Microsoft Word Ksi\271\277ka abstrakt\363w doc

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
248
T2: P–33 
Even low doses of iron oxides nanoparticles may disturb the elemental 
composition of selected body organs – preliminary results obtained 
for rats using TXRF spectroscopy 
 
Agnieszka Skoczeń
1
, Katarzyna Matusiak
1
, Zuzanna Setkowicz
2
,  
Aldona Kubala-Kukus
3
, Ilona Stabrawa
3
, Małgorzata Ciarach
2
,  
Krzysztof Janeczko
2
, and Joanna Chwiej
1
 
 
1 
Faculty of Physics and Applied Computer Science, AGH University of Science and Technology, 
al. Mickiewicza 30, PL-30059 Krakow, Poland, e-mail: [e-mail] 
2 
Institute of Zoology, Jagiellonian University, Gronostajowa 9, PL-30387 Krakow, Poland 
3 
Laboratory of X-ray Methods, The Jan Kochanowski University, Świętokrzyska 15, PL-25406 
Kielce, Poland 
 
 
Despite the possibilities offered by advances in the field of nanotechnology, the use of nano-
objects  in  medicine  is  not  possible  without  prior  examination  of  their  impact  on  the  living 
organisms [1–3]. In vivo studies carried out on animals are one of the first steps towards it. They 
allow to determine organs of nanoparticles (NPs) accumulation as well as evaluate structural and 
functional changes caused by these nano-objects.  
 
This investigation aimed  at  evaluation  of  biodistribution and  potential toxic  effects  of NPs 
on  rats.  PEG-coated  magnetic  iron  oxides  nanoparticles  (IONPs)  with  the  diameter  of  30  nm 
were  suspended  in  15%  mannitol  solution  and  intravenously  injected  to  animals.  The  applied 
dose  of  nanoparticles  was  approximately  two  orders  of  magnitude  lower  than  doses  used  in 
medical applications [4, 5]. The dynamics of IONPs induced elemental changes was studied for 
the following body organs: kidneys, heart, spleen, brain and muscles. The elemental anomalies 
of the liver were the subject of the earlier investigation. To achieve the purpose of the study, the 
organs  taken  from  rats  2  hours,  24  hours  and  7  days  from  nanoparticles  injection  were 
examined. 
 
The  investigation  required  the  use  of  higly-sensitive  analytical  technique.  Therefore,  total 
reflection X-ray fluorescence (TXRF) spectroscopy was applied in the study. With low detection 
limits  (ppm-ppb)  TXRF  method  enabled  us  to  examine  the  changes  in  Fe,  Cu,  Zn  and  Ca 
concentration occurring in the mentioned rat organs after administration of relatively low doses 
of IONPs.  
 
Obtained  results  revealed  short-term  accumulation  of  IONPs  in  liver  (the  result  from  the 
previous  study)  and  kidneys  of  animals  treated  with  NPs.  Furthermore,  the  analysis  of 
experimental data showed that even such low dose of IONPs can cause toxic effects manifesting 
mainly  by  abnormalities  in  Ca,  Cu  and  Zn  content  in  the  kidney,  heart  and  muscles.  Such 
changes in elemental concentration  may result from the oxidative stress caused by the IONPs-
induced injury as well as triggering of mechanisms responsible for Fe homeostasis in organism.  
 
Keywords: nanoparticles toxicity; TXRF; elemental analysis; rat organs 
 
References  
[1]  B. Fadeel,  A.E. Garcia-Bennett, Adv. Drug Deliv. Rev. 62 (2010) 362. 
[2]  Q. a Pankhurst, J. Connolly, S.K. Jones, J. Dobson, J. Phys. D. Appl. Phys., 36 (2003) R167. 
[3]  A. Dhawan and V. Sharma, Anal. Bioanal. Chem. 398 (2010) 589. 
[4]  B. Chertok, B.A. Moffat, A.E. David, F. Yu, C. Bergemann, B. D. Ross, V.C. Yang, Biomaterials 29 
(2008) 487. 
[5]  T.K. Jain, M.K. Reddy, M.A. Morales, D.L. Leslie-Pelecky,. Labhasetwar, Mol. Pharm. 5 (2008) 316. 
 
 

---

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
 
249
T2: P–34 
The use of multivariate methods for determination of the elemental 
markers of exposure to iron oxides nanoparticles 
 
Joanna Chwiej
1
, Agnieszka Skoczen
1
, Katarzyna Matusiak
1
, Zuzanna Setkowicz
2
, 
Krzysztof Janeczko
2
, Aldona Kubala-Kukus
3,4
, and Ilona Stabrawa
3,4
 
 
1 
AGH University of Science and Technology, Faculty of Physics and Applied Computer Science, 
Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland, e-mail: [e-mail] 
2 
Jagiellonian University, Institute of Zoology, Gronostajowa 9, 30-387 Krakow, Poland 
3 
The Jan Kochanowski University, Institute of Physics, Swietokrzyska 15, 25-406 Kielce, Poland 
4 
The Holly Cross Cancer Center, Artwinskiego 3, 25-734 Kielce, 25-406 Kielce, Poland 
 
 
Multivariate  analysis  consists  of  a  collection  of  methods  that  can  be  used  when  several 
measurements are made simultaneously on each individual or object in one or more samples [1]. 
Historically, many of applications of multivariate techniques have been performed in behavioral 
and biological sciences. Nowadays, the interest in these methods has spread to numerous other 
fields  of  investigation  [1].  Cluster  analysis,  principal  components  analysis  and  discriminant 
analysis are the three primary modern multivariate techniques [2]. The main goals of their use 
are:  reduction  and  simplification  of  the  data  structure,  analysis  of  the  relationships  between 
variables  and  grouping  of  the  observations  into  groups  defined  a  priori  or  separated  during 
analysis [1, 2]. 
 
NPs  are  comparable  to  the  cellular  components  and  biological  molecules  in  size  and 
therefore  they  can  easily  cross  the  natural  barriers  protecting  human  body  and  induce  adverse 
health effects [3]. Although potential toxicities of NPs and properties driving such toxic effects 
are  still  very  badly  understood,  the  development  of  these  novel  materials  for  biomedical 
applications is undergoing a dramatic expansion [4].  
 
In this work the usefulness of the two methods of multivariate analysis, namely cluster and 
discriminant  analysis,  for  identification  of  the  elemental  markers  of  exposure  to  iron  oxides 
nanoparticles (IONPs) action was examined. To achieve this purpose, the information about the 
elemental  composition  of  selected  body  organs  taken  from  rats  treated  with  IONPs  and  naive 
controls was analyzed. The PEG-coated magnetic IONPs were intravenously injected to animals 
and  the  highly  sensitive  method  of  total  reflection  X-ray  fluorescence  was  used  for  the 
multielemental analysis of liver, spleen, kidneys, brain, heart and muscles. 
 
The  cluster  analysis  was  used  for  unsupervised  classification  of  cases.  In  turn,  the 
discriminant  analysis  was  applied  in  order  to  group  observations  into  predefined  groups,  but 
mainly for determination of elements (markers of exposure) playing the most important role in 
the differentiation of these groups.   
 
Keywords: iron oxides nanoparticles; TXRF; elemental analysis; multivariate methods; 
 
 
    cluster and discriminant analysis 
 
References  
[1]  A.C. Rechner, [in:] Methods of multivariate analysis. Chichester, JohnWiley&Sons, 2002. 
[2]  J.R. Kettenring, J. Classif. 23 (2006) 3. 
[3]  A. Dhawan, V. Sharma, Anal. Bioanal. Chem. 398 (2010) 589. 
[4]  H. C. Fischer, W. C. Chan, Curr. Op. Biotech. 18 (2007) 565. 
 
 
 
 

---