Biological effects of cerium oxide nanoparticles on leucocyte cell lines

Antioxidant therapy is the novel frontier to prevent and treat an impressive series of severe human diseases, and the search for adequate antioxidant drugs is fervent. Cerium oxide nanoparticles (nanoceria) are redox-active owing to the co-existence of Ce3+ and Ce4+ oxidation states and to the fact that Ce3+ defects, and the compensating oxygen vacancies, are more abundant at the surface. Nanoceria exert outstanding antioxidant effects in vivo acting as well tolerated anti-age and anti-inflammatory agents, potentially being innovative therapeutic tools. However, the biological antioxidant mechanisms are still unclear. Here, the analysis on two leukocyte cell lines undergoing apoptosis via redox-dependent or independent mechanisms, allowed demonstrating a direct cause-effect relationship between the cell anti-radical and pro-survival effects of nanoceria. Sm doping, which decreases Ce+3 and increases oxygen vacancy contents, blunts these effects, demonstrating that Ce+3/Ce+4 redox reactions are responsible for the outstanding in vivo properties of nanoceria.

La terapia antiossidante rappresenta una nuova frontiera per prevenire e curare una serie impressionante di gravi malattie umane, e la ricerca di farmaci antiossidanti adeguata è in aumento. Le nanoparticelle di ossido di cerio (nanoceria) sono considerate redox-attive perchè presentano la coesistenza di due stati di ossidazione, Ce3 + e Ce4+, e i difetti Ce3+, compensati dalle vacanze di ossigeno, sono più abbondanti in superficie. La nanoceria esercita eccezionali effetti antiossidanti in vivo, poichè agisce come un antisenescenza e anti-infiammatorio ben tollerato, e può essere considerata potenzialmente uno strumento terapeutico innovativo. Tuttavia, il meccanismo antiossidante che genera questo effetto biologico è ancora poco chiaro. In questa tesi di dottorato, è stata effettuata una analisi su due linee cellulari di leucociti, indotti in apoptosi attraverso meccanismi redox-dipendenti o indipendenti; questo studio ha consentito di dimostrare una relazione diretta di causa-effetto tra l’effetto antiossidante e prosopravvivenza della nanoceria. La nanoceria drogata con samario, che diminuisce la quantità di Ce3+ e aumenta il contenuto di vacanze dell’ossigeno, riduce questi effetti, a dimostrazione che le reazioni redox tra Ce3+ / Ce4+ sono responsabili dell'eccezionale proprietà in vivo della nanoceria.