Magnetic nanoparticles: a new tool for antibiotic delivery to sinonasal tissues. Results of preliminary studies
Nanoparticelle magnetiche: un nuovo strumento per la diffusione degli antibiotici nei tessuti naso-sinusali. Risultati degli studi preliminari
K. Dobretsov1, S. Stolyar3, A. Lopatin2
1 Siberian Clinical Center FMBA, Krasnoyarsk, Russia; 2 Policlinic №1, Business Administration of the President of Russian Federation, Moscow, Russia; 3 Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia
Summary
Herein we examined the toxicity, penetration properties and ability of Fe2O3·nH2O magnetic nanoparticles extracted from silt of the Borovoye Lake (Krasnoyarsk, Russia) to bind an antibiotic. Experimental studies were carried out using magnetic nanoparticles alone and after antibiotic exposure in tissue samples from nasal mucosa, cartilage and bone (in vitro). Toxicity of particles was studied in laboratory animals (in vivo). Tissues removed at endonasal surgery (nasal mucosa, cartilage and bone of the nasal septum) were placed in solution containing nanoparticles and exposed to a magnetic field. Distribution of nanoparticles was determined by Perls’ reaction. After intravenous injection, possible toxic effects of injected nanoparticles on the organs and tissues of rats were evaluated by histological examination. Binding between the nanoparticles and antibiotic (amoxicillin clavulanate) was studied using infrared spectroscopy. In 30 in vitro experiments, magnetisation of Fe2O3·nH2O nanoparticles resulted in their diffuse infiltration into the mucosa, cartilage and bone tissue of the nose and paranasal sinuses. Intravenous injection of 0.2 ml of magnetic nanoparticles into the rat’s tail vein did not result in any changes in parenchymatous organs, and the nanoparticles were completely eliminated from the body within 24 hours. The interaction of nanoparticles with amoxicillin clavulanate was demonstrated by infrared spectroscopy. Positive results of experimental studies provide a basis for further clinical investigations of these magnetic nanoparticles and their use in otorhinolaryngology.
Riassunto
Lo studio ha esaminato la tossicità, le proprietà di penetrazione e la capacità di legarsi con un antibiotico delle nanoparticelle magnetiche Fe2O3·nH2O estratte dal limo del lago Borovoye (Krasnoyarsk, Russia). Studi sperimentali sono stati effettuati utilizzando nanoparticelle magnetiche da sole e dopo esposizione ad antibiotico su campioni di tessuto di mucosa nasale, cartilagine ed osso (in vitro). La tossicità delle particelle è stata studiata su animali da laboratorio (in vivo). Tessuti prelevati durante interventi di chirurgia endonasale (mucosa nasale, cartilagine ed osso del setto nasale) sono stati immersi in una soluzione contenente nanoparticelle e poi esposti ad un campo magnetico. La distribuzione delle nanoparticelle è stata determinata attraverso la reazione di Perls. Dopo l’iniezione endovenosa, sono stati valutati possibili effetti tossici delle nanoparticelle su organi e tessuti nei ratti mediante esame istologico. Il legame tra nanoparticelle ed antibiotico (amoxicillina clavulanato) è stato studiato utilizzando la spettroscopia ad infrarossi. In 30 esperimenti in vitro, la magnetizzazione di nanoparticelle Fe2O3·nH2O ha portato alla loro infiltrazione diffusa nel tessuto mucoso, cartilagineo ed osseo del naso e dei seni paranasali. Con gli esperimenti, si è scoperto che l’iniezione endovenosa di 0.2 ml di nanoparticelle magnetiche nella vena della coda del ratto non determinava cambiamenti a livello degli organi parenchimatosi, e le nanoparticelle venivano completamente eliminate dall’organismo entro 24 h. L’interazione delle nanoparticelle con amoxicillina clavulanato è stata dimostrata mediante spettroscopia ad infrarossi. I risultati positivi degli studi sperimentali forniscono una base per ulteriori indagini cliniche sulle nanoparticelle magnetiche ed il loro utilizzo in otorinolaringoiatria.