The effects of nanoparticles on structural and functional parameters of spermatozoa in vitro

As a result of technological progress, since the beginning of the 21st century, the use of nanoparticles and nanomaterials has become more frequent. Thanks to their very small dimensions, they acquire unique properties that help make existing processes more efficient. Nanoparticles have found their use mainly in medicine, where they are used as drug carriers because their dimensions allow them to circulate throughout the body and enter the cell directly. Antimicrobial properties, which are mainly provided by nano silver, are increasingly used in the production of medical devices and textiles. Quite often, they are also included in food packaging, regulating the surrounding atmosphere, maintaining freshness and prevent microbial contamination. Nanoparticles provide many advantages, but aspects that deal with their effects on living organisms and the environment are very little known.

One of the mechanisms by which nanoparticles ensure their antimicrobial activity is the production of reactive oxygen species (ROS), which initiates the occurrence of oxidative stress. Because nanoparticles are complex molecules that often contain heavy metals and could circulate freely in the body and enter cells, there is a particular need to investigate their potential toxicity. Some current research has confirmed that nanoparticles can have a cytotoxic and pro-inflammatory effect, mainly caused by the production of ROS. 

Scientific objectives: 

(1) determining the specification of the effect of selected nanoparticles (Zn, Si, Pt) on spermatozoa.

(2) determining the influence of different forms and combinations of nanoparticles on the structural and functional indicators of spermatozoa in vitro.

Methodological objectives: Experimental work requires in vitro cultivation of cells, determination of viability and detection of effect by florescence methods. The work will use the equipment of the Laboratory of Cellular and Subcellular Structures of the Institute of Applied Biology, FBP, SPU in Nitra and the AgroBioTech Center.

Expected benefits: The result of the work will be the determination of the specification of the effect of nanoparticles and their combination on the structural and functional indicators of spermatozoa.

Účinky kombinácie nanočastíc na štrukturálne a funkčné ukazovatele spermií in vitro

Vplyvom technologického pokroku je od začiatku 21. storočia použitie nanočastíc a nanomateriálov z nich pozostávajúcich čoraz frekventovanejšie. Vďaka ich veľmi malým rozmerom nadobúdajú jedinečné vlastnosti, ktoré napomáhajú zefektívniť už existujúce procesy. Nanočastice svoje využitie našli najmä v medicíne, kde sa používajú ako nosiče liečiv pretože ich rozmery umožňujú cirkulovať v celom tele a vstupovať priamo do bunky. Antimikrobiálne vlastnosti, ktoré poskytuje hlavne nano striebro, sú stále viac používané pri výrobe zdravotníckych pomôcok či textílií. Pomerne často sú začleňované aj do obalov na potraviny, kvôli regulácii okolitej atmosféry, udržaniu čerstvosti a zabráneniu mikrobiálnej kontaminácii. Nanočastice poskytujú množstvo výhod avšak aspekty, ktoré sa zaoberajú ich účinkami na živé organizmy a životné prostredie sú veľmi málo známe. 

Jedným z mechanizmov, ktorým nanočastice zabezpečujú svoju antimikrobiálnu aktivitu je produkcia reaktívnych foriem kyslíka (ROS), čo iniciuje vznik oxidačného stresu. Keďže nanočastice sú zložité molekuly, ktoré častokrát obsahujú ťažké kovy a majú schopnosť voľne cirkulovať v tele a prechádzať do buniek, je obzvlášť potrebné skúmať ich potenciálnu toxicitu. Niektoré súčasné výskumy potvrdili, že nanočastice môžu mať cytotoxický a prozápalový účinok, spôsobený najmä produkciou ROS. 

Vedecké ciele: 

1. určenie špecifikácie účinku vybraných nanočastíc (Zn, Si, Pt) na spermie;
2. určenie vplyvu rôznych foriem a kombinácií nanočastíc na štrukturálne a funkčné ukazovatele spermií in vitro.

Metodické zámery: Experimentálne práce vyžadujú in vitro kultivácie buniek, stanovenie životaschopnosti a detekcie účinku florescenčnými metódami. V práci sa využije prístrojové vybavenie Laboratória celulárnych a subcelulárnych štruktúr Ústavu aplikovanej biológie, FBP, SPU v Nitre a centra AgroBioTech.

Očakávané prínosy: Výsledkom práce bude určenie špecifikácie účinku nanočastíc a ich kombinácie na štrukturálne a funkčné ukazovatele spermií. 

More information about PhD position

Additional research info: peter.massanyi@uniag.sk

https://fbp.uniag.sk/sk/molekularna-biologia-6625/

https://fbp.uniag.sk/sk/phd-stupen/

https://is.uniag.sk/prihlaska/