Preview

Сибирский онкологический журнал

Расширенный поиск

ЦИТОТОКСИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОЛИСТОВЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ОКСИДНЫХ И ГИДРОКСИДНЫХ ФАЗ АЛЮМИНИЯ В ОТНОШЕНИИ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК

https://doi.org/10.21294/1814-4861-2021-20-4-73-83

Полный текст:

Аннотация

Введение. Применение наночастиц и наноструктур в качестве компонентов терапии опухолей является предметом большого количества научных исследований. Одним из наиболее перспективных подходов подавления жизнеспособности опухолевых клеток является изменение величины водородного показателя рН их микроокружения при добавлении наночастиц и наноструктур. Гидроксиды и оксиды алюминия имеют ряд преимуществ перед другими частицами благодаря развитой поверхности, низкой токсичности и термической стабильности.

Целью исследования явилось изучение влияния кислотно-основных свойств нанолистовых структур на основе гидроксидов алюминия с различным фазовым составом на жизнеспособность широкого спектра опухолевых клеток: Hela, mda, pymt, А549, B16F10.

Материал и методы. В качестве прекурсора для получения наноструктур различного фазового состава использовали наночастицы алюмонитридной композиции. Наночастицы алюминия были получены электрическим взрывом алюминиевой проволоки в атмосфере азота. Такие наночастицы реагируют с водой уже при температуре 60 °Ϲ. В результате формируются пористые наноструктуры, которые представляют собой агломераты нанолистов с планарным размером до 200 нм и толщиной 5 нм. Фазовый состав наноструктур варьировали температурой прокаливания. Изменение фазового состава наноструктур приводило к изменению кислотно-основного покрова их поверхности. Для оценки количества кислотных и основных центров на поверхности наноструктур использовали адсорбцию индикаторов Гаммета. Количество адсорбированных красителей определяли спектрофотометрически.

Результаты. Отличия кислотно-основных характеристик поверхности синтезированных наноструктур приводят к изменению их цитотоксичности в отношении опухолевых клеток. У гидроксида алюминия в фазе γ-al2o3 основных центров было в 6,5 раза больше, чем кислотных, что обусловливает его способность проявлять более выраженные антацидные свойства, т.е. дольше нейтрализовать протоны, выделяемые опухолевыми клетками. Данный образец обладает наибольшей активностью в отношении всех клеточных линий.

Заключение. Противоопухолевая активность синтезированных наноструктур обусловлена не только повышением величины рН микроокружения клеток, но и возможностью дольше поддерживать щелочность микроокружения за счет адсорбции протонов, выделяемых опухолевыми клетками.

Об авторах

А. С. Ложкомоев
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

 кандидат химических наук, заведующий лабораторией

Researcher ID (WOS): O-3024-2013. Author ID (Scopus): 26664893000

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



О. В. Бакина
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

 кандидат химических наук, научный сотрудник

SPIN-код: 9002-1344. Researcher ID (WOS): A-3184-2014. Author ID (Scopus): 57200860509 

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



С. О. Казанцев
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

 младший научный сотрудник

SPIN-код: 25290738. Researcher ID (WOS): A-9259-2019. Author ID (Scopus): 56985661000

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



Л. Ю. Иванова
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

 младший научный сотрудник

 AuthorID (РИНЦ): 745429. Researcher ID (WOS): E-5777-2014. Author ID (Scopus): 55793393700

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



А. В. Августинович
Научно-исследовательский институт онкологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук
Россия

 кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник

SPIN-код: 2952-6119. Researcher ID (WOS): D-6062-2012. Author ID (Scopus): 56392965300

 Россия, 634009. г. Томск, пер. Кооперативный, 5 



С. Г. Афанасьев
Научно-исследовательский институт онкологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук
Россия

 доктор медицинских наук, профессор, заведующий отделением абдоминальной онкологии

SPIN-код: 9206-3037. Researcher ID (WOS): D-2084-2012. Author ID (Scopus): 21333316900

 Россия, 634009. г. Томск, пер. Кооперативный, 5 



Л. В. Спирина
Научно-исследовательский институт онкологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук
Россия

 доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник

SPINкод: 1336-8363. Researcher ID (WOS): A-7760-2012. Author ID (Scopus): 36960462500

 Россия, 634009. г. Томск, пер. Кооперативный, 5 



А. Ю. Добродеев
Научно-исследовательский институт онкологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук
Россия

 доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник отделения абдоминальной онкологии

SPIN-код: 5510-4043. AuthorID (РИНЦ): 312703. Researcher ID (WOS): B-5644-2017. Author ID (Scopus): 24832974200 

 Россия, 634009. г. Томск, пер. Кооперативный, 5 



Список литературы

1. Davis M.E., Chen Z.G., Shin D.M. Nanoparticle therapeutics: an emerging treatment modality for cancer. Nat Rev Drug Discov. 2008 Sep; 7(9): 771–82. doi: 10.1038/nrd2614.

