ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА, МОДИФИЦИРОВАННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ ОБОЛОЧКАМИ, НА ГЕНЕРАЦИЮ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА СТИМУЛИРОВАННЫМИ КЛЕТКАМИ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ IN VITRO
PDF

Ключевые слова

наночастицы магнетита
оболочка
цельная кровь
индуцированная хемилюминесценция
гемолиз
АФК
дозозависимость

Аннотация

Среди всего многообразия отдельный интерес представляют наночастицы на основе оксида железа ввиду наличия магнитных свойств, возможности придания им необходимых физико-химических свойств, а также модификации их поверхности биосовместимыми, биоактивными материалами, лигандами и антителами. Важным аспектом, определяющим возможность и спектр клинического применения наночастиц, является профиль биосовместимости. Учитывая опосредованный активными формами кислорода (АФК) механизм в реализации токсического эффекта наночастиц, особое внимание на этапе их разработки для биомедицинских применений должно уделяться оценке их безопасности с позиции развития окислительного стресса. В связи с этим в данной работе было изучено дозозависимое влияние наночастиц магнетита (МНЧ), модифицированных различными оболочками (на основе полилактида, полисахарида и альбумина), на генерацию АФК, стимулированными клетками крови человека, а также на динамику индуцированного окислительного гемолиза эритроцитов. Установлено, что МНЧ с оболочкой из полилактида, альбумина и полисахарида в диапазоне всех используемых концентраций (0.1–2.0 мг/мл) в условиях всего периода инкубации (0–180 мин) не влияют на кинетику хемилюминесцентного ответа, обеспечивая при этом однонаправленное, но различное по выраженности снижение максимальной интенсивности индуцированной хемилюминесценции и суммарной выработки АФК. Все виды исследуемых наночастиц в ряду концентраций 1.0–2.0 мг/мл обеспечивают дозозависимое усиление данного влияния. В условиях индуцированной генерации АФК различные оболочки МНЧ не обусловливают изменения оказываемых эффектов, регулируя лишь их интенсивность. Максимальным эффектом обладают МНЧ с оболочкой из полилактида.

https://doi.org/10.31857/S0044452921040069
PDF

Литература

Yaqoob AA, Ahmad H, Parveen T, Ahmad A, Oves M, Ismail IMI, Qari HA, Umar K, Mohamad Ibrahim MN (2020) Recent Advances in Metal Decorated Nanomaterials and Their Various Biological Applications: A Review. Front Chem 8:1–23. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00341

Filipczak N, Pan J, Yalamarty SSK, Torchilin VP (2020) Recent advancements in liposome technology. Adv Drug Deliv Rev 156:4–22. https://doi.org/10.1016/j.addr.2020.06.022

Zahin N, Anwar R, Tewari D, Kabir MT, Sajid A, Mathew B, Uddin MS, Aleya L, Abdel-Daim MM (2020) Nanoparticles and its biomedical applications in health and diseases: special focus on drug delivery. Environ Sci Pollut Res 27:19151–19168. https://doi.org/10.1007/s11356-019-05211-0

Anselmo AC, Mitragotri S (2019) Nanoparticles in the clinic: An update. Bioeng Transl Med 4:1–16. https://doi.org/10.1002/btm2.10143

Monk BJ, Herzog TJ, Wang G, Triantos S, Maul S, Knoblauch R, Mcgowan T, Shalaby WSW, Coleman RL (2019) Gynecologic Oncology A phase 3 randomized , open-label , multicenter trial for safety and ef fi cacy of combined trabectedin and pegylated liposomal doxorubicin therapy for recurrent ovarian cancer. Gynecol Oncol. https://doi.org/10.1016/j.ygyno.2019.12.043

Srivastava V, Gusain D, Sharma YC (2015) Critical Review on the Toxicity of Some Widely Used Engineered Nanoparticles. Ind. Eng. Chem. Res. 54:6209–6233

