The concept of nanotechnologies is based on size-dependent properties of particles in the 1–100 nm range. However, the relation between the particle size and biological effects is still unclear. The aim of the current paper was to generate and analyse a homogenous set of experimental toxicity data on Ag nanoparticles (Ag NPs) of similar coating (citrate) but of 5 different primary sizes (10, 20, 40, 60 and 80 nm) to different types of organisms/cells commonly used in toxicity assays: bacterial, yeast and algal cells, crustaceans and mammalian cells in vitro. When possible, the assays were conducted in ultrapure water to minimise the effect of medium components on silver speciation. The toxic effects of NPs to different organisms varied about two orders of magnitude, being the lowest (∼0.1 mg Ag/L) for crustaceans and algae and the highest (∼26 mg Ag/L) for mammalian cells. To quantify the role of Ag ions in the toxicity of Ag NPs, we normalized the EC50 values to Ag ions that dissolved from the NPs. The analysis showed that the toxicity of 20–80 nm Ag NPs could fully be explained by released Ag ions whereas 10 nm Ag NPs proved more toxic than predicted. Using E. coli Ag-biosensor, we demonstrated that 10 nm Ag NPs were more bioavailable to E. coli than silver salt (AgNO3). Thus, one may infer that 10 nm Ag NPs had more efficient cell-particle contact resulting in higher intracellular bioavailability of silver than in case of bigger NPs. Although the latter conclusion is initially based on one test organism, it may lead to an explanation for “size-dependent“ biological effects of silver NPs. This study, for the first time, investigated the size-dependent toxic effects of a well-characterized library of Ag NPs to several microbial species, protozoans, algae, crustaceans and mammalian cells in vitro.

Background It is generally accepted that antibacterial properties of Ag nanoparticles (AgNPs) are dictated by their dissolved fraction. However, dissolution-based concept alone does not fully explain the toxic potency of nanoparticulate silver compared to silver ions. Methodology/Principal Findings Herein, we demonstrated that the direct contact between bacterial cell and AgNPs' surface enhanced the toxicity of nanosilver. More specifically, cell-NP contact increased the cellular uptake of particle-associated Ag ions – the single and ultimate cause of toxicity. To prove that, we evaluated the toxicity of three different AgNPs (uncoated, PVP-coated and protein-coated) to six bacterial strains: Gram-negative Escherichia coli, Pseudomonas fluorescens, P. putida and P. aeruginosa and Gram-positive Bacillus subtilis and Staphylococcus aureus. While the toxicity of AgNO3 to these bacteria varied only slightly (the 4-h EC50 ranged from 0.3 to 1.2 mg Ag/l), the 4-h EC50 values of protein-coated AgNPs for various bacterial strains differed remarkably, from 0.35 to 46 mg Ag/l. By systematically comparing the intracellular and extracellular free Ag+ liberated from AgNPs, we demonstrated that not only extracellular dissolution in the bacterial test environment but also additional dissolution taking place at the particle-cell interface played an essential role in antibacterial action of AgNPs. The role of the NP-cell contact in dictating the antibacterial activity of Ag-NPs was additionally proven by the following observations: (i) separation of bacterial cells from AgNPs by particle-impermeable membrane (cut-off 20 kDa, ∼4 nm) significantly reduced the toxicity of AgNPs and (ii) P. aeruginosa cells which tended to attach onto AgNPs, exhibited the highest sensitivity to all forms of nanoparticulate Ag. Conclusions/Significance Our findings provide new insights into the mode of antibacterial action of nanosilver and explain some discrepancies in this field, showing that "Ag-ion" and "particle-specific" mechanisms are not controversial but, rather, are two faces of the same coin.

The knowledge on potential harmful effects of metallic nanomaterials lags behind their increased use in consumer products and therefore, the safety data on various nanomaterials applicable for risk assessment are urgently needed. In this study, 11 metal oxide nanoparticles (MeOx NPs) prepared using flame pyrolysis method were analyzed for their toxicity against human alveolar epithelial cells A549, human epithelial colorectal cells Caco2 and murine fibroblast cell line Balb/c 3T3. The cell lines were exposed for 24 h to suspensions of 3-100 μg/mL MeOx NPs and cellular viability was evaluated using. Neutral Red Uptake (NRU) assay. In parallel to NPs, toxicity of soluble salts of respective metals was analyzed, to reveal the possible cellular effects of metal ions shedding from the NPs. The potency of MeOx to produce reactive oxygen species was evaluated in the cell-free assay. The used three cell lines showed comparable toxicity responses to NPs and their metal ion counterparts in the current test setting. Six MeOx NPs (Al2O3, Fe3O4, MgO, SiO2, TiO2, WO3) did not show toxic effects below 100 µg/mL. For five MeOx NPs, the averaged 24 h IC50 values for the three mammalian cell lines were 16.4 µg/mL for CuO, 22.4 µg/mL for ZnO, 57.3 µg/mL for Sb2O3, 132.3 µg/mL for Mn3O4 and 129 µg/mL for Co3O4. Comparison of the dissolution level of MeOx and the toxicity of soluble salts allowed to conclude that the toxicity of CuO, ZnO and Sb2O3 NPs was driven by release of metal ions. The toxic effects of Mn3O4 and Co3O4 could be attributed to the ROS-inducing ability of these NPs. All the NPs were internalized by the cells according to light microscopy studies but also proven by TEM, and internalization of Co3O4 NPs seemed to be most prominent in this aspect. In conclusion, this work provides valuable toxicological data for a library of 11 MeOx NPs. Combining the knowledge on toxic or non-toxic nature of nanomaterials may be used for safe-by-design approach. Keywords: In vitro toxicity, Metals, QSAR, Reactive oxygen species, Risk assessment, Safe by design, Solubilization.

Abstract: Brain diseases are the most devastating problem among the world's increasingly aging population, and the number of patients with neurological diseases is expected to increase in the future. Although methods for delivering drugs to the brain have advanced significantly, none of these approaches provide satisfactory results for the treatment of brain diseases. This remains a challenge due to the unique anatomy and physiology of the brain, including tight regulation and limited access of substances across the blood-brain barrier. Nanoparticles are considered an ideal drug delivery system to hard-to-reach organs such as the brain. The development of new drugs and new nanomaterial-based brain treatments has opened various opportunities for scientists to develop brain-specific delivery systems that could improve treatment outcomes for patients with brain disorders such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease, stroke and brain tumors. In this review, we discuss noteworthy literature that examines recent developments in brain-targeted nanomedicines used in the treatment of neurological diseases. Keywords: brain delivery, blood-brain barrier, targeted delivery, nanoparticle, neurodegenerative diseases, stroke, cancer