2. Cho Y., Lee J.B., Hong J. Controlled release of an anti-cancer drug from DNA structured nano-films. Sci Rep. 2014 Feb 12; 4: 4078. doi: 10.1038/srep04078.

3. Shu Y., Shu D., Haque F., Guo P. Fabrication of pRNA nanoparticles to deliver therapeutic RNAs and bioactive compounds into tumor cells. Nat Protoc. 2013 Sep; 8(9): 1635–59. doi: 10.1038/nprot.2013.097.

4. Hauert S., Bhatia S.N. Mechanisms of cooperation in cancer nanomedicine: towards systems nanotechnology. Trends Biotechnol. 2014 Sep; 32(9): 448–55. doi: 10.1016/j.tibtech.2014.06.010.

5. Mikhaylov G., Klimpel D., Schaschke N., Mikac U., Vizovisek M., Fonovic M., Turk V., Turk B., Vasiljeva O. Selective targeting of tumor and stromal cells by a nanocarrier system displaying lipidated cathepsin B inhibitor. Angew Chem Int Ed Engl. 2014 Sep 15; 53(38): 10077–81. doi: 10.1002/anie.201402305.

6. Mikhaylov G., Mikac U., Magaeva A.A., Itin V.I., Naiden E.P., Psakhye I., Babes L., Reinheckel T., Peters C., Zeiser R., Bogyo M., Turk V., Psakhye S.G., Turk B., Vasiljeva O. Ferri-liposomes as an MRI-visible drugdelivery system for targeting tumours and their microenvironment. Nat Nanotechnol. 2011 Aug 7; 6(9): 594–602. doi: 10.1038/nnano.2011.112.

7. Kumar C.S., Mohammad F. Magnetic nanomaterials for hyperthermia-based therapy and controlled drug delivery. Adv Drug Deliv Rev. 2011 Aug 14; 63(9): 789–808. doi: 10.1016/j.addr.2011.03.008.

8. Verma A., Stellacci F. Effect of surface properties on nanoparticle-cell interactions. Small. 2010 Jan; 6(1): 12–21. doi: 10.1002/smll.200901158.

9. Patra H.K., Dasgupta A.K. Cancer cell response to nanoparticles: criticality and optimality. Nanomedicine. 2012 Aug; 8(6): 842–52. doi: 10.1016/j.nano.2011.10.009.

10. Petros R.A., DeSimone J.M. Strategies in the design of nanoparticles for therapeutic applications. Nat Rev Drug Discov. 2010 Aug; 9(8): 615–27. doi: 10.1038/nrd2591.

11. Li Y., Tian Y., Nie G. Antineoplastic activities of Gd@C(OH) nanoparticles: tumor microenvironment regulation. Sci China Life Sci. 2012 Oct; 55(10): 884–90. doi: 10.1007/s11427-012-4387-7.

12. Li M., Ren L., Li L., He P., Lan G., Zhang Y., Yang K. Cytotoxic Effect on Osteosarcoma MG-63 Cells by Degradation of Magnesium. J Materials Scien Technol. 2014; 30(9): 888–93. doi: 10.1016/j.jmst.2014.04.010.

13. Zhang Y., Ren L., Li M., Lin X., Zhao H., Yang K. Preliminary study on cytotoxic effect of biodegradation of magnesium on cancer cells. J Materials Scien Technol. 2012; 28(9): 769–72. doi: 10.1016/S1005-0302(12)60128-5.

14. Sonveaux P., Végran F., Schroeder T., Wergin M.C., Verrax J., Rabbani Z.N., De Saedeleer C.J., Kennedy K.M., Diepart C., Jordan B.F., Kelley M.J., Gallez B., Wahl M.L., Feron O., Dewhirst M.W. Targeting lactate-fueled respiration selectively kills hypoxic tumor cells in mice. J Clin Invest. 2008 Dec; 118(12): 3930–42. doi: 10.1172/JCI36843.

15. Gillies R.J., Raghunand N., Garcia-Martin M.L., Gatenby R.A. pH imaging. A review of pH measurement methods and applications in cancers. IEEE Eng Med Biol Mag. 2004; 23(5): 57–64. doi: 10.1109/memb.2004.1360409.

16. De Milito A., Canese R., Marino M.L., Borghi M., Iero M., Villa A., Venturi G., Lozupone F., Iessi E., Logozzi M., Della Mina P., Santinami M., Rodolfo M., Podo F., Rivoltini L., Fais S. pH-dependent antitumor activity of proton pump inhibitors against human melanoma is mediated by inhibition of tumor acidity. Int J Cancer. 2010 Jul 1; 127(1): 207–19. doi: 10.1002/ijc.25009.

