Влияние содержания Fe3O4 в наночастицах Fe3O4-Fe со структурой ядро-оболочка на их противоопухолевую активность in vitro

Влияние содержания Fe3O4 в наночастицах Fe3O4-Fe со структурой ядро-оболочка на их противоопухолевую активность in vitro

Автор: Бакина О.В., Ложкомоев А.С., Казанцев С.О., Августинович А.В., Афанасьев С.Г., Спирина Л.В.

Журнал: Сибирский онкологический журнал @siboncoj

Рубрика: Лабораторные и экспериментальные исследования

Статья в выпуске: 4 т.21, 2022 года.

Бесплатный доступ

Введение. В настоящее время основное число препаратов, применяемых в терапии опухолей, имеют высокую токсичность. Применение магнитных наночастиц оксидов железа в качестве противоопухолевых агентов позволяет предотвратить нецелевую цитотоксичность и другие побочные эффекты традиционной химиотерапии. Однако оно в значительной степени ограничено их низкой эффективностью. Применение в наночастицах гальванической пары Fe3o4-Fe позволит контролировать выделение токсичных ионов железа и, соответственно, активность наночастиц. Целью исследования явилась разработка наночастиц Fe3o4-Fe с противоопухолевой активностью in vitro . Материал и методы. Для достижения поставленной цели синтезированы наночастицы (НЧ), содержащие от 5 до 90 % железа, проведено систематическое исследование структурных, текстурных, зарядовых, морфологических и магнитных свойств наночастиц, а также их активности in vitro в отношении опухолевых линий mcF-7 и Hela. Для получения наночастиц Fe3o4-Fe использовали электрический взрыв проволоки. Физико-химические свойства исследованы при помощи рентгенофазового анализа, тепловой десорбции азота, просвечивающей электронной микроскопии, микроэлектрофореза. Противоопухолевую активность исследовали при помощи МТТ-теста. Результаты. В результате электрического взрыва железной проволоки в газовой смеси аргон + кислород, содержащей кислород в диапазоне 1-5 об. %, были получены НЧ Fe3o4-Fe с 5-90 % масс. Fe3o4 соответственно. Исследование физико-химических свойств наночастиц показало, что зета-потенциал не зависит от содержания Fe3o4 в НЧ и составляет -30 мВ. Средний размер частиц проходит через максимум (минимум величины удельной поверхности) при содержании Fe3o4 W=20 %, что можно объяснить механизмом образования оксидной фазы при элек-трическом взрыве. При помощи МТТ-теста установлено, что наибольшей цитоксичностью обладают наночастицы, содержащие 5 % масс. Fe3o4, в присутствии которых в концентрации 1 мг/мл количество живых клеток снижалось до 16 % относительно контроля. Заключение. Впервые показано, что частицы Fe3o4-Fe можно использовать в качестве противоопухолевого агента. Возможность регулирования магнитных свойств НЧ можно использовать для нацеливания на определенный участок опухолевой ткани с помощью внешнего магнитного поля, а установленная взаимосвязь магнитного момента с активностью НЧ в отношении клеточной линии mcF-7 имеет большие перспективы для клинического применения.

Еще

Железо, оксид железа, опухолевые клетки, наночастицы

Короткий адрес: https://sciup.org/140295755

IDR: 140295755   |   DOI: 10.21294/1814-4861-2022-21-4-80-89

Список литературы Влияние содержания Fe3O4 в наночастицах Fe3O4-Fe со структурой ядро-оболочка на их противоопухолевую активность in vitro

