Effects of various metallic nanoparticles on cytotoxic damage of macrophage and lung epithelial cells
- 주제(키워드) nanoparticle , apoptosis , inflammation , co-culture
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 정남현
- 발행년도 2008
- 제출일 2008-07-03
- 학위수여년월 2008. 8
- 학위명 석사
- 학과 일반대학원 생명유전자원공학과
- 세부전공 생화학및생물공학전공
- 원문페이지 61 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000005784
- 본문언어 영어
- 제출원본 000045515680
초록/요약
Metallic nanoparticles have attracted strong interest both because they open up a new field in fundamental science and because of their potential technological applications. The mechanisms of action as well as cellular target for metallic nanoparticles remain to be elucidated. In this paper, we compared cytotoxicity of various metallic nanoparticles such as n-Co, n-Cu, and n-Zn toward different cell lines; alveolar macrophage (RAW264.7) and lung type II epithelial (MLE12) cell lines. Murine alveolar macrophage and murine lung type II epithelial cells were exposed to high (50 μg/ml) and low (10 μg/ml) concentration of nanoparticles for 4, 12, and 24 h. In lung type II epithelial cells, apoptotic damage was in the order of n-Zn>n-Cu=n-Co at low concentration and in the order of n-Zn>n-Co>n-Cu at high concentration. Although metallic nanoparticles induced apoptosis, expression of TNF-α  mRNA was not changed at all the conditions and IL-1β was not expressed. And in alveolar macrophage, expression of TNF-αmRNA was continuously increased up to 24 h, expression of IL-1β mRNA was increased, and apoptotic damage was kept constant at low concentration. However, at high concentration, though expression of IL-1β mRNA was decreased for 24 h, both expression of TNF-α mRNA and apoptotic damage were continuously increased up to 24 h. These results indicate that induction of inflammation and apoptosis for both types of cells by metallic nanoparticles is greatly affected by particle concentration, possibly by modulating expression of TNF-α and IL-1β. Therefore, I introduced the co-culture system to resemble the in vivo state as closely as possible. Interestingly, metallic nanoparticles had more apoptotic damages in co-culture system than those in single culture. Especially, MLE12 co-cultured with RAW264.7 showed significant increase compared with single-cultured MLE12. For this reason, I analyzed the extent of TNF-α and IL-1β of media to inquire into the cause which extent of apoptosis increased. In RAW264.7, TNF-α release in co-culture system was decreased compared with single culture. In contrast, TNF-α expression of co-cultured MLE12 had remarkable increase in comparison with single-culture. The level of IL-1β was hardly expressed in single- and co-culture. In conclusion, metallic nanoparticle had apoptotic damages and showed more toxic effect on macrophage than that on epithelial cells. TNF-α expression of co-cultured MLE12 cells showed clearly increase compared with single MLE12. This study suggested that TNF-α released by RAW264.7 cells treated with metallic nanoparticles strengthen apoptotic damage of MLE12 cells in co-culture.
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Contents
Abstract•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••i
Contents••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••iv
List of Figures•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••vii
List of Table••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••ix
1. Introduction••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
2. Materials and Methods••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6
2.1 Metallic nanoparticles preparation•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6
2.2 Cell culture•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6
2.3 Treatment of metallic nanoparticles•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••7
2.4 Co-Culture experiments••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
2.5 Assessment of cytotoxicity by MTT assay•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
2.6 Total RNA extraction and reverse transcriptase PCR••••••••••••••••••••••••••9
2.7 Polymerase chain reaction (PCR)•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10
2.8 Apoptosis analysis•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11
2.9 Cytokine protein analysis••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••12
3. Results•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14
3.1 Cytotoxicity•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14
3.2 Effects of metallic nanoparticles on mRNA expression level of cytokine•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18
3.3. Apoptotic cell death in alveolar macrophage treated with metallic
nanoparticles••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••23
3.4 Apoptotic cell death in lung type II epithelial cells treated with metallic nanoparticles••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••28
3.5 Apoptotic damage in co-culture system••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••32
3.6 Comparison of cytokine expression between Single- and co-culture systems••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35
4. Discussion•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••39
5. References••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••44
Abstract in Korean••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••50