17. Spugnini E.P., Buglioni S., Carocci F., Francesco M., Vincenzi B., Fanciulli M., Fais S. High dose lansoprazole combined with metronomic chemotherapy: a phase I/II study in companion animals with spontaneously occurring tumors. J Transl Med. 2014 Aug 21; 12: 225. doi: 10.1186/s12967-014-0225-y.

18. Meng H., Mai W.X., Zhang H., Xue M., Xia T., Lin S., Wang X., Zhao Y., Ji Z., Zink J.I., Nel A.E. Codelivery of an optimal drug/siRNA combination using mesoporous silica nanoparticles to overcome drug resistance in breast cancer in vitro and in vivo. ACS Nano. 2013; 7(2): 994–1005. doi: 10.1021/nn3044066.

19. Khawar I.A., Kim J.H., Kuh H.J. Improving drug delivery to solid tumors: priming the tumor microenvironment. J Control Release. 2015 Mar 10; 201: 78–89. doi: 10.1016/j.jconrel.2014.12.018.

20. Kim S.S., Rait A., Kim E., Pirollo K.F., Chang E.H. A tumortargeting p53 nanodelivery system limits chemoresistance to temozolomide prolonging survival in a mouse model of glioblastoma multiforme. Nanomedicine. 2015 Feb; 11(2): 301–11. doi: 10.1016/j.nano.2014.09.005.

21. Kanamala M., Wilson W.R., Yang M., Palmer B.D., Wu Z. Mechanisms and biomaterials in pH-responsive tumour targeted drug delivery: A review. Biomaterials. 2016 Apr; 85: 152–67. doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.01.061.

22. Taylor S., Spugnini E.P., Assaraf Y.G., Azzarito T., Rauch C., Fais S. Microenvironment acidity as a major determinant of tumor chemoresistance: Proton pump inhibitors (PPIs) as a novel therapeutic approach. Drug Resist Updat. 2015 Nov; 23: 69–78. doi: 10.1016/j.drup.2015.08.004.

23. Walsh M., Fais S., Spugnini E.P., Harguindey S., Abu Izneid T., Scacco L., Williams P., Allegrucci C., Rauch C., Omran Z. Proton pump inhibitors for the treatment of cancer in companion animals. J Exp Clin Cancer Res. 2015 Sep 4; 34(1): 93. doi: 10.1186/s13046-015-0204-z.

24. Bakina O.V., Svarovskaya N.V., Glazkova E.A., Lozhkomoev A.S. Flower-shaped ALOOH nanostructures synthesized by the reaction of an AlN/Al composite nanopowder in water. Advanced Powder Technology. 2015; 26(6): 1512–19. doi: 10.1186/s13046-015-0204-z.

25. Lerner M.I., Pervikov A.V., Lozhkomoev A.S., Bakina O.V. Synthesis of Al nanoparticles and Al/AlN composite nanoparticles by electrical explosion of aluminum wires in argon and nitrogen. Advanced Powder Technology. 2016; 295: 307–314. doi: 10.1016/j.powtec.2016.04.005.

26. Tsybulya S.V., Kryukova G.N. Nanocrystalline transition aluminas: Nanostructure and features of x-ray powder diffraction patterns of low-temperature Al2O3 polymorphs. Physical Review B. 2008; 77(2); 024112–024125. doi: 10.1103/PhysRevB.77.024112.

27. Zhang S., Li J., Lykotrafitis G., Bao G., Suresh S. Size-Dependent Endocytosis of Nanoparticles. Adv Mater. 2009; 21: 419–424. doi: 10.1002/adma.200801393.

28. Jiang W., Kim B.Y., Rutka J.T., Chan W.C. Nanoparticle-mediated cellular response is size-dependent. Nat Nanotechnol. 2008 Mar; 3(3): 145–50. doi: 10.1038/nnano.2008.30.


Для цитирования:


Ложкомоев А.С., Бакина О.В., Казанцев С.О., Иванова Л.Ю., Августинович А.В., Афанасьев С.Г., Спирина Л.В., Добродеев А.Ю. ЦИТОТОКСИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОЛИСТОВЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ОКСИДНЫХ И ГИДРОКСИДНЫХ ФАЗ АЛЮМИНИЯ В ОТНОШЕНИИ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК. Сибирский онкологический журнал. 2021;20(4):73-83. https://doi.org/10.21294/1814-4861-2021-20-4-73-83

For citation:


Lozhkomoev A.S., Bakina O.V., Kazantsev S.O., Ivanova L.Yu., Avgustinovich A.V., Afanasyev S.G., Spirina L.V., Dobrodeev A.Yu. CYTOTOXIC PROPERTIES OF NANOSTRUCTURES BASED ON ALUMINUM OXIDE AND HYDROXIDE PHASES IN RELATION TO TUMOR CELLS. Siberian journal of oncology. 2021;20(4):73-83. (In Russ.) https://doi.org/10.21294/1814-4861-2021-20-4-73-83

Просмотров: 190


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1814-4861 (Print)
ISSN 2312-3168 (Online)