Магніточутливі поліфункціональні нанокомпозити на основі магнетиту і гідроксиапатиту для застосування в онкології
Journal Title: Поверхня - Year 2018, Vol 25, Issue 10
Abstract
Систематизовано та узагальнено результати досліджень, спрямованих на розвиток концепції створення магніточутливих нанокомпозитів (НК) з багаторівневою ієрархічною наноархітектурою типу ядро-оболонка та функціями медико-біологічних нанороботів на основі однодоменного магнетиту (Fe3O4), поверхня якого модифікована гідроксиапатитом (ГА). Наноструктури вказаного типу характеризуються біосумісністю з організмом людини, відсутністю мутагенності та задовільними, з точки зору реалізації методу адресної доставки лікарських засобів та локальної терапії, магнітними характеристиками. Синтез Fe3O4 здійснено за методикою співосадження солей двох- і трьохвалентного заліза. Синтезовані ансамблі наночастинок (НЧ) Fe3O4 характеризувались розмірами 3 – 23 нм. Середній розмір НЧ Fe3O4 залежав від умов синтезу і становив 8 – 15 нм, розподілом за розмірами можна було керувати технологічно. Питома поверхня магнетиту становила Sп = 90–180 м2/г, в роботі використовували зразки, для яких Sп ~ 110 м2 /г. Вивченням ІЧ-спектрів поверхні Fe3O4 виявлено функціональні групи ОН, концентрація яких, розрахована за даними термогравіметричного аналізу, дорівнювала 2,4 ммоль/г. Синтез покриття ГА на поверхні Fe3O4 здійснювали золь-гель методом. Середній розмір кристалітів Fe3O4 і ГА в структурі НК Fe3O4/ГА складав 15 і 19 – 21 нм, відповідно. Дослідженнями ІЧ-спектрів зразків Fe3O4/ГА виявлено ОН-групи на поверхні нанокомпозиту, концентрація яких становила 2,2 ммоль/г. Питома поверхня НК Fe3O4/ГА становила Sп = 105 м2/г. Відношення Са/Р становило 1,6 – 1,7. Товщина шару ГА на поверхні Fe3O4, оцінена за співвідношенням площі Fe2p-/Fe3p- ліній та приростом маси НК, становить ~4 нм. Вивчено процеси адсорбційної іммобілізації хіміотерапевтичних препаратів (цисплатину (ЦП), доксорубіцину (ДР)) та нормального імуноглобуліну людини (як моделі антитіла – імунотерапевтичного препарату) на поверхні НК. Виявлено значну адсорбційну активність по відношенню до комплексів ЦП нанорозмірного Fe3O4. Так, при 298 К для Fe3O4 адсорбційна ємність Аmax = 80,1 мг/г, коефіцієнт вилучення R = 66,2 % . Модифікування Fe3O4 ГА зменшує адсорбційну активність поверхні НК по віношенню до ЦП: Аmax = 54 мг/г, R = 64,8%. Можливо, це відбувається внаслідок зменшення концентрації гідроксильних груп на поверхні НК Fe3O4/ГА в порівнянні з поверхнею вихідного Fe3O4. Час втановлення адсорбційної рівноваги для поверхні НК Fe3O4/ГА знаходиться в межах 10 хвилин. Адсорбцію імуноглобуліну (Ig) проводили в середовищі фізіологічного розчину (ФР) протягом 2 годин в динамічному режимі за кімнатної температури. Кількість адсорбованої речовини на поверхні НК визначали вимірюванням концентрації Ig в контактних розчинах до і після адсорбції. Вивільнення Ig в ФР досліджували на зразках Fe3O4/ГА і Fe3O4/ГА/Ag, що містять Ig, іммобілізований з різних буферних систем (фосфатний буфер, фізіологічний розчин). Коефіцієнт розподілу (Ε) імуноглобуліну між поверхнею НК і розчином складає 111,36 мл/г для Fe3O4/ГА, а для Fe3O4/ГА/Ag – 186,67 мл/г. При адсорбції з ФР для Fe3O4/ГА Ε = 47, 2 мл/г, для Fe3O4/ГА/Ag Е = 59,4 мл/г. Адсорбція Ig на поверхні НК з НЧ срібла перевищує адсорбцію на поверхні Fe3O4/ГА в обох буферних системах. Це є свідченням того, що наночастинки срібла на поверхні композиту виступають в ролі додаткових адсорбційних центрів. Встановлено, що вивільнення Ig, іммобілізованого з ФР, при великих концентраціях (А = 17-38 мг/г) практично не відбувається. Результати експериментальних досліджень впливу НК на клітинні лінії MCF-7 карциноми молочної залози людини in vitro свідчать, що застосування поліфункціональних магніточутливих НК принципово дозволяє реалізувати розпізнавання специфічних клітин, досягти цитотоксичного ефекту препарату при нижчих концентраціях лікарських препаратів та створити умови для зменшення токсико-алергічного впливу лікарських хіміотерапевтичних засобів на організм в цілому. Дослідженнями адсорбції ДР на поверхні НК Fe3O4/ГА від часу встановлено, що протягом перших двох годин адсорбується 60 – 70 % речовини, а протягом доби адсорбція проходить майже повністю (93 – 97 %). Результати дослідження залежності десорбції від часу вказують, що вивільнення ДР зменшується з ростом його кількості на поверхні НК. Наведено дані щодо синтезу нових поліфункціональних магніточутливих