Synthesis of PVP-coated silver nanoparticles and their biological activity towards human mesenchymal stem cells

Authors


Abstract

Silver nanoparticles were prepared by the polyol process, i.e. by the reduction of silver nitrate with ethylene glycol in the presence of polyvinylpyrrolidone, PVP. Thereby, the silver nanoparticles were colloidally stabilized by the polymer. The synthesis of nanoparticles of different size and shape (cubes, rods and spheres) was possible by changing the reaction conditions such as reagent ratio and temperature. The silver nanoparticles were characterized by dynamic light scattering (DLS), zeta-potential measurements, UV-spectroscopy, and scanning electron microscopy (SEM). The biological activity of spherical PVP-coated silver nanoparticles (about 100 nm diameter) was tested on human mesenchymal stem cells (hMSC) in comparison with equivalent amounts of silver ions (silver acetate). hMSC were treated with silver concentrations in the range of 50 ng mL-1 to 50 μg mL-1 for 7 days under cell culture conditions. Cytotoxic cell reactions occurred at ≥2.5 μg Ag mL-1 for nanoparticles and ≥1 μg Ag mL-1 for silver acetate, indicating a critical role of the silver ions for toxic reactions.

Abstract

Synthese von PVP-funktionalisierten Silber-Nanopartikeln und ihre biologische Aktivität gegenüber humanen mesenchymalen Stammzellen

Die Silber-Nanopartikel wurden durch die Reduktion von Silbernitrat durch Ethylenglykol in Gegenwart von Polyvinylpyrrolidon, PVP, hergestellt (Polyol-Prozess). Die Silber-Nanopartikel werden dabei vom Polymer umhüllt und dadurch kolloidal stabilisiert. Die Synthese von Nanopartikeln mit unterschiedlicher Größe und Form (Würfel, Stäbchen, Kugeln) ist durch die Änderung der Reaktionsbedingungen (Verhältnis der Reagenzien, Temperatur) möglich. Die Silber-Nanopartikel wurden mit Dynamischer Lichtstreuung (DLS), Zetapotential-Messungen, UV-Spektroskopie und Rasterelektronenmikroskopie (REM) analysiert. Die biologische Aktivität kugelförmiger PVP-beschichteter Silber-Nanopartikel (Durchmesser ca. 100 nm) wurde im Vergleich mit einer äquivalenten Menge Silber-Ionen (Silberacetat) an humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) getestet. Die hMSCs wurden jeweils mit Silberkonzentrationen im Bereich von 50 ng mL-1 bis 50 μg mL-1 für 7 Tage in Kultur genommen. Zelltoxische Reaktionen ergaben sich bei Silberkonzentrationen ≥2.5 μg Ag mL-1 für die Nanopartikel und ≥1 μg Ag mL-1 für Silberacetat, was die kritische Rolle der Silber-Ionen bei toxischen Reaktionen unterstreicht.

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