oncotomskСибирский онкологический журналSiberian journal of oncology1814-48612312-3168Tomsk National Research Medical Сепtеr of the Russian Academy of Sciences10.21294/1814-4861-2019-18-1-65-70oncotomsk-961Research ArticleЛАБОРАТОРНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯLABORATORY AND EXPERIMENTAL STUDIESНовые магнитоуправляемые биметаллические «янус»-наночастицы Ag-Fe для современной противоопухолевой терапииNew magnetic bimetallic yanus-like Ag-Fe nanoparticles for antitumine therapyБакинаО. В.BakinaO. V.

Бакина Ольга Владимировна, кандидат химических наук, научный сотрудник. SPIN‐код: 9002‐1344.

г. Томск, 634055, пр. Академический, 2/4.

Olga V. Bakina, PhD, Researcher.

2/4, Akademicheskii Prospekt, 634021-Tomsk

ovbakina@ispms.tsc.ruПервиковА. В.PervikovA. V.

Первиков Александр Васильевич, кандидат технических наук, младший научный сотрудник.

г. Томск, 634055, пр. Академический, 2/4.

Alexandr V. Pervikov, PhD, Junior Researcher.

2/4, Akademicheskii Prospekt, 634021-Tomsk

ГлазковаЕ. А.GlazkovaE. A.

Глазкова Елена Алексеевна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник.SPIN‐код: 9642‐186.

г. Томск, 634055, пр. Академический, 2/4.

Elena A. Glazkova, PhD, Senior Researcher.

2/4, Akademicheskii Prospekt, 634021-Tomsk

СваровскаяН. В.SvarovskayaN. V.

Сваровская Наталья Валентиновна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник.SPIN‐код: 3019‐7455.

г. Томск, 634055, пр. Академический, 2/4.

Natalia V. Svarovskaya, PhD, Senior Researcher.

2/4, Akademicheskii Prospekt, 634021-Tomsk

ЛожкомоевА. С.LozhkomoevA. S.

Ложкомоев Александр Сергеевич, кандидат химических наук, старший научный сотрудник.

г. Томск, 634055, пр. Академический, 2/4.

Alexandr S. Lozhkomoev, PhD, Senior Researcher.

2/4, Akademicheskii Prospekt, 634021-Tomsk

ЛернерМ. И.LernerM. I.

Лернер Марат Израильевич, доктор технических наук, заведующий лабораторией.SPIN‐код: 3247‐9864.

г. Томск, 634055, пр. Академический, 2/4.

Marat I. Lerner, DSc, Head of Laboratory.

2/4, Akademicheskii Prospekt, 634021-Tomsk

АвгустиновичА. В.AvgustinovichA. V.

Августинович Александра Владимировна, кандидат медицинских наук, заведующая отделением.SPIN‐код: 2952‐6119.

г. Санкт-Петербург, 197110, Морской проспект, 3.

Alexandra V. Avgustinovich, MD, PhD, Head of Department.

3, Morskoy Prospekt, 197110-Saint-Peterburg

Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationКонсультативно-диагностический центр с поликлиникой управления делами Президента Российской ФедерацииРоссияFederal State Establishment Clinical Diagnostic Medical CentreRussian Federation2019270220191816570Copyright © Бакина О.В., Первиков А.В., Глазкова Е.А., Сваровская Н.В., Ложкомоев А.С., Лернер М.И., Августинович А.В., 20192019Бакина О.В., Первиков А.В., Глазкова Е.А., Сваровская Н.В., Ложкомоев А.С., Лернер М.И., Августинович А.В.Bakina O.V., Pervikov A.V., Glazkova E.A., Svarovskaya N.V., Lozhkomoev A.S., Lerner M.I., Avgustinovich A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.siboncoj.ru/jour/article/view/961

