Bio and immunocompatibility of hexagonal boron nitride: a pilot study on human primary immune cells

Recently, research has focused on two-dimensional (2D) nanomaterials because of their potential applications in various fields, particularly biomedical ones. As their use increases, it becomes crucial to evaluate not only their chemical and physical properties but also their impact on human health and their behavior on the immune system. For this reason, this thesis aims to evaluate the biocompatibility and immunocompatibility of hexagonal boron nitride (h-BN). To achieve this objective, almost all analyses were performed on peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) using various techniques, while dose-response hemolysis analysis was performed on whole blood to achieve this goal. The uptake of h-BN was assessed by flow cytometry and transmission electron microscopy (TEM) analysis. Thus, this was the first time that the uptake of h-BN was analyzed by flow cytometry exploiting its natural fluorescence. Taking advantage of flow cytometry, the impact of h-BN on viability was tested in dose-response on T cells and monocytes, two representative populations of the adaptive and innate immune responses. In addition, activation was tested by observing two major activation markers (CD69 and CD25) with flow cytometry. Furthermore, the release of TNF, one major pro-inflammatory cytokine, was tested with the ELISA assay. To deepen the results on the activation, Luminex and RNseq were performed. This made it possible to analyze 40 different molecules involved in the immune response (chemokines and cytokines) and the change in gene expression induced by nanomaterials. Graphene was used as a control nanomaterial to compare data. The results shed light on the interaction of h-BN with immune cells, paving the way for future biomedical applications.

Recentemente, la ricerca si è concentrata sui nanomateriali bidimensionali (2D) per le loro potenziali applicazioni in vari campi, in particolare in quello biomedico. Con l'aumento del loro utilizzo, diventa fondamentale valutare non solo le loro proprietà chimiche e fisiche, ma anche il loro impatto sulla salute umana e il loro comportamento sul sistema immunitario. Per questo motivo, la presente tesi si propone di valutare la biocompatibilità e l'immunocompatibilità del nitruro di boro esagonale (h-BN). Per raggiungere questo obiettivo, quasi tutte le analisi sono state eseguite su cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) utilizzando varie tecniche, mentre l'analisi dell'emolisi in dose response è stata eseguita su sangue intero. L'uptake dell’h-BN è stato valutato mediante la citofluorimetria e analisi in microscopia elettronica a trasmissione (TEM). Questa è stata la prima volta che l'assorbimento di h-BN è stato analizzato mediante citofluorimetria sfruttando la sua naturale fluorescenza. Sfruttando la citofluorimetria, l'impatto dell'h-BN sulla vitalità è stato testato in dose-response su cellule T e monociti, due popolazioni rappresentative delle risposte immunitarie adattative e innate. Inoltre, l'attivazione è stata testata osservando i due principali marcatori di attivazione (CD69 e CD25) con la citofluorimetria. Inoltre, il rilascio di TNF, una delle principali citochine pro-infiammatorie, è stato testato con un saggio ELISA. Per approfondire i risultati sull'attivazione, sono stati eseguiti Luminex e RNAseq. In questo modo è stato possibile analizzare 40 diverse molecole coinvolte nella risposta immunitaria (chemochine e citochine) e la variazione dell'espressione genica indotta dai nanomateriali. Il grafene è stato utilizzato come nanomateriale di controllo per confrontare i dati. I risultati hanno fatto luce sull'interazione dell'h-BN con le cellule immunitarie, aprendo la strada a future applicazioni biomediche.