Oxidative stress-modifying effects of TiO2 nanoparticles with varying content of Ti3+(Ti2+) ions

材料科学 氧化应激 离子 内容(测量理论) 压力(语言学) 纳米颗粒 化学工程 纳米技术 有机化学 生物化学 数学 语言学 工程类 数学分析 哲学 化学
作者
Viktor Kireev,Iryna Bespalova,Volodymyr Prokopyuk,Pavel Maksimchuk,Kateryna Hubenko,Ganna Grygorova,Lesya Demchenko,Anatolii Onishchenko,Liliya Tryfonyuk,Oleksandr Tomchuk,Anton Tkachenko,Svetlana Yefimova
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:35 (50): 505701-505701 被引量:1
标识
DOI:10.1088/1361-6528/ad7e31
摘要

Abstract Nanoparticles (NPs) with reactive oxygen species (ROS)-regulating ability have recently attracted great attention as promising agents for nanomedicine. In the present study, we have analyzed the effects of TiO 2 defect structure related to the presence of stoichiometric (Ti 4+ ) and non-stoichiometric (Ti 3+ and Ti 2+ ) titanium ions in the crystal lattice and TiO 2 NPs aggregation ability on H 2 O 2 - and tert-butyl hydroperoxide (tBOOH)-induced ROS production in L929 cells. Synthesized TiO 2 -A, TiO 2 -B, and TiO 2 -C NPs with varying Ti 3+ (Ti 2+ ) content were characterized by x-ray powder diffraction, transmission electron microscopy, small-angle x-ray scattering, x-ray photoelectron spectroscopy, and optical spectroscopy methods. Given the role of ROS-mediated toxicity for metal oxide NPs, L929 cell viability and changes in the intracellular ROS levels in H 2 O 2 - and tBOOH-treated L929 cells incubated with TiO 2 NPs have been evaluated. Our research shows that both the amount of non-stoichiometric Ti 3+ and Ti 2+ ions in the crystal lattice of TiO 2 NPs and NPs aggregative behavior affect their catalytic activity, in particular, H 2 O 2 decomposition and, consequently, the efficiency of aggravating H 2 O 2 - and tBOOH-induced oxidative damage to L929 cells. TiO 2 -A NPs reveal the strongest H 2 O 2 decomposition activity aligning with their less pronounced additional effects on H 2 O 2 -treated L929 cells due to the highest amount of Ti 3+ (Ti 2+ ) ions. TiO 2 -C NPs with smaller amounts of Ti 3+ ions and a tendency to aggregate in water solutions show lower antioxidant activity and, consequently, some elevation of the level of ROS in H2O2/tBOOH-treated L929 cells. Our findings suggest that synthesized TiO 2 NPs capable of enhancing ROS generation at concentrations non-toxic for normal cells, which should be further investigated to assess their possible application in nanomedicine as ROS-regulating pharmaceutical agents.
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