Цель исследования – изучить противоопухолевую активность магнитных биметаллических наночастиц Ag-Fe со структурой «янус»-наночастиц, полученных методом электрического взрыва проводника. материал и методы. Для синтеза биметаллических наночастиц Ag-Fe использовали совместный электрический взрыв серебряной и железной проволок в атмосфере аргона. Морфологию и размер наночастиц и их агломератов определяли методом просвечивающей электронной микроскопии. Для определения среднего размера наночастиц по данным электронной микроскопии строились гистограммы распределения частиц по размерам, которые аппроксимировали нормально-логарифмическим законом. Фазовый состав определяли с помощью рентгенографического метода. Цитотоксическое действие наночастиц определяли при помощи MTT-теста на культурах базальных клеток нейробластомы мыши Neuro 2a и гистиоцитарной саркомы мыши J 774. Результаты. При совместном электрическом взрыве серебряной и железной проволок в атмосфере аргона были получены сферические частицы размером 72 нм. Показано, что серебро и железо неравномерно распределены по частицам. Встречаются участки, обогащенные одним из компонентов, с четкими границами разделения фаз, или «янус»наночастицы. На дифрактограмме образца основные рефлексы соответствуют фазам металлического Ag и Fe. Водные суспензии наночастиц отдельных металлов серебра и железа в меньшей степени снижали жизнеспособность клеток по сравнению с биметаллическими наночастицами. Наибольшую дозозависимую противоопухолевую активность продемонстрировали наночастицы Ag-Fe. Более высокая скорость коррозии биметаллических частиц Ag-Fe по сравнению с монометаллическими наночастицами обусловлена большей площадью контактов между металлическими фазами в «янус»-наночастицах, которые определяют большее число центров коррозии в биметаллических наночастицах. заключение. В результате электрического взрыва проволок из несмешивающихся металлов железа и серебра были получены биметаллические наночастицы Ag-Fe со структурой «янус»-частиц. Наночастицы Ag-Fe демонстрируют более высокую противоопухолевую активность, чем отдельные металлы, из которых они состоят, и представляют собой перспективный материал для борьбы с раковыми клетками.

The purpose of the study was to analyze the antitumor activity of magnetic bimetallic Ag-Fe nanoparticles having the structure of Yanus particles produced by the electrical explosion of wires. material and methods. For the synthesis of bimetallic Ag-Fe nanoparticles, a simultaneous electric explosion of silver and iron wires in an argon atmosphere was used. The morphology and size of the nanoparticles and their agglomerates were determined by transmission electron microscopy. To determine the average size of nanoparticles, particle size distribution histograms approximated by log-normal distribution were plotted. The phase composition was determined using x-ray method. The cytotoxic effect of the nanoparticles was evaluated by MTT assay using mouse neuro-2a (N2a) neuroblastoma cell lines and J774 histiocytic sarcoma cell lines. results. In case of simultaneous electric explosion of silver and iron wires in an argon atmosphere, the spherical 72 nm particles were obtained. Silver and iron were shown to be unevenly distributed in particles. There were areas enriched with one of the components with clear boundaries of phase separation or Janus nanoparticles. On the diffractogram of the sample, the main reflections correspond to the phases of metallic Ag and Fe. Aqueous suspensions of monometallic Ag and Fe nanoparticles reduced cell viability to a lesser extent than bimetallic nanoparticles. Ag-Fe nanoparticles showed the highest dose-dependent antitumor activity. The higher corrosion rate of bimetallic Ag-Fe particles compared to monometallic nanoparticles was due to the larger contact area between metallic phases in Janus nanoparticles, which determined a larger number of corrosion centers in bimetallic nanoparticles. conclusion. As a result of an electric explosion of wires from immiscible metals of iron and silver, bimetallic Ag-Fe nanoparticles with Janus particle structure were obtained. Ag-Fe nanoparticles exhibite higher antitumor activity than the individual metals from which they are composed and are a promising material for the fight against cancer cells.

