Iron oxide nanoparticles – In vivo/in vitro biomedical applications and in silico studies

Abstract

The review presents a broad overview of the biomedical applications of surface functionalized iron oxide nanoparticles (IONPs) as magnetic resonance imaging (MRI) agents for sensitive and precise diagnosis tool and synergistic combination with other imaging modalities. Then, the recent progress in therapeutic applications, such as hyperthermia is discussed and the available toxicity data of magnetic nanoparticles concerning in vitro and in vivo biomedical applications are addressed. This review also presents the available computer models using molecular dynamics (MD), Monte Carlo (MC) and density functional theory (DFT), as a basis for a complete understanding of the behaviour and morphology of functionalized IONPs, for improving NPs surface design and expanding the potential applications in nanomedicine.

Szuperparamágneses vas-oxid nanorészecskék (SPIONs)teranosztikai célú fejlesztése

“…A mágneses nanorészecskék orvosbiológiai alkalmazásához kapcsolódó kutatások napjainkban igen népszerûek. A legutóbb megjelent áttekintõ cikkek közül csak néhányat említve, amelyekben összefoglalják a magnetit nanorészecskék szintézisének és stabilizálásának lehetõségeit, 1 a multifunkciós mágneses nanorészecskékkel a célzott hatóanyag szállítási, 2 a modern theranosztikai 3,4,5 és a hipertermiás 6 alkalmazáshoz kapcsolódó újabb eredményeket, kutatási irányokat, a lehetõségeket és kihívásokat 4 , az in vivo és in vitro orvosbiológiai alkalmazások mellett az in silico tanulmányokat 7 . A mesterségesen elõállított mágneses nanorészecskék környezeti alkalmazásai, fõleg a szennyezés akkumuláció és mágneses szeparáció mellett az orvosbiológiai lehetõségeket, mint a hatóanyag szállítás, a hipertermia, a rádióterápia és a gén manipuláció, valamint a kapcsolódó fizikai-kémia tulajdonságokat, úgymint a méretet, az alakot és a mágneses arculatot, továbbá az részecske aggregációt és ennek megelõzését, azaz a kolloid stabilitás növelés újabb módszereit is tárgyalják.…”

“…A nanorészecskék toxicitását in vitro sejtes kísérletekben, ahol a sejtek életképességét, azaz a citotoxicitást, az oxidatív stresszt, a gyulladásos reakciókat és a genotoxicitást vizsgálják csaknem kizárólagosan. 7 Gyakran jellemzik a nanorészecskék kölcsönhatását a sejtekkel, a részecskék bekebelezését különféle egészséges és rákos sejtvonalakon, talán leggyakrabban HeLa sejteken.…”

Gel with silver and ultrasmall iron oxide nanoparticles produced with Amanita muscaria extract: physicochemical characterization, microstructure analysis and anticancer properties

“…The coupling of silver with magnetic iron oxide NPs allows to obtain nanomaterials with combined properties of its both components: magnetic, optical and bioactive. Magnetic iron oxides in the form of nanoparticles (magnetite, maghemite), due to their chemical stability and biocompatibility are widely studied for their potential use in biomedical application, namely, magnetic targeting and magnetic resonance imaging 5–7 . Their synthesis procedures have been well studied enabling to produce NPs with tunable size and morphologies.…”

Auto-degradable and biocompatible superparamagnetic iron oxide nanoparticles/polypeptides colloidal polyion complexes with high density of magnetic material

“…In bio-applications, SPIONs are mainly used as MRI contrast agents, drug delivery vectors and magnetic hyperthermia tools. [4][5][6][7][8][9][10] For such applications, clustering iron oxide nanocrystals into colloidal aggregates bring several advantages such as higher macroscopic magnetic response, enhanced contrast in imaging and higher generation of heat in the case of hyperthermia treatment. [11][12][13][14][15] Various strategies have been employed to aggregate SPIONs into colloidal nano-and micro-sized objects.…”

“…These byproducts include γ-Fe 2 O 3 -PAA nanoparticles which have been recognized for their biocompatibility, [33,34,7] but also potentially stable and toxic nano-sized fragments, polycations, [35] and their various degradation products.…”