Een nieuw analytisch systeem voor het beoordelen van fysicochemische eigenschappen van zilvernanodeeltjes in menselijke huid

Samenvatting

Om het veilige gebruik van zilvernanodeeltjes (nAgs) in cosmetica te garanderen, is het noodzakelijk om de fysieke eigenschappen van nAgs in de huid te onthullen, aangezien deze eigenschappen kunnen veranderen tijdens het proces van percutane absorptie. In deze studie wilden we een analytisch systeem opbouwen gebaseen op single particle inductively coupled plasma mass spectrometrie (sp-ICP-MS) om de fysieke eigenschappen van nAgs in de huid te bepalen. Ten eerste optimaliseerden we een voorbehandelingsmethode voor het oplossen van huidmonsters en toonden we aan dat de meeste nAgs werden hersteld door natriumhydroxide-behandeling terwijl ze in deeltjesvorm bleven. Voor het scheiden van de huid in de epidermis en dermis, screeneden we verschillende condities van microgolfbestraaling. De sp-ICP-MS-analyse gaf aan dat de toepassing van 200 W gedurende 30 s optimaal was, aangezien deze voorwaarde volledige scheiding van huidlagen garandeerde zonder de fysieke eigenschappen van de meerderheid van nAgs te veranderen. Ten slotte evalueerden we de in vivo toepassing door de hoeveelheid en de fysieke eigenschappen van Ag in de epidermis, dermis en perifeer bloed van muizen te analyseren na blootstelling van de huid aan nAgs of Ag⁺. Volgende sp-ICP-MS-analyse gaf aan dat nAgs geabsorbeerd en verdeeld konden worden in de diepere lagen in de geïoniseerde vorm, terwijl Ag⁺ geabsorbeerd en verdeeld werd zonder verandering in fysieke eigenschappen. Deze studie geeft aan dat om een uitgebreid begrip te verkrijgen van de reactie van de huid na blootstelling aan nAgs, het essentieel is om de verdeling en deeltjesgrootte van niet alleen nAgs maar ook Ag⁺ vrijgekomen uit nAgs in de huid te overwegen.

Inleiding

Recente technologische vooruitgang in nanotecnologie hebben de ontwikkeling van engineered nanoparticles (ENPs) versneld, die deeltjes zijn kleiner dan 100 nm. Vanwege hun gunstige eigenschappen, zoals verbeterde weefseldopenetratie en oppervlakte-reactie, in vergelijking met micro- of grotere materialen, worden ENPs breed gebruikt in diverse producten, inclusief cosmetica, voedsel en geneesmiddelen [1-3]. Bijvoorbeeld, zilvernanodeeltjes (nAgs), een van de meest voorkomende typen ENP, worden geïntegreerd in cosmetica vanwege hun antibacteriële eigenschappen als gevolg van een constante afgifte van zilverionen (Ag⁺) [4, 5]. Echter, de unieke fysicochemische eigenschappen geassocieerd met de kleine deeltjesgrootte van nAgs kunnen gevaarlijk zijn. Het is bekend dat deze deeltjes anders ondoordringbare barrières, zoals de bloed-hersenbarrière, kunnen verstoren en ontsteking kunnen induceren [6]. Bovendien hebben sommige studies gerapporteerd dat ENPs de huidbarrière kunnen penetreren [7-9]. Daarom, om de veiligheid van continueel gebruik van deze deeltjes te bepalen, is het belangrijk om de toxische effecten geassocieerd met ENPs bevattende nAgs te begrijpen door de dynamiek van deze deeltjes binnen weefsels, zoals de huid, te onderzoeken.