электрический взрыв проводников«янус»-наночастицысегрегированная структурамтт-тестметаллы железаметаллы серебраэлектронная микроскопиябиосовместимостьcинтезированные наночастицыelectric explosion of wiresJanus nanoparticlessegregated structuremtt assaymtt-testiron metalssilver metalselectron microscopybiocompatibilitysynthesized nanoparticlesReferencesWitte K., Müller K., Grüttner C., Westphal F., Johansson C. Particle size‐ and concentration‐dependent separation of magnetic nanoparticles. J Magnetism Magnetic Materials. 2017 Apr; 427 (1): 320–324. doi: 10.1016/j.jmmm.2016.11.006.Witte K., Müller K., Grüttner C., Westphal F., Johansson C. Particle size‐ and concentration‐dependent separation of magnetic nanoparticles. J Magnetism Magnetic Materials. 2017 Apr; 427 (1): 320–324. doi: 10.1016/j.jmmm.2016.11.006.Sensenig R., Sapir Y., MacDonald C., Cohen S., Polyak B. Magnetic nanoparticle‐based approaches to locally target therapy and enhance tissue regeneration in vivo. Nanomedicine (Lond). 2012 Sep; 7 (9): 1425–1442. doi: 10.2217/nnm.12.109.Sensenig R., Sapir Y., MacDonald C., Cohen S., Polyak B. Magnetic nanoparticle‐based approaches to locally target therapy and enhance tissue regeneration in vivo. Nanomedicine (Lond). 2012 Sep; 7 (9): 1425–1442. doi: 10.2217/nnm.12.109.Estelrich J., Sánchez-Martín M.J., Busquets M.A. Nanoparticles in magnetic resonance imaging: from simple to dual contrast agents. Int J Nanomedicine. 2015 Mar 6; 10: 1727–41. doi: 10.2147/IJN.S76501.Estelrich J., Sánchez-Martín M.J., Busquets M.A. Nanoparticles in magnetic resonance imaging: from simple to dual contrast agents. Int J Nanomedicine. 2015 Mar 6; 10: 1727–41. doi: 10.2147/IJN.S76501.Kayal S., Ramanujan R.V. Anti‐Cancer Drug Loaded Iron–Gold Core–Shell Nanoparticles (Fe@Au) for Magnetic Drug Targeting. J Na‐ nosci Nanotechnol. 2010 Sep; 10 (9): 5527–39.Kayal S., Ramanujan R.V. Anti‐Cancer Drug Loaded Iron–Gold Core–Shell Nanoparticles (Fe@Au) for Magnetic Drug Targeting. J Na‐ nosci Nanotechnol. 2010 Sep; 10 (9): 5527–39.Medici S., Peana M., Crisponi G., Nurchi V.M., Lachowicz J.I., Remelli M., Zoroddu M.A. Silver coordination compounds: A new hori‐ zon in medicine. Coord Chem Rev. 2016 Nov; 327–328: 349–359. doi: 10.1016/j.ccr.2016.05.015.Medici S., Peana M., Crisponi G., Nurchi V.M., Lachowicz J.I., Remelli M., Zoroddu M.A. Silver coordination compounds: A new hori‐ zon in medicine. Coord Chem Rev. 2016 Nov; 327–328: 349–359. doi: 10.1016/j.ccr.2016.05.015.Drake P.L., Hazelwood K.J. Exposure‐related health effects of silver and silver compounds: A review. Ann Occup Hyg. 2005; 49: 575–585. doi: 10.1093/annhyg/mei019.Drake P.L., Hazelwood K.J. Exposure‐related health effects of silver and silver compounds: A review. Ann Occup Hyg. 2005; 49: 575–585. doi: 10.1093/annhyg/mei019.Medvetz D.A., Hindi K.M., Panzner M.J., Ditto A.J., Yun Y.H., Youngs W.J. Anticancer Activity of Ag(I) N‐Heterocyclic Carbene Com‐ plexes Derived from 4,5‐Dichloro‐1H‐Imidazole. Met Based Drugs. 2008; 2008: 384010. doi: 10.1155/2008/384010.Medvetz D.A., Hindi K.M., Panzner M.J., Ditto A.J., Yun Y.H., Youngs W.J. Anticancer Activity of Ag(I) N‐Heterocyclic Carbene Com‐ plexes Derived from 4,5‐Dichloro‐1H‐Imidazole. Met Based Drugs. 