Dynamics of dye release from nanocarriers of different types in model cell membranes and living cells

Abstract

Aim. To study the dynamics of lipophilic content release from nanocarriers of different types, organic molecular ensembles and inorganic nanoparticles (NPs) in vitro experiments. Methods. Two-channel ratiometric fluorescence detection method based on Forster Resonance Energy Transfer, fluorescent spectroscopy and micro-spectroscopy have been used. Results. It has been found that the profiles of lipophilic dyes release from organic nanocarriers (PC liposomes and SDS micelles) and inorganic ones (GdYVO₄:Eu³⁺ and CeO₂ NPs) are well fitted by the first-order reaction kinetics in both model cell membranes and living cells (rat hepatocytes). The dye release constants (K) and half-lives (t1/2) were analyzed. Conclusions. GdYVO₄:Eu³⁺ and CeO₂ NPs have been shown to provide faster lipophilic content release in model cell membranes as compared to PC liposomes. Negatively charged or lipophilic compounds added into nanocarriers can decrease the rate of lipophilic dyes release. Specific interaction of GdYVO₄:Eu³⁺ NPs with rat hepatocytes has been observed.

Мета. Вивчення динаміки вилучення ліпофильного вмісту з наноконтейнерів різного типу, органічних молекулярних ансамблів і неорганічних наночастинок (НЧ) в експериментах in vitro. Методи. Двоканальний ратіометричний метод реєстрації інтенсивності флуоресценції із застосуванням безвипромінювального перенесення енергії електронного збудження, метод флуоресцентної спектроскопії і мікроспектроскопії. Результати. Вивільнення ліпофильных барвників з органічних (ліпосоми і міцели) і неорганічних (на основі НЧ GdYVO₄:Eu³⁺ і CeO₂) наноконтейнерів може бути описано кінетичною реакцією першого порядку як у модельних клітинних мембранах, так і в живих клітинах. Отримано константи швидкості вивільнення (K) і час напіввиведення (t1/2) барвників. Висновки. Наноконтейнери на основі НЧ GdYVO₄:Eu³⁺ і CeO₂ забезпечують швидше вивільнення ліпофильного вмісту в модельних клітинних мембранах порівняно з ліпосомами. Проте додавання негативно заряджених або ліпофильних компонент у систему знижує швидкість вивільнення барвників. Виявлено специфічність взаємодії НЧ GdYVO₄:Eu³⁺ з гепатоцитами щурів.

Цель. Изучение динамики высвобождения липофильного содержимого из наноконтейнеров различного типа, органических молекулярных ансамблей и неорганический наночастиц (НЧ) в экспериментах in vitro. Методы. Использовали двуканальный ратиометрический метод регистрации интенсивности флуоресценции на основе безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения, а также метод флуоресцентной спектроскопии и микро- спектроскопии. Результаты. Выход липофильных красителей из органических (липосомы и мицеллы) и неорганических (на основе НЧ GdYVO₄:Eu³⁺ и CeO₂) наноконтейнеров может быть описан кинетической реакцией первого порядка как в модельных клеточных мембранах, так и в живых клетках. Получены константы скорости высвобождения (K) и время полувыведения (t1/2) красителей. Выводы. Наноконтейнеры на основе НЧ GdYVO₄:Eu³⁺ и CeO₂ обеспечивают более быстрое высвобождение липофильного содержимого в модельных клеточных мембранах по сравнению с липосомами. Однако добавление отрицательно заряженных или липофильных компонент в систему снижаает скорость высвобождения красителей. Обнаружена специфичность взаимодействия НЧ GdYVO₄:Eu³⁺ с гепатоцитами крыс.