Om veiligheid te garanderen, is het onmisbaar om de mogelijke risico's geassocieerd met het gebruik van ENPs te begrijpen, wat de integratieve concepten van "gevaren" (potentiële toxiciteit) en "blootstellingsomstandigheden" omvat. Terwijl de gevaren van ENPs wereldwijd zijn geanalyseerd, hebben slechts weinig studies de omstandigheden betreffende de blootstelling aan ENPs onderzocht [10]. In het bijzonder is gerapporteerd dat nAgs en Ag⁺ hun fysieke eigenschappen binnen het lichaam kunnen veranderen. Bijvoorbeeld, de ionisatie van nAgs resulteert in de vorming van nAgs met een kleinere deeltjesgrootte en de afgifte van Ag⁺ [11]. Integenstelling, nAgs met kleine deeltjesgrootte kunnen worden gedetecteerd in het darm-epitheeel van ratten na orale toediening van zilveracetaat [12]. Verder hebben we recent gerapporteerd dat, vergeleken met kleinere nAgs en Ag⁺, grotere nAgs vaker in de moedermelk van lacterende muizen blootgesteld aan die nAgs worden gevonden [13]. Daarom kunnen nAgs hun fysieke eigenschappen in het lichaam veranderen, wat op zijn beurt leidt tot een verandering in kinetiek. Dus, om de betrokken risico's te begrijpen, is het noodzakelijk om de fysieke eigenschappen, zoals deeltjesgrootte, van deze deeltjes te evalueren en te onderscheiden tussen deze deeltjes en ionen in het lichaam.

In dit opzicht hebben we single particle inductively coupled plasma mass spectrometrie (sp-ICP-MS) toegepast, die maximaal één deeltje per woonperiode in de analyzer introduceert. Het is een effectieve methode die kan worden gebruikt om de deeltjesgrootte te bepalen door piekintensiteit te analyseren en deeltjesconcentratie via pieksnelheden. Deeltjes en ionen kunnen worden onderscheiden door zowel piek- als achtergrondsignalen te analyseren [14]. We hebben eerder een voorbehandelingsmethode voor sp-ICP-MS in biologische monsters geoptimaliseerd om de fysieke eigenschappen van ENPs in diverse organen, zoals de lever, hart, longen, nieren en de milt, semi-kwantitatief te bepalen [15].

De huid bestaat uit de epidermis, inclusief de stratum corneum (SC), en de dermis, die bloedvaten, lymfevaten en zenuwen bevat [16]. Daarom kan de binnenkomst van ENPs in elke huidlaag toxiciteit in variërende mate induceren. Bijvoorbeeld, de verdeling van titaniumdioxide-nanodeeltjes in humane huid-keratinocyten van de epidermis kan de productie van reactieve zuurstofsoorten stimuleren [17]. Bovendien leidde dermale blootstelling aan titaniumdioxide-nanodeeltjes gedurende 60 dagen in kaale muizen niet alleen tot pathologische veranderingen, zoals een dunner dermis door lokale toxiciteit, maar ook tot pathologische veranderingen in de lever, zoals liquefactie necrose door systemische toxiciteit die zich verspreidde via bloedvaten in de dermis [18]. Bovendien kunnen de biologische reacties in elke laag ook variëren afhankelijk van fysieke eigenschappen, zoals deeltjesgrootte, en verschillen tussen deeltjes en ionen [19]. Om de veiligheid van het gebruik van nAgs te begrijpen, is het noodzakelijk om de fysieke eigenschappen en biodistributie van nAgs te begrijpen nadat het aan de huid is blootgesteld.

Om dit specifieke probleem op te lossen, is een benadering nodig die de huid kan voorbehandelen en de lagen kan scheiden zonder verliezen tijdens herstel of veranderingen in de fysieke eigenschappen van ENPs te veroorzaken. Echter, zo'n optimale benadering voor de huid is niet ontworpen.

In deze studie optimaliseerden we een voorbehandelingsbenadering die semi-kwantitatief de fysieke eigenschappen van nAgs, een model ENP, in elke laag van de huid bepaalt via sp-ICP-MS, en evalueerden vervolgens de effectiviteit ervan in vivo.

Methoden

Muizen

Slc:ICR muizen (vrouwelijk, 8 weken oud) werden gekocht van Japan SLC (Shizuoka, Japan). Muizen werden gehuisvest in een kamer met de volgende licht-donker cyclus: licht aan om 8 uur 's ochtends en uit om 8 uur 's avonds. Voedsel en water werden beschikbaar gesteld in de vorm van voedselkorrels en een watervoorrysteem gelegen bovenop de kooi. Alle experimentele protocollen werden uitgevoerd onder voorwaarden goedgekeurd door het dierenonderzoekcomité van Osaka Universiteit, Japan.

nAgs en Ag⁺

Opschommelingen van citraat-geligate nAgs met diameters van 100 nm (nAg100) werden gekocht van nanoComposix (San Diego, CA, USA) in de vorm van voorraaddispersies (1 mg/mL). Zilvernitraat (AgNO₃) werd gekocht van Wako Pure Chemical Industries (Osaka, Japan), ook in de vorm van voorraaddispersies (1 mg/mL). RM8013, gebruikt als standaard voor het berekenen van transport-efficiëntie, werd gekocht van het National Institute of Standards and Technology (Gaithersburg, MD, USA). Elk type nanodeeltje werd 10 minuten gesonicerd vóór gebruik. Nanodeeltjes en ionen werden ook 10 seconden gevorteld vóór gebruik.

Reagentia

Natriumhydroxide (NaOH, 0,1 mol/L) werd gekocht van Nacalai Tesque Company (Osaka, Japan) en salpeterzuur (HNO₃, 70%) werd gekocht van Kanto Kagaku Chemische Industrien (Tokyo, Japan). Fosfaat-gebufferde zoutoplossing (PBS), pH 7, werd bereid.

Optimalisatie van voorbehandelingsmethoden

De epidermis en de dermis van elke muis werden gescheiden, gemengd met PBS (w/v verhouding van 1:10) en gehomogeniseerd. Het homogenisat werd gemengd met een 100 ng/mL nAg100 oplossing. Het mengsel werd vervolgens behandeld met een van de volgende reagentia bij een v/v verhouding van 1:1; 0,1 mol/L NaOH, 70% HNO₃, of PBS. De monsters werden 3 uur geïncuubeerd bij 37 °C en onderworpen aan sp-ICP-MS.

Huidscheiding via microgolfbestraaling

Elke muis werd gedood met isofluraan (Wako), waarna een 2 cm² (2 cm × 1 cm) dorsaal huidmonster werd uitgezaagd met chirurgische scharen en pinzetten. Speciale zorg werd besteed om weefselschade te voorkomen tijdens de excisie-procedure. Een magnetron (RE-SW-20-H, Sharp, Japan) werd gebruikt om de huid te bestralen met een frequentie van 2450 MHz. Huidmonsters werden op een bordje gelegd en in het midden van de magnetron geplaatst. In overeenstemming met testvereisten, werden huidmonsters bestraald gedurende 10, 30 en 60 s bij 200, 600 en 900 W, respectievelijk. Na bestraling werden de monsters snel verwijderd en werden elk epidermis en dermis snel gescheiden door zacht te schrapen met chirurgische pinzetten. Een 100 ng/mL nAg100 oplossing werd gebruikt voor de analyse van het herstelpercentage en de gemiddelde diameter van nAg na de bestraling (200 W, 30 s).

Transdermale toediening van nAg100 en Ag⁺

Negen-wekelijke vrouwelijke Slc:ICR muizen werden verdeeld in 6 groepen van 3 muizen per groep, volgens hun lichaamsgewicht. De muizen werden geanesthetiseerd met isofluraan. Het haar op hun rug werd geschoren met een haarkniper (Panasonic®, Osaka, Japan) en een handschermes (Gillette®, Duitsland). Vervolgens werden nAg100 en Ag⁺ (20 μg/cm²) direct toegepast op een oppervlakte van 2,25 cm² (1,5 cm × 1,5 cm) van dorsale huid en dicht afgedekt met niet-absorberende plasticfolie. Een stuk gazen van dezelfde grootte werd op de plasticfolie geplaatst. Een zelfklevend elastisch verband werd gebruikt om de gazen te bedekken door om de huid te wikkelen en de huid werd 5 dagen bedekt gelaten.