Zhu N, Ji H, Yu P, Niu J, Farooq MU, Akram MW, Udego IO, Li H, Niu X (2018) Surface modification of magnetic iron oxide nanoparticles. Nanomaterials 8:1–27. https://doi.org/10.3390/nano8100810

Grüttner C, Müller K, Teller J, Westphal F (2013) Synthesis and functionalisation of magnetic nanoparticles for hyperthermia applications. Int J Hyperth 29:777–789. https://doi.org/10.3109/02656736.2013.835876

Gholami A, Mousavi SM, Hashemi SA, Chiang W, Parvin N (2020) Current trends in chemical modifications of magnetic nanoparticles for targeted drug delivery in cancer chemotherapy. Drug Metab Rev 0:1–20. https://doi.org/10.1080/03602532.2020.1726943

Vallabani NVS, Singh S (2018) Recent advances and future prospects of iron oxide nanoparticles in biomedicine and diagnostics. 3 Biotech 8:1–23. https://doi.org/10.1007/s13205-018-1286-z

Kalash RS, Lakshmanan VK, Cho C-S, Park I-K (2016) Theranostics. In book Biomaterials Nanoarchitectonics.— Elsevier Inc. 197–215.

Manke A, Wang L, Rojanasakul Y (2013) Mechanisms of nanoparticle-induced oxidative stress and toxicity. Biomed Res Int 2013: . https://doi.org/10.1155/2013/942916

Singh N, Jenkins GJS, Asadi R, Doak SH (2010) Potential toxicity of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION). Nano Rev 1:5358. https://doi.org/10.3402/nano.v1i0.5358

Торопова ЯГ, Печникова НА, Зелинская ИА, Королев ДВ, Гареев КГ, Маркитантова АС, Богушевская ВД, Поволоцкая АВ, Маньшина АА (2018) Изучение гемосовместимости магнитных наночастиц магнетита и композитных частиц магнетита-кремнезема in vitro. Бюл сиб мед 17:157–167. [Toropova YaG, Pechnikova NA, Zelinskaya IA, Korolev DV, Gareev KG, Markitantova AS, Bogushevskaya VD, Povolotskaya AV, Manshina AA (2018) Study of hemocompatibility of magnetic magnetite nanoparticles and composite magnetite-silica particles in vitro. Bul sib med 17: 157-167. (In Russ)]. doi: 10,20538/1682-0363-2018-3-157-167

Toropova YG, Motorina DS, Gorshkova MN, Gareev KG, Korolev D V., Muzhikyan AA (2020) The effect of intravenous administration to rats of magnetite nanoparticles with various shells on the functional state and morphology of the endothelium and on antioxidant status. Transl Med 7:52–64. https://doi.org/10.18705/2311-4495-2020-7-2-52-64

Торопова ЯГ, Моторина ДС, Зелинская ИА, Королев ДВ, Шульмейстер ГА, Скорик ЮА (2021) Генерация активных форм кислорода клетками цельной крови человека при воздействии наночастиц на основе оксида железа, покрытых различными оболочками. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины 171:95-99. [Toropova YG, Motorina DS, Zelinskaya IA, Korolev DV, Shulmeister GA, Skorik YA (2021) Generation of reactive oxygen species by human whole blood cells when exposed to iron oxide nanoparticles coated with various membranes. Bulletin of Experimental Biology and Medicine 171: 95-99. (In Russ)].

