Синергетический эффект противоопухолевой активности доксорубицина и бикомпонентных наноструктур на основе оксида алюминия

Введение. Высокотехнологичные методы синтеза наночастиц позволяют контролировать их морфологию и физико-химические свойства уже на этапе синтеза. Мезопористые наноструктуры на основе оксида алюминия обладают низкой токсичностью, биосовместимостью, они рекомендованы ассоциацией FDA для биомедицинских приложений. Благодаря положительному дзета-потенциалу и низкой растворимости в воде оксид алюминия способен вызывать ингибирование роста опухоли и апоптоз клеток вследствие ионного дисбаланса в микроокружении опухоли. При совместном применении нетоксичных наноструктур со стандартными химиотерапевтическими препаратами наблюдается синергетический эффект, что позволяет снизить концентрацию цитостатика и уменьшить побочные эффекты.

Цель исследования - синтезировать наноструктуры с различным поверхностным потенциалом и провести исследование цитотоксичности синтезированных наноструктур в чистом виде и совместно с доксорубицином.

Материал и методы. Наноструктуры на основе оксида алюминия были получены путем взаимодействия нанопорошков с водой. Морфология наноструктур была охарактеризована при помощи электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа. Фазовый состав был исследован методом ренгенофазового анализа. Влияние на клетки синтезированных наноструктур было оценено при помощи МТТ-теста.

Результаты. Сравнительный анализ показал, что полученные наноструктуры AIOOH обладают низкой токсичностью и могут быть использованы в качестве носителя для доксорубицина. Заключение. Совместное применение доксорубицина с наноструктурами AIOOH и ZnO-AlOOH приводит к повышению повреждающего действия цитостатика на опухолевые клетки линии Neuro-2a.

1. Singh A.P., Biswas A., Shukla A., Maiti P. Targeted therapy in chronic diseases using nanomaterial-based drug delivery vehicles. Signal Transduct Target Ther. 2019 Aug 30; 4: 33. doi: 10.1038/s41392-019-0068-3.

2. Buttacavoli M., Albanese N.N., Di Cara G., Alduina R., Faleri C., Gallo M., Pizzolanti G., Gallo G., Feo S., Baldi F., Cancemi P. Anticancer activity of biogenerated silver nanoparticles: an integrated proteomic investigation. Oncotarget. 2017 Dec 23; 9(11): 9685-9705. doi: 10.18632/oncotarget.23859.

3. Li Z., Tan S., Li S., Shen Q., Wang K. Cancer drug delivery in the nano era: An overview and perspectives (Review). Oncol Rep. 2017 Aug; 38(2): 611-624. doi: 10.3892/or.2017.5718.

4. Zhao N., WoodleM.C., MixsonA.J. Advances in delivery systems for doxorubicin. J Nanomed Nanotechnol. 2018; 9(5). pii: 519. doi: 10.4172/2157-7439.1000519.

5. Chatterjee K., Zhang J., Honbo N., Karlinerb J.S. Doxorubicin Cardiomyopathy. Cardiology. 2010; 115(2): 155-62. doi: 10.1159/000265166.

6. NagaiK., Fukuno S., OtaniK., Nagamine Y., Omotani S., Hatsuda Y., Myotoku M., Konishi H. Prevention of Doxorubicin-Induced Renal Toxicity by Theanine in Rats. Pharmacology. 2018; 101(3-4): 219-224. doi: 10.1159/000486625.

7. Verma A.K., Leekha A., Kumar V., Moin I., Kumar S. Biodistribution and In-vivo efficacy of doxorubicin loaded chitosan nanoparticles in Ehrlich Ascites Carcinoma (EAC) bearing Balb/C mice. J Nanomed Nanotech. 2018; 9: 510. doi: 10.4172/2157-7439.1000510.

8. Li J., Du X., Zheng N., Xu L., Xu J., Li S. Contribution of carboxyl modified chiral mesoporous silica nanoparticles in delivering doxorubicin hydrochloride in vitro: pH-response controlled release, enhanced drug cellular uptake and cytotoxicity. Colloids Surf B Biointerfaces. 2016 May 1; 141: 374-381. doi: 10.1016/j.colsurfb.2016.02.009.

9. HariharanR., SuganthiA., Senthilkumar S., RajarajaM. Synthesis and characterization of daunorubicin modified ZnO/PVP nanorods and its photodynamic action. Photochem Photobiol A Chem. 2013; 252: 107-115. doi: j.jphotochem.2012.11.017.

10. Xifre-PerezE., Ferre-Borull J., Pallares J., MarsalL.F. Mesopo-rous alumina as a biomaterial for biomedical applications. Mesoporous Biomater. 2015; 2(1): 13-32. doi: 10.1515/mesbi-2015-0004.

11. Lerner M.I., Mikhaylov G., Tsukanov A.A., Lozhkomoev A.S., GutmanasE., Psakhye S.G., Vasiljeva O. Crumpled Aluminum Hydroxide Nanostructures as a Microenvironment Dysregulation Agent for Cancer Treatment Nano Lett. 2018 Sep 12; 18(9): 5401-10. doi: 10.1021/acs.nanolett.8b01592.

12. Bhattacharyya S., Kudgus R., Bhattacharya R., Mukherjee P. Inorganic Nanoparticles in Cancer Therapy. Pharm Res. 2011 Feb; 28(2): 237-59. doi: 10.1007/s11095-010-0318-0.

13. Saliani M., Jalal R., Goharshadi E.K. Mechanism of oxidative stress involved in the toxicity of ZnO nanoparticles against eukaryotic cells. Nanomed J. 2016; 3(1): 1-14. doi: 10.7508/NMJ.2016.01.001.

14. Park S.J., Park Y.C., Lee S.W., Jeong M.S., Yu K.N., Jung H., Lee J.K., Kim J.S., Cho M.H. Comparing the toxic mechanism of synthesized zinc oxide nanomaterials by physicochemical characterization and reactive oxygen species properties. Toxicol Lett. 2011 Dec 15; 207(3): 197-203. doi: 10.1016/j.toxlet.2011.09.011.

15. Moon S.H., Choi W.J., Choi S.W., Kim E.H., Kim J., Lee J.O., Kim S.H. Anti-cancer activity of ZnO chips by sustained zinc ion release. Toxicol Rep. 2016 Mar 19; 3: 430-438. doi: 10.1016/j.toxrep.2016.03.008.

16. Rasmussen J.W., Martinez E., Louka P., WingettD.G. Zinc oxide nanoparticles for selective destruction of tumor cells and potential for drug delivery applications. Expert Opin Drug Deliv. 2010 Sep; 7(9): 1063-77. doi: 10.1517/17425247.2010.502560.

17. Han N., Zhao Q., Wan L., Wang Y., Gao Y., Wang P., Wang P., Zhang J., Jiang T., Wang S. Hybrid lipid-Capped mesoporous silica for stimuli-Responsive drug release and overcoming multidrug resistance. ACS Appl Mater Interfaces. 2015 Feb 11; 7(5): 3342-51. doi: 10.1021/am5082793.