Silica-coated manganite and Mn-based ferrite nanoparticles: a comparative study focused on cytotoxicity

Magnetic oxide nanoparticles provide a fascinating tool for biological research and medicine, serving as contrast agents, magnetic carriers, and core materials of theranostic systems. Although the applications rely mostly on iron oxides, more complex oxides such as perovskite manganites may provide a much better magnetic performance. To assess the risk of their potential use, in vitro toxicity of manganite nanoparticles was thoroughly analysed and compared with another prospective system of Mn-Zn ferrite nanoparticles. Magnetic nanoparticles of La0.63Sr0.37 MnO3 manganite were prepared by two distinct methods, namely the molten salt synthesis and the traditional sol-gel route, whereas nanoparticles of Mn0.61Zn0.42Fe1.97O4 ferrite, selected as a comparative material, were synthesized by a new procedure under hydrothermal conditions. Magnetic cores were coated with silica and, moreover, several samples of manganite nanoparticles with different thicknesses of silica shell were prepared. The size-fractionated and purified products were analysed using transmission electron microscopy, dynamic light scattering, measurement of the zeta-potential dependence on pH, IR spectroscopy, and SQUID magnetometry. The silica-coated products with accurately determined concentration by atomic absorption spectroscopy were subjected to a robust evaluation of their cytotoxicity by four different methods, including detailed analysis of the concentration dependence of toxicity, analysis of apoptosis, and experiments on three different cell lines. The results, comparing two manganese-containing systems, clearly indicated superior properties of the Mn-Zn ferrite, whose silica-coated nanoparticles show very limited toxic effects and thus constitute a promising material for bioapplications.
Magnetické oxidové nanočástice poskytují fascinující nástroj pro biologický výzkum a medicínu, slouží jako kontrastní látky, magnetické nosiče a materiály jádra teranostických systémů. Pro vyhodnocení rizika jejich potenciálního použití, in vitro toxicita manganitových nanočástic byla důkladně analyzována a porovnána s jiným potenciálním systémem Mn-Zn feritových nanočástic. Magnetické nanočástice La0,63Sr0,37MnO3 manganitu byly připraveny dvěma různými metodami, a to syntézou z taveniny a tradiční sol-gel cestou, zatímco nanočástice Mn0,61Zn0,42Fe1,97O4 feritu vybrané jako srovnávací materiál, byly syntetizovány novým postupem za hydrotermálních podmínek. Magnetická jádra byla obalena silikou a navíc několik vzorků manganitových nanočástic s různými tloušťkami silikové slupky bylo připraveno. Tyto silikou obalené produkty byly podrobeny důkladnému vyhodnocení jejich cytotoxicity různými metodami zahrnujícími podrobnou analýzu koncentrační závislost toxicity, analýzu apoptózy a experimentů na třech různých buněčných linií. Výsledky porovnání dvou systémů obsahujících mangan jasně indikovaly vynikající vlastnosti Mn-Zn feritu, jehož silikou obalené nanočástice vykazují velmi omezené toxické účinky, a tudíž představují slibný materiál pro bioaplikace.