DeStefano V, Khan S, Tabada A (2020) Applications of PLA in modern medicine. Eng Regen 1:76–87. https://doi.org/10.1016/j.engreg.2020.08.002

Varanko A, Saha S, Chilkoti A (2020) Recent trends in protein and peptide-based biomaterials for advanced drug delivery. Adv Drug Deliv Rev 156:133–187. https://doi.org/10.1016/j.addr.2020.08.008

Wang K, Liu M, Mo R (2020) Polysaccharide-Based Biomaterials for Protein Delivery. Med Drug Discov 7:100031. https://doi.org/10.1016/j.medidd.2020.100031

Toropova YG, Golovkin AS, Malashicheva AB, Korolev D V., Gorshkov AN, Gareev KG, Afonin M V., Galagudza MM (2017) In vitro toxicity of FemOn, FemOn-SiO2 composite, and SiO2-FemOn core-shell magnetic nanoparticles. Int J Nanomedicine 12:593–603. https://doi.org/10.2147/IJN.S122580

Гареев КГ, Пугач ВС, Евреинова НВ, Наумышева ЕБ, Панов МФ, Королев ДВ (2017) Разработка методов поверхностной модификации магнитных наночастиц защитной оболочкой из сахаридов. Биотехносфера 3:76-81. [Gareev KG, Pugach VS, Evreinova NV, Naumysheva EB, Panov MF, Korolev DV (2017) Development of methods for surface modification of magnetic nanoparticles with a protective shell of saccharides. Biotechnosphere 3: 76-81. (In Russ)].

Zorin VN, Naumisheva EB, Postnov VN, Evreinova N V., Gareev KG, Korolev D V. (2018) Magnetic nanoparticles for medical application with a coating deposited with various methods. J Phys Conf Ser 1124. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1124/3/031009

Dogadin SA, Dudina MA, Savchenko AA, Man’kovskii VA, Gvozdev II (2017) Respiratory burst activity in neutrophilic granulocytes in the onset of Graves’ disease. Probl Endokrinol (Mosk) 63:4–8 . https://doi.org/10.14341/probl20176314-8

Dayem AA, Hossain MK, Lee S Bin, Kim K, Saha SK, Yang GM, Choi HY, Cho SG (2017) The role of reactive oxygen species (ROS) in the biological activities of metallic nanoparticles. Int J Mol Sci 18:1–21. https://doi.org/10.3390/ijms18010120

Patil US, Adireddy S, Jaiswal A, Mandava S, Lee BR, Chrisey DB (2015) In vitro/in vivo toxicity evaluation and quantification of iron oxide nanoparticles. IntJMolSci, 16:24417–24450.

Sundarraj K, Raghunath A, Panneerselvam L, Perumal E (2017) Iron oxide nanoparticles modulate heat shock proteins and organ specific markers expression in mice male accessory organs. Toxicol Appl Pharmacol 317:12–24.

Mai T, Hilt JZ (2017) Magnetic nanoparticles: reactive oxygen species generation and potential therapeutic applications. J Nanoparticle Res 19:253. https://doi.org/10.1007/s11051-017-3943-2

Wydra RJ, Rychahou PG, Evers BM, Anderson KW, Dziubla TD, Hilt JZ (2015) The role of ROS generation from magnetic nanoparticles in an alternating magnetic field on cytotoxicity. Acta Biomater 25:284–290. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2015.06.037

Tuzun BS, Fafal T, Tastan P, Kivcak B, Yelken BO, Kayabasi C, Susluer SY, Gunduz C (2020) Structural characterization, antioxidant and cytotoxic effects of iron nanoparticles synthesized using Asphodelus aestivus Brot. aqueous extract. Green Process Synth 9:153–163. https://doi.org/10.1515/gps-2020-0016

Paul S, Saikia JP, Samdarshi SK, Konwar BK (2009) Investigation of antioxidant property of iron oxide particlesby 1′-1′diphenylpicryl-hydrazyle (DPPH) method. J Magn Magn Mater 321:3621–3623. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2009.07.004

Proskurnina E V., Polimova AM, Sozarukova MM, Prudnikova MA, Ametov AS, Vladimirov YA (2016) Kinetic Chemiluminescence as a Method for Oxidative Stress Evaluation in Examinations of Patients with Type 2 Diabetes Mellitus. Bull Exp Biol Med 161:131–133. https://doi.org/10.1007/s10517-016-3362-x