  • Park J., An K, Hwang Y., Park J.G., Noh H.J., Kim J.Y., Park J.H., Hwang N.M., Hyeon T. Ultra-large-scale syntheses of monodisperse nano-crystals. Nat Mater. 2004; 3(12): 891-5. doi: 10.1038/nmat1251.
  • SoetaertF., KorangathP., SerantesD., Fiering S., Ivkov R. Cancer therapy with iron oxide nanoparticles: Agents of thermal and immune therapies. Adv Drug Deliv Rev. 2020. doi: 10.1016/j.addr.2020.06.025.
  • Ebadi M., Buskaran K., Bullo S., Hussein M.Z., Fakurazi S., Pastorin G. Drug delivery system based on magnetic iron oxide nanoparticles coated with (polyvinyl alcohol-zinc/aluminium-layered double hydroxide-sorafenib). Alexandria Eng J. 2021. 60(1): 733-47. doi: 10.1016/j. aej.2020.09.061.
  • Hernández-Hernández A.A., Aguirre-Alvarez G., Cariño-CortésR., Mendoza-Huizar L.H., Jiménez-Alvarado R. Iron oxide nanoparticles: synthesis, functionalization, and applications in diagnosis and treatment of cancer. Chem Papers. 2020.74(11): 3809-24. doi: 10.1007/s11696-020-01229-8.
  • Yalcin S., Gündüz U. Iron oxide-based polymeric magnetic nano-particles for drug and gene delivery: in vitro and in vivo applications in cancer. Handbook Polym Ceram Nanotechnol. 2021: 1271-92. doi: 10.1007/978-3-030-10614-0_38-1.
  • ReviaR.A., ZhangM. Magnetite nanoparticles for cancer diagnosis, treatment, and treatment monitoring: recent advances. Mater Today (Kidlington). 2016; 19(3): 157-68. doi: 10.1016/j.mattod.2015.08.022.
  • Pinna N., Grancharov S., Beato P., Bonville P., Antonietti M., Niederberger M. Magnetite nanocrystals: nonaqueous synthesis, characterization, and solubility. Chem Mater. 2005. 17(11): 3044-9. doi: 10.1021/cm050060+.
  • Chen Z., Yin J.J., Zhou Y.T., Zhang Y., Song L., Song M., Hu S., Gu N. Dual enzyme-like activities of iron oxide nanoparticles and their implication for diminishing cytotoxicity. ACS Nano. 2012; 6(5): 4001-12. doi: 10.1021/nn300291r.
  • AhamedM., Alhadlaq H.A., MajeedKhanM.A., JavedAkhtar M. Selective killing of cancer cells by iron oxide nanoparticles mediated through reactive oxygen species via p53 pathway. J Nanopart. Res. 2013. 15(1): 1-11 doi: 10.1007/s11051-012-1225-6.
  • Zhang C., Bu W., Ni D., Zhang S., Li Q., Yao Z., Zhang J., Yao H., Wang Z., Shi J. Synthesis of iron nanometallic glasses and their application in cancer therapy by a localized Fenton reaction. Angewandte Chemie. 2016. 128(6): 2141-6. doi: 10.1002/anie.201510031.
  • Yarjanli Z., Ghaedi K., Esmaeili A., Rahgozar S., Zarrabi A. Iron oxide nanoparticles may damage to the neural tissue through iron accumulation, oxidative stress, and protein aggregation. BMC Neurosci. 2017; 18(1): 51. doi: 10.1186/s12868-017-0369-9.
  • Buiculescu R., Stefanakis D., Androulidaki M., Ghanotakis D., Chaniotakis N.A. Controlling carbon nanodot fluorescence for optical biosensing. Analyst. 2016. 141(13): 4170-80. doi: 10.1039/c6an00783j.
  • Huo M., Wang L., Chen Y., Shi J. Tumor-selective catalytic nano-medicine by nanocatalyst delivery. Nat Commun. 2017; 8(1): 357. doi: 10.1038/s41467-017-00424-8.
  • Saeed M., Ren W., Wu A. Therapeutic applications of iron oxide based nanoparticles in cancer: basic concepts and recent advances. Biomater Sci. 2018. 6(4): 708-25. doi: 10.1039/c7bm00999b.
  • TianX., RuanL., Zhou S., Wu L., Cao J., QiX., ZhangX., Shen S. Appropriate size of Fe3O4 nanoparticles for cancer therapy by ferroptosis. ACS App Bio Mater 2022. 5(4): 1692-9. doi:10.1021/acsabm.2c00068.
  • Niu X., Chen J., Gao J. Nanocarriers as a powerful vehicle to overcome blood-brain barrier in treating neurodegenerative diseases: Focus on recent advances. Asian J Pharm Sci. 2019; 14(5): 480-96. doi: 10.1016/j.ajps.2018.09.005.
  • Lozhkomoev A.S., Pervikov A.V., Kazantsev S.O., Sharipova A.F., Rodkevich N.G., Toropkov N.E., Suliz K.V., Svarovskaya N.V., Kondrano-va A.M., Lerner M.I. Synthesis of Fe/Fe3O4 core-shell nanoparticles by electrical explosion of the iron wire in an oxygen-containing atmosphere. J Nanopart Res. 2021. 23(3): 1-12. doi: 10.1007/s11051-021-05180-x.
  • HwangN., BarronA.R. BET surface area analysis of nanoparticles. The Connexions project. 2011: 1-11.
  • ГОСТ ISO 10993-5-2011. Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 5. Исследования на цитотоксичность: методы in vitro». 2013. [GOSTISO 10993-5-2011. Medical devices. Biological evaluation of medical devices. Part 5. Tests for in vitro cytotoxicity. 2013. (in Russian)].
  • vanMeerloo J., Kaspers G.J., Cloos J. Cell sensitivity assays: the MTT assay. Methods Mol Biol. 2011; 731: 237-45. doi: 10.1007/978-1-61779-080-5_20.
  • Hussey R.J., Cohen M. The oxidation of Fe in the temperature range 450-550 °C. II. The pressure range 10-3-760 Torr. Corrosion Sci. 1971. 11(10): 713-21. doi:10.1016/S0010-938X(71)80004-5.
  • Sindhu T.K., Sarathi R., Chakravarthy S.R. Understanding nano-particle formation by a wire explosion process through experimental and modelling studies. Nanotechnology. 2008; 19(2). doi: 10.1088/0957-4484 /19/02/025703.
  • ChenD., Tang Q., LiX., ZhouX., Zang J., Xue W.Q., Xiang J.Y., Guo C.Q. Biocompatibility of magnetic Fe3O4 nanoparticles and their cytotoxic effect on MCF-7 cells. Int J Nanomedicine. 2012; 7: 4973-82. doi: 10.2147/IJN.S35140.
  • Petros R.A., DeSimone J.M. Strategies in the design of nano-particles for therapeutic applications. Nat Rev Drug Discov. 2010; 9(8): 615-27. doi: 10.1038/nrd2591.
  • Popescu R.C., Savu D., Dorobantu I., Vasile B.S., Hosser H., BoldeiuA., TemelieM., StraticiucM., IancuD.A., AndronescuE., WenzF., Giordano F.A., Herskind C., Veldwijk M.R. Efficient uptake and retention of iron oxide-based nanoparticles in HeLa cells leads to an effective intracellular delivery of doxorubicin. Sci Rep. 2020; 10(1). doi: 10.1038/ s41598-020-67207-y.
  • Ye P., Ye Y., Chen X., Zou H., Zhou Y., Zhao X., Kong X. Ultrasmall Fe3O4 nanoparticles induce S-phase arrest and inhibit cancer cells proliferation. Nanotechnol. Rev. 2020; 9(1): 61-9. doi: 10.1515/ntrev-2020-0006.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp