Analysis of physicochemical behavior between metal particles and cells in culture medium and development of sustained-release control method

培养基中金属颗粒与细胞理化行为分析及缓释控制方法开发

基本信息

批准号：
21K04759
负责人：
倉橋健介
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka Metropolitan University College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04759/
关键词：
ナノ粒子表面修飾溶解性制御養液栽培細胞培養徐放性制御

项目摘要

金属酸化物としてZnより植物要求量の多いMgに着目し、オルトケイ酸テトラエチル（TEOS）を用いたゾルゲル法で粒径100 nmのMgO粒子にシリカコーティングを施すことで凝集性・溶解性の制御を試みた。コーティングMgOナノ粒子の水への溶解速度を測定したところ、反応前のMgOより最大溶出速度は25％減少し、亜鉛同様の合成法でナノ粒子の溶解性を調整できることがわかった。得られたコーティングMgOナノ粒子を緑藻類であるクラミドモナスへ投与したところ、Mgを水溶性の塩で投与した場合や、コーティングなしのMgOナノ粒子を暴露した場合より、コーティング粒子を暴露した場合に細胞数がより増加した。この細胞数の増加は、緑藻だけでなく褐虫藻に対してコーティングMgO粒子を投与した際にも見られた。投与後の細胞表面のMg量を測定したところ、コーティングMgO粒子で最も多くなった。これは、MgO粒子表面の電荷がコーティングで減少することで細胞表面により凝集しやすくなったためと考えられる。また、細胞内へのMg吸収量もコーティングMgO粒子で最も多くなった。以上の結果から、MgOナノ粒子の凝集性および溶解性を制御することで、広範な植物細胞の成長を制御できる可能性が見出された。上記の実験と並行して、水溶性塩であるZnCl2に対してポリエチレングリコール（PEG）を混合し、粒子をPEGでコーティングすることで低溶解性を付与したZn粒子を調製し、クラミドモナスへの投与試験を行ったところ、PEGコーティングを行ったZn粒子でも細胞数の増加が観察された。これは、PEGでも溶解性制御が可能であることを示すと同時に、ZnCl2のような水溶性塩であっても徐放性を付与して投与可能であることを意味しており、窒素・リン酸・カリウムといった植物細胞にとってより重要な水溶性栄養成分へ本手法を転用できる可能性を示唆している。

为了关注MG，它比Zn作为金属氧化物具有更高的植物需求，我们试图通过使用四乙基式硅酸盐（TEOS）将粒径为100 nm的MGO颗粒施加二氧化硅涂层，以控制聚集和溶解度。当测量涂层MGO纳米颗粒的溶解速率时，发现与反应前的MGO相比，最大溶解速率降低了25％，并且可以使用类似于锌的合成方法调整纳米颗粒的溶解度。与用水溶性盐或未涂层的MGO纳米颗粒曝光时，将所得涂层的MGO纳米颗粒施用到绿藻，衣原体时，细胞的数量增加。当将涂层的MGO颗粒不仅给绿藻类，而且对Zooxanthellae施用时，还可以看到细胞计数的增加。当测量给药后细胞表面的Mg量时，发现最高量是涂覆的MGO颗粒。这被认为是因为MGO颗粒表面上的电荷通过涂层减少，从而易于在细胞表面汇总。此外，细胞中MG吸收的量是带有涂层MGO颗粒的最大的。从上述结果中可以发现，通过控制MGO纳米颗粒的聚集和溶解度，可以控制广泛的植物细胞的生长。与上述实验并行，通过将水溶性盐ZnCl2与聚乙烯乙二醇（PEG）混合在一起，制备Zn颗粒，并用PEG将颗粒涂在Zn颗粒中，并将颗粒涂在Zn颗粒中，并在Zn颗粒中进行给药测试，并与PEG涂有Zn颗粒的数量。这表明PEG可以控制溶解度，也意味着即使是水溶性盐（例如Zncl2）也可以通过持续释放来施用，这表明该方法可以重新使用为水溶性蔬菜，这对于植物细胞（例如氮，磷酸盐和钾盐）更为重要。