 hours for cells exposed to 400 µg NP/ml. Despite causing some cytotoxicity, the nanoparticles did not seem to induce a detectable oxidative stress response. Importantly, applying a magnetic field and subsequent motion of the nanoparticles in the cells did not seem to harm the cells. In summary, the here investigated coated nanoparticles alone and in combination with a magnetic field seemed to induce minor adverse effects on the cells and are thus promising to further be investigated in the context of magnetomotive ultrasound imaging in vitro and in vivo.}},
  author       = {{Alfjorden, Fredrik}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Cell based evaluation of safety aspects in novel ultrasound imaging system using magnetic nanoparticles}},
  year         = {{2021}},
}