Advances in Clinical and Experimental Medicine

Title abbreviation: Adv Clin Exp Med
JCR Impact Factor (IF) – 1.736
5-Year Impact Factor – 2.135
Index Copernicus  – 168.52
MEiN – 70 pts

ISSN 1899–5276 (print)
ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download original text (EN)

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2012, vol. 21, nr 1, January-February, p. 13–18

Publication type: original article

Language: English

In Vivo Study on the Biodistribution of Silica Particles in the Bodies of Rats

Badania in vivo dystrybucji kul krzemionkowych w organizmach szczurów

Beata Borak1,, Paweł Biernat2,, Anna Prescha3,, Agnieszka Baszczuk1,, Janusz Pluta2,

1 Institute of Materials Science and Applied Mechanics, Wrocław University of Technology, Poland

2 Department of Pharmaceutical Technology, Wroclaw Medical University, Poland

3 Department of Bromatology, Wroclaw Medical University, Poland

Abstract

Background. Biodegradable carrier materials with nontoxic degradation products are very valuable for delivering drugs and biologically active molecules. Many organic systems (such as liposomes, micelles and polymeric nanoparticles) and inorganic systems (metal oxides and silica) have been researched for delivering active substances to organs. Silica seems to be one of the most interesting and promising materials.
Objectives. The aim of this study was to investigate the SiO2 elimination process from rats’ organisms and to ascertain the distribution and prospective accumulation sites of the silica particles.
Material and Methods. A suspension of silica particles (∅ 150 nm) in 0.9% NaCl solution was introduced into rats’ circulatory system. The degradation of these particles over time and their accumulation in the heart, lungs, kidneys and liver were observed.
Results. It was found that 36% of the introduced silica particles were excreted with urine after four days. The remaining particles were accumulated in the kidneys and lungs, probably in the lung air sacs and kidney glomerulus.
Conclusion. Silica seems to be promising carrier material. Silica particles dissolve in the rat’s body and are eliminated in urine.

Streszczenie

Wprowadzenie. Obecnie trwają poszukiwania nośników leków, które po spełnieniu swojej funkcji transportowania substancji aktywnych rozłożą się w organizmie żywym do nietoksycznych produktów. Bada się układy opierające się na związkach organicznych (liposomy, micele, polimery) oraz tlenków metali i niemetali. Interesującym materiałem wydaje się krzemionka.
Cel pracy. Określenie stopnia eliminacji kul krzemionkowych z organizmów szczurów oraz określenie miejsc ich ewentualnej akumulacji w organach zwierzęcia.
Materiał i metody. Zawiesina kul krzemionkowych (∅ 150 nm) w roztworze soli fizjologicznej została wprowadzona do układu krwionośnego szczurów przez iniekcję. Badano degradację kul krzemionkowych w czasie (96 h), a następnie ich akumulację w głównych organach zwierząt: sercach, płucach, nerkach i wątrobach.
Wyniki. 36% wprowadzonych kul krzemionkowych zostało wydalonych z moczem w ciągu 4 dni. Kule, które nie rozpuściły się i nie zostały wydalone znaleziono w nerkach i płucach. Jest to spowodowane agregacją kul i ich zatrzymaniem w małych strukturach, takich jak pęcherzyki płucne i kłębuszki nerkowe.
Wnioski. Kule krzemionkowe są obiecującym materiałem do transportu substancji aktywnych. Materiał ten rozpuszcza się wewnątrz organizmów szczurów i jest wydalany wraz z moczem.

