Магниточувствительные полифункциональные нанокомпозиты на основе магнетита и гидроксиапатита для применения в онкологии
Journal Title: Поверхня - Year 2018, Vol 25, Issue 10
Abstract
Систематизированы и обобщены результаты исследований, направленных на развитие концепции создания магниточувствительных нанокомпозитов (НК) с многоуровневой иерархической наноархитектурой типа ядро-оболочка и функциями медико-биологических нанороботов на основе однодоменного магнетита (Fe3O4), поверхность которого модифицирована гидроксиапатитом (ГА). Наноструктуры указанного типа характеризуются биосовместимостью с организмом человека, отсутствием мутагенности и удовлетворительными с точки зрения реализации метода адресной доставки лекарственных средств и локальной терапии, магнитными характеристиками. Синтез Fe3O4 осуществлен по методике соосаждения из раствора солей двух- и трехвалентного железа. Синтезированные ансамбли наночастиц (НЧ) Fe3O4 характеризовались размерами 3 – 23 нм. Средний размер НЧ Fe3O4 зависел от условий синтеза и составлял 8 – 15 нм, распределением по размерам можно было управлять технологически. Удельная поверхность магнетита составляла Sуд = 90 – 180 м2/г, в работе использовали образцы, для которых Sуд ~ 110 м2/г. Изучением ИК-спектров поверхности Fe3O4 выявлены функциональные группы ОН, концентрация которых, рассчитанная по данным термогравиметрического анализа, равна 2,4 ммоль/г. Синтез покрытия ГА на поверхности Fe3O4 осуществляли золь-гель методом. Средний размер кристаллитов Fe3O4 и ГА в структуре НК Fe3O4 ГА составлял 15 и 19 – 21 нм, соответственно. Исследованиями ИК-спектров образцов Fe3O4/ГА обнаружено ОН-группы на поверхности НК, концентрация которых составила 2,2 ммоль/г. Удельная поверхность НК Fe3O4/ГА составляла Sуд = 105 м2/г. Отношение Са / Р составляло 1,6 – 1,7. Толщина слоя ГА на поверхности Fe3O4, оценена по соотношению площади Fe2p- / Fe3p- линий и приростом массы НК, составляет ~ 4 нм. Изучены процессы адсорбционной иммобилизации химиотерапевтических препаратов (цисплатина (ЦП), доксорубицина (ДР)) и нормального иммуноглобулина человека (как модели антитела – иммунотерапевтических препарата) на поверхности НК. Обнаружено значительное адсорбционную активность по отношению к комплексам ЦП наноразмерного Fe3O4. Так, при 298 К для Fe3O4 адсорбционная емкость Аmax = 80,1 мг/г, коэффициент извлечения R = 66,2%. Модифицирование Fe3O4 ГА уменьшает адсорбционную активность поверхности НК по отношенню к ЦП: Аmax = 54 мг/г, R = 64,8%. Возможно, это происходит вследствие уменьшения концентрации гидроксильных групп на поверхности НК Fe3O4/ГА по сравнению с поверхностью выходного Fe3O4. Время установлення адсорбционного равновесия для поверхности НК Fe3O4/ГА находится в пределах 10 минут. Адсорбцию иммуноглобулина (Ig) проводили в среде физиологического раствора (ФР) в течение 2 ч в динамическом режиме при комнатной температуре. Количество адсорбированного вещества на поверхности НК определяли измерением концентрации Ig в контактных растворах до и после адсорбции. Высвобождение Ig в ФР исследовали на образцах Fe3O4/ГА и Fe3O4/ГА/Ag, содержащих Ig, иммобилизованный из разных буферных систем (фосфатный буфер, физиологический раствор). Коэффициент распределения (Ε) иммуноглобулина между поверхностью НК и раствором составляет 111,36 мл/г для Fe3O4/ГА, а для Fe3O4/ГА/Ag – 186,67 мл/г. При адсорбции с ФР для Fe3O4/ГА Ε = 47, 2 мл/г, для Fe3O4/ГА/ Ag Е = 59,4 мл/г. Адсорбция Ig на поверхности НК с НЧ серебра превышает адсорбцию на поверхности Fe3O4/ГА в обеих буферных системах. Это является свидетельством того, что наночастицы серебра на поверхности композита выступают в роли дополнительных адсорбционных центров. Установлено, что высвобождение Ig, иммобилизованного с ФР, при больших концентрациях (А = 17 – 38 мг / г) практически не происходит. Результаты экспериментальных исследований влияния НК на клеточные линии MCF-7 карциномы молочной железы человека in vitro свидетельствуют, что применение полифункциональных магниточувствительных НК принципиально позволяет реализовать распознавание специфических клеток, достичь цитотоксического эффекта препарата при более низких концентрациях лекарственных препаратов и создать условия для уменьшения токсико-аллергического воздействия лекарственных химиотерапевтических средств на организм в целом. Исследованиями адсорбции ДР на поверхности НК Fe3O4/ГА от времени установлено, что в течение первых двух часов абсорбируется 60 – 70% вещества, а в течение суток адсорбция проходит почти полностью (93 – 97%). Результаты исследования зависимости десорбции