наноструктур, перспективних для цільової доставки в пухлини гепатоцелюлярної карциноми та внутрішньопечінкової холангіокарциноми лікарського препарату хіміотерапевтичного механізму дії гемцитабін (ГЦ) та депонування за допомогою магнітного поля з додатковими функціями гіпертермічної терапії та магнітно-резонансної томографічної діагностики в режимі реального часу. Показано, що модифікована ГА поверхня магніточутливих носіїв Fe3O4 здатна до адсорбційної іммобілізації онкологічних лікарських засобів різних механізмів дії та до їх вивільнення в середовищі фізіологічної рідини без зміни терапевтичної активності. На прикладі магнітної рідини Fe3O4/ГА/ДР/ол.Na/ПЕГ+ФР, що містить дисперсійну фазу – фізіологічний розчин (ФР), суперпарамагнітні носії Fe3O4 з модифікованою ГА поверхнею та іммобілізованим лікарським препаратом ДР, комплексний стабілізатор на основі олеату натрію та поліетиленгліколю (ол.Na/ПЕГ), розвинено метод магнітної гранулометрії, застосовний до НК типу суперпарамагнітне ядро – оболонка зі складною багаторівневою структурою. Наведені результати експериментальних досліджень і розрахунків, їх перевірка різними способами і порівняння з літературними даними свідчать, що використовуючи ансамблі магнітних носіїв у якості суперпарамагнітного зонда та теорію парамагнетизму Ланжевена можна оцінити розміри компонентів складної оболонкової структури нанокомпозитів. Отримані дані можуть бути корисними при оптимізації хімічного складу, структури та властивостей нових магнітних рідин та адсорбентів на основі магніточутливих НК зі складною будовою оболонки. Відпрацьовано наукові підходи щодо впровадження магнітокерованих поліфункціональних НК Fe3O4/ГА, модифікованих іонами гадолінію, у нейтронозахопну терапію. Показано їх перспективність для створення нових типів малотоксичних селективних нейтронозахопних лікарських засобів із додатковими функціями магнітокерованої спрямованої доставки до органів- або клітин-мішеней і депонування, гіпертермії та комбінованої Т1-, Т2-МРТ-діагностики у режимі реального часу. Наведено основи синтезу нових векторних систем – магнітокерованих лікарських форм хіміотерапевтичної дії онкологічного призначення на основі магнітних рідин, що містять нанорозмірний однодоменний магнетит з модифікованою поверхнею та лікарський цитостатичний препарат. Показано, що за даними магнітних вимірювань можливе визначення з високою достовірністю розмірних параметрів векторних систем, що може бути використано для їх стандартизації та контролю параметрів в процесі виробництва.
Authors and Affiliations
M. V. Abramov, A. L. Petranovska, Ye. V. Pylypchuk, S. P. Turanska, N. M. Opanashchuk, N. V. Kusyak, S. V. Gorobets, P. P. Gorbyk
Keywords
Related Articles
- EP ID EP463670
- DOI 10.15407/Surface.2018.10.245
- Views 130
- Downloads 0
Исследование частиц на поверхности Ni-Fe катализаторов гидрогенирования СО2 методом ТД МС анализа
Методом термопрограмированной десорбционной масс-спектрометрии (ТД МС) исследовано состояние поверхности Ni-Fe катализаторов реакции гидрогенирования СО2. По ТД спектрах зарегистрировано десорбцию частичек CO2 (m/z = 44)...
Synthesis and adsorption properties of cobalt-carbon nanocomposites on the basis of sunflower seed husks
Impregnation of sunflower seed husks with cobalt chloride with subsequent pyrolysis at 800 °C in an argon atmosphere allows obtaining metal-carbon magnetosensitive nanocomposites with developed microporosity. This m...
Изучение структуры наноалмазов и их влияния на микровязкость мембран эритроцитов крысы методом спиновых зондов
Методом ЭПР и спиновых зондов изучены некоторые особенности структуры детонационных алмазов (ДНА), антиоксидантные свойства и влияние наночастиц ДНА на микровязкость мембран эритроцитов крыс. Показано, что при концентрац...
Элементарные акты реакции восстановления молекулярного кислорода на допированном азотом sp2-углеродном кластере: квантовохимическое исследование
Методом теории функционала плотности (B3LYP, 6-31 G**) выполнены расчеты пространственного и электронного строения комплексов молекулы кислорода с молекулой коронена и с ее азотсодержащим аналогом, в котором два атома аз...
Influence of atoms of nitrogen and boron atoms inserted into graphene-like matrix on molecular hydrogen adsorption
The features of the interaction of hydrogen molecules with graphene-like planes in which two carbon atoms are replaced by nitrogen or boron atoms are investigated by methods of quantum chemistry (DFT, B3LYP, 6-31G**). To...