Voorbehandeling van huidmonsters en bloed

Vijf dagen na behandeling werd perifeer bloed van de retro-orbitale veneuze plexus en dorsale huid verzameld voor analyse. Vervolgens werden 2,25 cm² (1,5 cm × 1,5 cm) dorsale huidmonsters uitgezaagd met chirurgische scharen en pinzetten. Speciale zorg werd besteed om weefselschade te voorkomen tijdens excisie. SC-lagen werden achtereenvolgens verwijderd met 2-cm stukken plakband (Scotch®, 3M), vóór het scheiden van de epidermis van de dermis. De stukken band werden op het behandelde gebied van de dorsale huid gedrukt waarna constante druk werd toegepast gedurende 10 s. Twintig stukken band waren vereist om de volledige SC van elke muis te verwijderen. Vervolgens werden de dermis en epidermis gescheiden met microgolfbestraaling en gehomogeniseerd met PBS (w/v verhouding van 1:10). Verzameld bloed, alsook dermis en epidermis homogenisaten, werden behandeld met 0,1 mol/L NaOH bij een v/v verhouding van 1:1 en apart geïncuubeerd gedurende 3 uur bij 37 °C. Na incubatie werd de totale zilvermassa in het bloed, epidermis en dermis mengsels geanalyseerd met inductively coupled plasma mass spectrometrie (ICP-MS). Kwantificering en beoordeling van de fysieke eigenschappen van nAgs en Ag⁺ werden uitgevoerd met sp-ICP-MS.

Meting van de totale massa van zilver

Om de totale zilverconcentratie in het bloed, SC, epidermis en dermis monsters te meten, werd een Agilent 7700x ICP-MS systeem (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA) gebruikt. De condities waaronder de analyse werd uitgevoerd waren als volgt: RF-vermogen 1550 W; draggas 1,05 L/min Ar; en woonperiode 100 ms. Metingen werden driemaal herhaald in MS-modus. Rhodium werd gebruikt als interne standaard voor Ag. De doelwitelementen van de ICP-MS-analyses waren ¹⁰³Rh en ¹⁰⁷Ag. Ag en rhodium standaardoplossingen werden verkregen van Wako.

sp-ICP-MS analyse en berekening

Een Agilent 7700x ICP-MS (Agilent Technologies) werd gebruikt voor de sp-ICP-MS-analyse. Analysecondities waren als volgt: RF-vermogen 1550 W; draggas 1,05 L/min Ar; woonperiode 10 ms; en analysetijd 30 s. Single particle berekeningshulpmiddelen—RIKILT gepubliceerd door Wagenen Voedselveiligheidsonderzoek (Wageningen Universiteit, Wageningen, Nederland)—werden gebruikt om de deeltjesgrootte te berekenen [20].

Statistische analyse

Alle statistische analyses werden uitgevoerd met GraphPad Prism software versie 5.0 voor Macintosh (GraphPad Software, La Jolla, CA, USA). Statistische significantie was ingesteld op P < 0,05.

Resultaten en discussie

Strategieën voor het construeren van een methode om de hoeveelheid en fysieke eigenschappen van nAgs in elke huidlaag te bepalen

Om de hoeveelheid en fysieke eigenschappen van nAg in elke huidlaag te bepalen, is het noodzakelijk om de huidmonsters volledig op te lossen en monsters voor te bereiden die geschikt zijn voor sp-ICP-MS-analyse. Het is ook essentieel om de epidermis en de dermis te scheiden, zonder verliezen tijdens herstel of veranderingen in de fysieke eigenschappen van de nAg, omdat niet-transdermaal geabsorbeerde nAg soms kunnen worden geëlimineerd tijdens verwijdering van de SC via tape stripping [21].

Met betrekking tot het oplossen van de huidmonsters, hebben we eerder gerapporteerd dat NaOH-voorbehandeling een techniek is die optimaal is voor de kwantificering alsmede de analyse van de fysieke eigenschappen van nAg in dierlijke weefsels, zoals de lever, hart, longen, nieren en de milt [16]. Daarom werd NaOH-voorbehandeling toegepast op de huidmonsters in deze studie.