2008; 2008: 384010. doi: 10.1155/2008/384010.Franco-Molina M.A., Mendoza-Gamboa E., Sierra-Rivera C.A., Gómez-Flores R.A., Zapata-Benavides P., Castillo-Tello P., Alcocer-González J.M., Miranda-Hernández D.F., Tamez-Guerra R.S., Rodríguez- Padilla C. Antitumor activity of colloidal silver on MCF‐7 human breast cancer cells. J Exp Clin Cancer Res. 2010 Nov 16; 29: 148. doi: 10.1186/1756‐9966‐29‐148.Franco-Molina M.A., Mendoza-Gamboa E., Sierra-Rivera C.A., Gómez-Flores R.A., Zapata-Benavides P., Castillo-Tello P., Alcocer-González J.M., Miranda-Hernández D.F., Tamez-Guerra R.S., Rodríguez- Padilla C. Antitumor activity of colloidal silver on MCF‐7 human breast cancer cells. J Exp Clin Cancer Res. 2010 Nov 16; 29: 148. doi: 10.1186/1756‐9966‐29‐148.Johnson N.A., Southerland M.R., Youngs W.J. Developments in the Medicinal Applications of Silver‐NHC Complexes and Imidazolium Salts. Molecules. 2017 Jul 27; 22 (8). pii: E1263. doi: 10.3390/mol‐ ecules22081263.Johnson N.A., Southerland M.R., Youngs W.J. Developments in the Medicinal Applications of Silver‐NHC Complexes and Imidazolium Salts. Molecules. 2017 Jul 27; 22 (8). pii: E1263. doi: 10.3390/mol‐ ecules22081263.Rosman R., Saifullah B., Maniam S., Dorniani D., Hussein M.Z., Fakurazi S. Improved Anticancer Effect of Magnetite Nanocomposite Formulation of GALLIC Acid (Fe3O4‐PEG‐GA) Against Lung, Breast and Colon Cancer Cells. Nanomaterials (Basel). 2018 Feb 2; 8 (2). pii: E83. doi: 10.3390/nano8020083.Rosman R., Saifullah B., Maniam S., Dorniani D., Hussein M.Z., Fakurazi S. Improved Anticancer Effect of Magnetite Nanocomposite Formulation of GALLIC Acid (Fe3O4‐PEG‐GA) Against Lung, Breast and Colon Cancer Cells. Nanomaterials (Basel). 2018 Feb 2; 8 (2). pii: E83. doi: 10.3390/nano8020083.Lerner M.I., Pervikov A.V., Glazkova E.A., Svarovskaya N.V., Lozhkomoev A.S., Psakhie S.G. Structures of binary metallic nanopar‐ ticles produced by electrical explosion of two wires from immiscible elements. Powder Technology. 2016; 288: 371–378. doi: 10.1016/j. powtec.2015.11.037.Lerner M.I., Pervikov A.V., Glazkova E.A., Svarovskaya N.V., Lozhkomoev A.S., Psakhie S.G. Structures of binary metallic nanopar‐ ticles produced by electrical explosion of two wires from immiscible elements. Powder Technology. 2016; 288: 371–378. doi: 10.1016/j. powtec.2015.11.037.Thoidingjam S., Tiku A.B. New developments in breast cancer therapy: role of iron oxide nanoparticles. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 2017. 8: 023002. doi: 10.1088/2043‐ 6254/aa5e33.Thoidingjam S., Tiku A.B. New developments in breast cancer therapy: role of iron oxide nanoparticles. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 2017. 8: 023002. doi: 10.1088/2043‐ 6254/aa5e33.Patil R.M., Thorat N.D., Shete P.B., Bedge P.A., Gavde S., Joshi M.G., Tofail S.A.M., Bohara R.A. Comprehensive cytotoxicity studies of super‐ paramagnetic iron oxide nanoparticles. Biochem Biophys Rep. 2018 Jan 8; 13: 63–72. doi: 10.1016/j.bbrep.2017.12.002.Patil R.M., Thorat N.D., Shete P.B., Bedge P.A., Gavde S., Joshi M.G., Tofail S.A.M., Bohara R.A. Comprehensive cytotoxicity studies of super‐ paramagnetic iron oxide nanoparticles. Biochem Biophys Rep. 2018 Jan 8; 13: 63–72. doi: 10.1016/j.bbrep.2017.12.002.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.