Effects triggered by platinum nanoparticles on primary keratinocytes

The platinum (Pt)-group elements (PGEs) represent a new kind of environmental pollutant and a new hazard for human health. Since their introduction as vehicle-exhaust catalysts, their emissions into the environment have grown considerably compared with their low natural concentration in the earth crust. PGE emissions from vehicle catalysts can be also in the form of nanometer-sized particles (Pt nanoparticles [PtNPs]). These elements, both in their metallic form or as ions solubilized in biological media, are now recognized as potent allergens and sensitizers. Human skin is always exposed to toxic particles; therefore, in the present study we addressed the question of whether polyvinylpyrrolidone-coated PtNPs may have any negative effects on skin cells, including predominantly epidermal keratinocytes. In this study, PtNPs of two sizes were used: 5.8 nm and 57 nm, in concentrations of 6.25, 12.5, and 25 μg/mL. Both types of NPs were protected with polyvinylpyrrolidone. Primary keratinocytes were treated for 24 and 48 hours, then cytotoxicity, genotoxicity, morphology, metabolic activity, and changes in the activation of signaling pathways were investigated in PtNP-treated cells. We found that PtNPs trigger toxic effects on primary keratinocytes, decreasing cell metabolism, but these changes have no effects on cell viability or migration. Moreover, smaller NPs exhibited more deleterious effect on DNA stability than the big ones. Analyzing activation of caspases, we found changes in activity of caspase 9 and caspase 3/7 triggered mainly by smaller NPs. Changes were not so significant in the case of larger nanoparticles. Importantly, we found that PtNPs have antibacterial properties, as is the case with silver NPs (AgNPs). In comparison to our previous study regarding the effects of AgNPs on cell biology, we found that PtNPs do not exhibit such deleterious effects on primary keratinocytes as AgNPs and that they also can be used as potential antibacterial agents, especially in the treatment of Escherichia coli, representing a group of Gram-negative species

Influence of silver nanoparticles on human epidermal keratinocytes

Nanocząsteczki odgrywają coraz ważniejszą rolę ze względu na ich biologiczne zastosowanie w medycynie, biotechnologii i innych naukach ścisłych. Dzięki ich unikatowym fizykochemicznym właściwościom, nanocząsteczki są używane w diagnostyce molekularnej, terapii nowotworowej, jak również jako składowe systemów w dostarczaniu leków oraz wprowadzaniu genów. Pośród wszystkich nanocząsteczek, nanocząsteczki srebra (AgNPs) posiadają najwyższy stopień komercjalizacji. Silne antybakteryjne, antywirusowe oraz antygrzybiczne właściwości są przyczyną ich szerokiego zastosowania w medycynie, szczególnie w leczeniu ran. Nanocząsteczki są definiowane jako struktury posiadające przynajmniej jeden wymiar w zakresie 1-100 nm. Mały rozmiar w stosunku do olbrzymiej powierzchni czyni AgNPs bardzo reaktywnymi formami. Zapewnia on również wysoką mobilność nanocząsteczek oraz wpływa na ich dystrybucję w komórce. Zależnie od rozmiaru, kształtu oraz typu nośnika jakim są opłaszczone nanocząsteczki, AgNPs wykazują różne fizykochemiczne właściwości. Niniejsze badania zostały przeprowadzone w celu określenia potencjalnie toksycznych efektów wywołanych przez 15 nm AgNPs opłaszczone PVP na normalne ludzkie epidermalne keratynocyty (NHEK). Komórki były traktowane różnymi stężeniami AgNPs, następnie zbadano przeżywalność morfologię oraz aktywność metaboliczną komórek. W celu określenia udziału AgNPs w ścieżce przekazu sygnału, zbadano aktywację kilku białek zaangażowanych w odpowiedź komórki na zewnątrzkomórkowe czynniki. Zaobserwowano, iż 15 nm AgNPs opłaszczone PVP obniżają żywotność oraz aktywność metaboliczną komórek, jak również hamują ich proliferację i migrację. Ponadto indukują uszkodzenia DNA, a także apoptozę poprzez wzrost aktywności kaspazy 3 i 7. AgNPs silnie aktywują p38 MAPK, jak również prowadzą do słabszej aktywacji kinazy Erk 1/2 oraz białka p53. AgNPs podnoszą poziom mRNA dla pro-apototycznych białek z rodziny Bcl-2, takich jak Bax oraz Puma. Użyte nanocząsteczki posiadają toksyczny wpływ na komórki NHEK, działając w czaso- oraz/bądź dawko-zależny sposób. Nasze badania wykazały, iż mimo korzyści wynikających z zastosowania nanocząsteczek, ich użycie może nieść ze sobą potencjalne zagrożenie związane z aktywacją genotoksycznych i cytotoksycznych procesów.Nanoparticles are gaining much importance for biological application in biomedicine, biotechnology and other life sciences. For their unique physicochemical properties they are used in molecular diagnostics, cancer therapy, as well as drug and gene delivery systems. Among all nanoparticles, silver ones (AgNPs) have the highest degree of commercialization. For their strong antimicrobial, antiviral and antifungal activity, they have been used extensively in a range of medical settings especially in wound dressings. Nanoparticles are defined as structures that have at least one dimension in 1-100 nm range. Their ultra-small size in comparison to enormous surface area, makes AgNPs very reactive forms. Small size also affirms grate particles mobility and has impact on their cellular distribution. Depending on the size, shape and the type of a carrier, AgNPs demonstrate different physicochemical properties. This study was undertaken to examine the potential toxicity effects of 15 nm PVP-coated AgNPs on Normal Human Primary Keratinocytes (NHEK). Cells were treated with different concentrations of AgNPs and then cell viability, morphology and metabolic activity were studied. To determined a role of AgNPs in signal transduction pathway, we examined an activation of several proteins involved in cell response to extracellular factors. We observed that 15 nm PVP-coated AgNPs decreased cell viability, metabolic activity, as well as they caused inhibition of cells proliferation and migration. Moreover, they induced DNA damage and increased caspase 3/7 activity. AgNPs significantly activated p38 MAPK, as well as caused weak activation of Erk 1/2 kinase and p53 protein. AgNPs increased level of mRNA coding for pro-apoptotic proteins from Bcl-2 family, as Bax and Puma. Used nanoparticles have a toxic impact on NHEK cells and they are acting in time- and/or dose-dependent manner. Our studies show, that despite the positive effects, AgNPs may present possible danger, concerning activation of genotoxic and cytotoxic processes