Hydrothermale behandeling, wat leidt tot verzachting van kollageoncevezels en verbeterde enzymatische verteerbaarheid, wat scheiding aan de epidermisch-dermale verbinding (EDJ) bevordert, wordt breed gebruikt om de huid in de epidermale en dermale lagen te scheiden [22]. Hoewel deze behandelingen de huidlagen efficiënt scheiden, kunnen nAg in de lagen geïoniseerd worden in een waterige oplossing, wat resulteert in een verandering in de fysieke eigenschappen. Er is gerapporteerd dat een korte puls van microgolfbestraaling de huid kan scheiden in epidermale en dermale lagen door warmteopwekking die de EDJ verstoort [23, 24]. Daarom hebben we microgolfbestraaling zonder incubatie in de oplossing voor een korte tijd toegepast.

Collectief hebben we een strategie voorgesteld (geïllustreerd in Fig. 1), welke gevalideerd werd door de herstelpercentages en fysieke eigenschapsveranderingen van nAg in elke huidlaag te analyseren.

Optimalisatie van voorbehandelingsmethoden voor detectie van nAg100 in de epidermis en dermis

We verwiez naar onze eerdere studie om een voorbehandelingsmethode te optimaliseren voor het oplossen van huidmonsters. Ishizaka et al. [15] rapporteerden dat, onder diverse soorten oplossende reagentia, zoals NaOH en HNO₃, NaOH-voorbehandeling optimaal was. Dus testten we HNO₃ en NaOH als zuur en alkalische oplossende reagentia, respectievelijk. De epidermis en dermis homogenisaten gescheiden van de muishuidmonsters werden gemengd met nAg100 om een eindige Ag-concentratie van 100 ng/mL te verkrijgen, gevolgd door behandeling met elk oplossend reagent bij 37 °C. Ten eerste evalueerden we het herstelpercentage van Ag na behandeling met deze reagentia. ICP-MS-analyse gaf aan dat een bijna 100% herstelpercentage werd bereikt door NaOH- en HNO₃-behandeling alleen (Fig. 2a). Vervolgens, om veranderingen in de fysieke eigenschappen door elke behandeling te evalueren, analyseerden we de herstelconcentraties van elk deeltje en ion. sp-ICP-MS-analyse gaf aan dat nAg100 bijna volledig geïoniseerd werd door HNO₃. Dit suggereerde dat HNO₃, als het zure reagent, de deeltjes oploste en omzette in ionen, zoals ook gerapporteerd in een eerdere studie [15]. Integenstelling, de meerderheid van de nAg100 behandeld met NaOH bleef als deeltjes, en niet als ionen (Fig. 2b). Dus liet NaOH de meerderheid van de nAg100 in deeltjesvorm. Ten slotte werden verdelingen van deeltjesdiameters geëvalueerd om de fysieke eigenschappen in detail te analyseren. HNO₃-behandeling veranderde de gemiddelde deeltjesdiameter van 100 nm naar 40 nm, wat correspondeerde met de ionisatie van nAg100. Integenstelling, de gemiddelde deeltjesdiameter na NaOH-behandeling was ongeveer 100 nm, corresponderend met de initiële deeltjesgrootte (Fig. 2c). Dit suggereerde dat NaOH-voorbehandeling optimaal was voor het detecteren van nAg100 in muishuid.

Scheiding van huidmonsters in epidermis en dermis via microgolfbestraaling en evaluatie van herstelpercentages en veranderingen in fysieke eigenschappen van nAgs

Om huidmonsters in epidermale en dermale lagen te scheiden, pasten we verschillende condities van microgolfbestraaling toe die relevant waren voor onze studie en eerder gerapporteerd als succesvol [24] en vergeleken hun prestaties ten aanzien van de scheidbaarheid van de huid en veranderingen in de fysieke eigenschappen. Het werd waargenomen dat onder de condities van 200 W gedurende 10 s, 600 W gedurende 30 s, 600 W gedurende 60 s, 950 W gedurende 30 s en 950 W gedurende 60 s, de huid niet kon scheiden in epidermale en dermale lagen (Fig. 3a). Bovendien werd de huid slechts gedeeltelijk gescheiden in epidermale en dermale lagen onder de condities van 200 W gedurende 60 s, 600 W gedurende 10 s en 950 W gedurende 10 s. Integenstelling, de huid werd alleen volledig gescheiden in epidermale en dermale lagen na bestraling bij 200 W gedurende 30 s. Deze resultaten geven aan dat bestraling bij 200 W gedurende 30 s optimaal is voor huidlagscheiding.

