Studies on modified iron oxide nanoparticles for capture of metastatic cancer cells

Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) have many promising medical applications. In this study they were investigated for capturing circulating tumor cells. Synthesis of superparamagnetic iron oxide nanoparticles coated with cationic chitosan derivative was performed. Then, the surface of nanoparticles was modified with tosyl groups, which enabled further modification of SPION with anti-N-cadherin antibodies. It was observed, that only small percent of antibodies was conjugated with nanoparticles, so the process was optimized. In order to confirm that nanoparticles were successfully modified with tosyl groups, their FTIR spectrum was registered. Hydrodynamic diameter and zeta potential of nanoparticles before and after modification with tosyl groups were measured. Mössbauer spectroscopy and vibrating magnetometry were used to determine nanoparticles’ magnetic properties. In order to determine losses in every step of nanoparticles’ modification, concentration of iron in the samples coated only with cationic chitosan derivative, samples with tosyl groups and samples surface modified with anti-N-cadherin antibodies were measured. Confocal microscopy and scanning transmission electron microscopy were used for sample imaging. Cytotoxicity of the nanoparticles was also investigated. Performed tests allowed to confirm that surface modifications of nanoparticles were successful and to determine their physicochemical properties (size, surface charge, magnetic properties). Conjugation with anti-N-cadherin antibodies was optimized and the concentration range of nanoparticles safe for cells was determined.

Superparamagnetyczne nanocząstki tlenku żelaza (SPION) mają wiele obiecujących zastosowań medycznych. W tej pracy badano ich zastosowanie pod kątem wychwytu krążących komórek nowotworowych. Przeprowadzono syntezę superparamagnetycznych cząstek tlenku żelaza pokrytych kationową pochodną chitozanu. Cząstki następnie zmodyfikowane zostały powierzchniowo grupami tosylowymi, co umożliwiło przyłączenie do nich przeciwciał I-rzędowych skierowanych przeciwko N-kadherynie. Zaobserwowano, że podczas przyłączania przeciwciał I-rzędowych, tylko niewielka ich część zostaje przyłączona, proces ten został więc zoptymalizowany. W celu potwierdzenia pomyślnego wprowadzenia grup tosylowych na powierzchnię cząstek zarejestrowano ich widmo FTIR. Określono również średnicę hydrodynamiczną oraz potencjał zeta cząstek pokrytych kationową pochodną chitozanu przed i po modyfikacji grupami tosylowymi. Za pomocą spektroskopii mössbauerowskiej oraz magnetometrii wibracyjnej zbadano właściwości magnetyczne cząstek. W celu określenia strat na poszczególnych etapach modyfikacji, przeprowadzono pomiar stężenia żelaza w próbkach wyjściowych, próbkach posiadających na powierzchni grupy tosylowe oraz próbkach po przyłączeniu przeciwciała przeciwko N-kadherynie. Próbki obrazowano z wykorzystaniem mikroskopu konfokalnego oraz skaningowego transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Zbadano również cytotoksyczność otrzymanych nanocząstek. Przeprowadzone badania pozwoliły potwierdzić efektywną modyfikację cząstek SPION przeciwciałami przeciw N-kadherynie oraz scharakteryzować ten układ pod względem fizykochemicznym (rozmiar, ładunek powierzchniowy, właściwości magnetyczne). Udało się również zoptymalizować procedurę przyłączania do nanocząstek przeciwciała przeciw N-kadherynie oraz określić zakres stężeń, w którym nanocząstki są bezpieczne dla komórek.