Key words

rats, silica spherical particles, sol-gel method, drug carrier

Słowa kluczowe

szczury, kule krzemionkowe, metoda zol–żel, nośnik leków

References (16)

  1. Arruebo M, Galán M, Navascués N, Téllez C, Marquina C, Ibarra MR, Santamaría J: Development of magnetic nanostructured silica-based materials as potential vectors for drug – delivery applications. Chem Mater 2006, 18, 1911–1919.
  2. Barbé C, Bartlett J, Kong L, Finnie K, Lin HQ, Larkin M, Calleja S, Bush A, Calleja G: Silica particles: a novel drug-delivery system. Adv Mater 2004, 16, 1959–1966.
  3. Trewyn BG, Nieweg JA, Zhao Y, Lin V S-Y: Biocompatible mesoporous silica nanoparticles with different morphologies for animal cell membrane penetration. Chem Engineer J 2008, 137, 23–29.
  4. Sun Y, Duan L, Guo Z, Duan Mu Y, Ma M, Xu L, Zhang Y, Gu N: An improved way to prepare superparamagnetic magnetite-silica core-shell nanoparticles for possible biological applications. J Magn Magn Mater 2005, 285, 65–70.
  5. Neuberger T, Schöpf B, Hofmann H, Hofmann M, von Rechenberg B: Superparamagnetic nanoparticles for biomedical applications: possibilities and limitations of a new drug delivery system. J Magn Magn Mater 2005, 293, 483–496.
  6. Mansur HS, Oréfice RL, Vasconcelos WL, Lobato ZP, Machado LJC: Biomaterial with chemically engineered surface for protein immobilization. J Mater Sci Materials Med 2005, 16, 333–340.
  7. Bharali DJ, Klejbor I, Stachowiak EK, Dutta P, Roy I, Kaur N, Bergey EJ, Prasad PN, Stachowiak MK: Organically modified silica nanoparticles: a nonviral vector for in vivo gene delivery and expression in the brain. PNAS 2005, 102, 11539–11544.
  8. Kortesuo P, Ahola M, Karlsson S, Kangasniemi I, Yli-Urpo A, Kiesvaara J: Silica xerogels as an implantable carrier for controlled drug delivery – evaluation of drug distribution and tissue effects after implantation. Biomaterials 2000, 21, 193–198.
  9. Borak B, Arkowski J, Skrzypiec M, Ziółkowski P, Krajeńska B, Wawrzyńska M, Grotthus B, Gliniak H, Szeląg A, Mazurek W, Biały D, Maruszewski K: Behavior of silica particles introduced into an isolated rat hart as potential drug carriers. Biomed Mater 2007, 2, 220–223.
  10. Kortesuo P, Ahola M, Kangas M, Jokinen M, Leino T, Vuorilehto L, Laakso S, Kiesvaara J, Yli-Urpo A, Marvola M: Effect of synthesis parameters of the sol-gel processed spray-dried silica gel microparticles on the release rate of dexmedetomidine. Biomaterials 2002, 23, 2795–2801.
  11. He X, Nie H, Wang K, Tan W, Wu X, Hang P: In vivo study of biodistribution and urinary excretion of surfacemodified silica nanoparticles. Anal Chem 2008, 80, 9597–9603.
  12. Kortesuo P, Ahola M, Karlsson S, Kangasniemi I, Kiesvaara J, Yli-Urpo A: Sol-gel – processed sintered silica xerogel as a carrier in controlled drug delivery. J Biomed Mater Res 1999, 44, 162–167.
  13. Lai W, Garino J, Ducheyne P: Silicon excretion from bioactive glass implanted in rabbit bone. Biomaterials 2002, 23, 213–217.
  14. Radin S, El-Bassyouni G, Vresilovic EJ, Schepers E, Ducheyne P: In vivo tissue response to resorbable silica xerogels as controlled-release materials. Biomaterials 2005, 26, 1043–1052.
  15. Kumar R, Roy I, Ohulchanskky TY, Vathy LA, Bergey EJ, Sajjad M, Prasad PN: In vivo biodistribution and clearance studies using multimodal organically modified silica nanoparticles. ACS Nano 2010, 4, 699–708.
  16. Huang X, Li L, Liu T, Hao N, Liu H, Chen D, Tang F: The shape effect of mesoporous silica nanoparticles on biodistribution, clearance and biocompatibility in vivo. ACS Nano 2011, 5, 5390–5399.
© Wroclaw Medical University