Om te verifiëren of deze microgolfbestraaling bij 200 W gedurende 30 s de fysieke eigenschappen van nAg100 beïnvloedde, bepaalden we de fysieke eigenschappen van Ag in epidermale en dermale lagen. De epidermis en dermis homogenisaten, elk gemengd met 100 ng/mL van nAg100, respectievelijk, werden gelysed met NaOH en bestraald bij 200 W gedurende 30 s. Sp-ICP-MS-analyse onthulde dat de meerderheid van de nAg100 behandeld met microgolfbestraaling als deeltjes bleven, en zo deden die van de niet-behandelde groep (Fig. 3b). Om de fysieke eigenschappen in detail te analyseren, werden deeltjesdiameterverdelingen ook geëvalueerd. De gemiddelde deeltjesdiameter was bijna 100 nm, wat correspondeerde met de initiële deeltjesgrootte (Fig. 3c). Deze bevindingen suggereren dat microgolfbestraaling van huidmonsters bij 200 W gedurende 30 s een veelbelovende benadering is voor het efficiënt scheiden van de huid in epidermale en dermale lagen zonder de fysieke eigenschappen van nAg100 te veranderen.

Collectief geven deze resultaten aan dat we met succes een systeem hebben ontwikkeld om semi-kwantitatief de fysieke eigenschappen van nAg100 in elke huidlaag te bepalen. Specifiek omvat de methode het volgende: (i) verwijdering van niet-transdermaal geabsorbeerde nAg100 door verwijdering van de SC met de tape stripping methode [21]; (ii) scheiding van de huid in epidermale en dermale lagen via microgolfbestraaling; (iii) oplossen van de epidermis en dermis met NaOH-behandeling; en (iv) de semi-kwantitatieve bepaling van de fysieke eigenschappen van Ag in elke huidlaag met behulp van sp-ICP-MS.

Praktische evaluatie door het bepalen van de hoeveelheid en fysieke eigenschappen van nAg100 en Ag⁺ in muishuidlagen in vivo

Om de praktische toepassing van deze benadering te evalueren, analyseerden we de hoeveelheid en fysieke eigenschappen van Ag in de epidermis en dermis alsook in het perifeere bloed, nadat muishuid was blootgesteld aan nAg100 en Ag⁺ in vivo. Vijf dagen na blootstelling scheidden we de huid in de epidermis en dermis onder geoptimaliseerde condities voor microgolfbestraaling en losten we deze op met NaOH, zoals beschreven in de vorige sectie. ICP-MS-analyse gaf aan dat Ag aanwezig was in alle weefsels (zoals de epidermis, dermis en het bloed) van alle groepen. In de dermis en het bloed, neigde Ag in de Ag⁺-blootstellingsgroep toe te nemen, vergeleken met die in de nAg100-blootstellingsgroep (Fig. 4a). De data suggereerden dat hoewel zowel de ion- als deeltjesvorm percutane geabsorbeerd en verdeeld werden zoals eerder gerapporteerd [8, 9], het gemakkelijker was voor de ionische vormen om in diepe weefsellaag te infiltreren dan voor de deeltjesvormen.