от времени указывают, что высвобождение ДР уменьшается с ростом его количества на поверхности НК. Приведены данные по синтезу новых полифункциональных магниточувствительных наноструктур, перспективных для целевой доставки в опухоли гепатоцеллюлярной карциномы и внутрипеченочного холангиокарциномы лекарственного препарата химиотерапевтического механизма действия гемцитабин (ГЦ) и депонирование с помощью магнитного поля с дополнительными функциями гипертермической терапии и магнитно-резонансной томографической диагностики в режиме реального времени. Показано, что модифицированная ГА поверхность магниточувствительных носителей Fe3O4 способна к адсорбционной иммобилизации онкологических лекарственных средств различных механизмов действия и к их высвобождения в среде физиологической жидкости без изменения терапевтической активности. На примере магнитной жидкости Fe3O4/ГА/ДР/ол.Na/ПЭГ+ФР, содержащей дисперсионную фазу – физиологический раствор, суперпарамагнитные носители Fe3O4 с модифицированной ГА поверхностью и иммобилизованным лекарственным препаратом доксорубицин, комплексный стабилизатор на основе олеата натрия и полиэтиленгликоля (ол.Na/ПЭГ), развит метод магнитной гранулометрии, применим к НК типа суперпарамагнитная ядро-оболочка со сложной многоуровневой структурой. Приведенные результаты экспериментальных исследований и расчетов, их проверка различными способами и сравнение с литературными данными свидетельствуют, что используя ансамбли магнитных носителей в качестве суперпарамагнитного зонда и теорию парамагнетизма Ланжевена можно оценить размеры компонентов сложной оболочечной структуры НК. Полученные данные могут быть полезными при оптимизации химического состава, структуры и свойств новых магнитных жидкостей и адсорбентов на основе магниточувствительных нанокомпозитов со сложным строением оболочки. Отработані научные подходы к внедрению магнитоуправляемых полифункциональных нанокомпозитов Fe3O4/ГА, модифицированных ионами гадолиния, в нейтронзахватную терапию. Показана их перспективность для создания новых типов малотоксичных селективных нейтронзахватных лекарственных средств с дополнительными функциями магнитоуправляемой направленной доставки в органы- или клетки-мишени и депонирования, гипертермии и комбинированной Т1-, Т2-МРТ-диагностики в режиме реального времени. Рассмотрены основы синтеза новых векторных систем – магнитоуправляемых лекарственных форм химиотерапевтического действия онкологического назначения на основе магнитных жидкостей, содержащих наноразмерный однодоменных магнетит с модифицированной поверхностью и лекарственный цитостатический препарат. Показано, что по данным магнитных измерений возможно определение с высокой достоверностью размерных параметров компонентов векторных систем, что может быть использовано для для их стандартизации и контроля параметров в процессе производства.
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 EP463669
- DOI 10.15407/Surface.2018.10.245
- Views 103
- Downloads 0
Нестехіометричний оксид кремнію SiOx (x < 2)
Огляд присвячено аналізу експериментально і теоретично отриманих даних щодо методів синтезу, структури та властивостей нестехіометричного оксиду кремнію SiOx (x<2) в широкому діапазоні вмісту кисню. Описано основні облас...
Розкладання пероксидних сполук вуглецевими нанотрубками: параметри, що визначають активність каталізатора
Досліджено каталітичну активність вихідних вуглецевих нанотрубок та їхніх модифікованих форм (окиснених та допованих гетероатомами нітрогену) у реакціях розкладання пероксидів водню, бензоїлу та лаурилу у водному/неводно...
Рассеяние света на шероховатой поверхности кварца синусоидальной формы, покрытой тонким слоем золота
Описана численная процедура расчета рассеяния света на шероховатой поверхности кварца, покрытой тонким слоем золота. Использован конечно-элементный подход для решения двумерного векторного уравнения Гельмгольца. Профиль...
Взаємодія магніточутливих наноматеріалів і нанокомпозитів з клітинами, вірусами, біоактивними молекулами, іонами важких металів
Наведено огляд наукових робіт, виконаних у минуле десятиліття, що стосуються розробок, дослідження властивостей, експлуатаційних параметрів, напрямів практичного використання магніточутливих наноматеріалів та нанокомпоз...
Nanocomposite systems on the basis of nanosilicas for germination some types of vegetable crops
The composite systems basis on silicas and initial silicas are able to exert a positive effect on the germination energy and the germination of vegetable seeds. However, for tomatoes, the value of the effect depends on t...