Vervolgens evalueerden we de verhouding van nAg en Ag⁺ in elk monster. In de Ag⁺-blootstellingsgroep werd bijna alle Ag in ionische vorm gedetecteerd in de epidermis, de dermis en het bloed, wat aangeeft dat Ag⁺ percutane geabsorbeerd en verdeeld werd zonder verandering in fysieke eigenschappen. Integenstelling, in de nAg100-blootstellingsgroep was ongeveer 70% van het Ag in de epidermis en dermis aanwezig in deeltjesvorm, terwijl de overige Ag geïoniseerd was. Verder was Ag gedetecteerd in het perifeere bloed bijna totaal geïoniseerd en de deeltjesvorm werd nauwelijks gedetecteerd (Fig. 4b). Ten slotte evalueerden we de deeltjesgrootte in de epidermale en dermale lagen, waar voornamelijk deeltjesvormen werden gedetecteerd. sp-ICP-MS-analyse onthulde dat deeltjesgroottes gedetecteerd in beide lagen ongeveer 70–80 nm waren, corresponderend met de snelheid waarmee nAg100 geïoniseerd wordt (Fig. 4c). Deze data suggereren dat wanneer de huid blootgesteld wordt aan nAg100, het geabsorbeerd en verdeeld kan worden terwijl het geïoniseerd wordt.

Zoals eerder gerapporteerd, beïnvloedden de oppervlakteliganden van nanodeeltjes hun absorptie in de huid [25, 26]. Bijvoorbeeld, goudnanodeeltjes gemodificeerd met een aminogroep werden geabsorbeerd in de muis- en menselijke hud in groter mate dan goudnanodeeltjes gemodificeerd met carboxylgroep in ex vivo experimenten [25]. Bovendien gaf moleculaire-dynamica-analyse aan dat de huid-penetratievaardigheid afnam van neutraal hydrofoob naar kationisch naar anionische goudnanodeeltjes in die volgorde [26]. In dit opzicht werd in deze studie afgeleid dat nAg100 minder waarschijnlijk de SC in de epidermis, de initiële huidbarrière, zou penetreren, omdat nAg100 gemodificeerd was met citraat en negatief geladen was. Daarom kan de reden dat de deeltjes in de dermis en het bloed waargenomen werden zijn dat de deeltjes door de poriën en door de epidermis penetreerden.

Het is ook gerapporteerd dat de penetrateerbaarheid van goudnanodeeltjes verbeterd werd door modificatie met cel-penetrerende peptiden, zoals Tat en R7 [25]. Daarom kunnen in de toekomst vergelijkbare modificaties worden overwogen voor nAgs om ze dieper in de huid te leveren. Bovendien kan het nodig zijn om de grootte van de nAgs te verkleinen, omdat het effect van de oppervlaktemodificatie groter is met een groter specifiek oppervlak.

Conclusies

In deze studie hebben we een voorbehandelingsbenadering ontwikkeld om semi-kwantitatief de fysieke eigenschappen van nAg100 in elke huidlaag te bepalen met sp-ICP-MS. Met deze benadering toonden we aan dat blootstelling van de huid aan nAg100 kan resulteren in nAg100 geïoniseerd, geabsorbeerd en verdeeld in diepere lagen. Daarom, om biologische reacties of toxiciteit geassocieerd met blootstelling van de huid aan nAg100 te begrijpen, kan het noodzakelijk zijn om niet alleen de verdeling van nAg100 en de deeltjesgrootte ervan te overwegen, maar ook die van Ag⁺ uit nAg100, dat in huidweefsels opsmelt. Daarom toont deze benadering belofte als een fundamentele techniek die kan worden gebruikt voor risicoanalyse.

Beschikbaarheid van gegevens en materialen

Gegevensdeling is niet van toepassing op dit artikel aangezien er geen datasets gegenereerd of geanalyseerd zijn tijdens de huidige studie.

Afkortingen

ENPs:

Engineered nanoparticles

nAg::

Zilvernanodeeltje

Ag⁺ :

Zilverionen

sp-ICP-MS:

Single particle inductively coupled plasma mass spectrometrie

SC:

Stratum corneum

nAg100:

Zilvernanodeeltje met diameter van 100 nm

AgNO₃ :

Zilvernitraat

NaOH:

Natriumhydroxide

HNO₃ :

Salpeterzuur

PBS:

Fosfaat-gebufferde zoutoplossing

ICP-MS:

Inductively coupled plasma mass spectrometrie

EDJ:

Epidermisch-dermale verbinding