Исследование параметров процессов перекисного окисления липидов в культуре клеток HeLa, индуцированного наночастицами Fe/Fe₃O₄ с морфологией «ядро-оболочка»

Введение. Благодаря развитой поверхности, химической стабильности, низкой токсичности и высокой биологической активности в отношении раковых клеток применение наночастиц железа и оксида железа является перспективной стратегией противораковой терапии. Механизм токсического действия на клетки железа и оксида железа заключается в образовании активных форм кислорода. Изучение молекулярных механизмов воздействия частиц на клетки и оценка влияния соотношения железа и оксида железа на параметры процессов перекисного окисления липидов имеют важное значение для их применения. Целью исследования является синтез наночастиц Fe/Fe₃O₄ типа «ядро-оболочка» для изучения влияния массовой доли оксида железа на жизнеспособность клеток HeLa и содержание малонового диальдегида, битирозина, активность каталазы, супероксиддисмутазы и катепсина D и анализ окислительной модификации белков в линии раковых клеток HeLa. Материал и методы. Наночастицы Fe/Fe₃O₄ типа «ядро-оболочка» с массовым соотношением оксида железа от 5 до 90 мас. % были синтезированы физическим методом – электрическим взрывом проводников в кислородсодержащей атмосфере. Определение параметров перекисного окисления липидов проводили при помощи стандартных биохимических тестов. Результаты. Получены частицы Fe/Fe₃O₄, содержащие Fe, Fe/Fe₃O₄ и FeO. Массовая доля Fe/Fe₃O₄ варьировалась от 1 до 91 % мас. cредний размер частиц составлял около 80 нм, дзета-потенциал частиц увеличивался с 0,47 до 6,37 мВ с увеличением массовой доли оксида железа. Цитотоксичность наночастиц Fe/Fe₃O₄ по отношению к раковым клеткам HeLa оценивали при помощи МТТ-теста и определения параметров перекисного окисления липидов. Установлено, что наночастицы Fe/Fe₃O₄ с массовой долей Fe₃O₄ 40 % оказывали значительное влияние на интенсивность перекисного окисления липидов, однако наблюдалось максимальное накопление окислительно модифицированных белков. Заключение. Выявлены особенности изменения активности перекисного окисления липидов и активности катепсина D в культуре раковых клеток HeLa для наночастиц Fe/Fe₃O₄. На основании полученных результатов сделан вывод, что наночастицы Fe/Fe₃O₄ могут быть использованы в качестве противоопухолевой добавки, однако их активность зависит от массовой доли Fe₃O₄. Полученные корреляции необходимо учитывать при получении наночастиц железа и оксида железа для воздействия на раковые клетки.

1. Yoonus J., Resmi R., Beena B. Evaluation of antibacterial and anticancer activity of green synthesized iron oxide (a-Fe2O3) nanoparticles. Mat Today Proc. 2021; 46: 2969-74. doi: 10.1016/j.m2atp3r.2020.12.426

2. Sachdeva V., Monga A., Vashisht R., Singh D., Singh A., Bedi N. Iron Oxide Nanoparticles: The precise strategy for targeted delivery of genes, oligonucleotides and peptides in cancer therapy. J Drug Deliv Scie Technol. 2022; 74: 103585. doi: 10.1016/j.jddst.2022.103585.

3. Qiao R., Fu C., Forgham H., Javed I., Huang X., Zhu J., Whittaker A.K., Davis T.P. Magnetic iron oxide nanoparticles for brain imaging and drug delivery. Adv Drug Deliv Rev. 2023; 197: 114822. doi: 10.1016/j.addr.2023.114822.

4. Martin M.J., Azcona P., Lassalle V., Gentili C. Doxorubicin delivery by magnetic nanotheranostics enhances the cell death in chemoresistant colorectal cancer-derived cells. Eur J Pharm Scie. 2021; 158: 105681. doi: 10.1016/j.ejps.2020.105681.

5. Nabavinia M., Beltran-Huarac J. Recent progress in iron oxide nanoparticles as therapeutic magnetic agents for cancer treatment and tissue engineering. ACS Appl Bio Mat. 2020; 3(12): 8172-87. doi: 10.1021/acsabm.0c00947.

6. Raoof F., Munawar A., Ahmad M., Rizvi S.F.A., Ali Z., Shahid A.B. Multifunctional iron oxide nanocarriers synthesis for drug delivery, diagnostic imaging, and biodistribution study. Appl Biochem Biotechnol. 2023; 195(7): 4469-84. doi: 10.1007/s12010-023-04345-9.

7. Gao H., Bai Y., Jia Y., Zhao Y., Kang R., Tang D., Dai E. Ferroptosis is a lysosomal cell death process. Biochem Biophys Res Commun. 2018; 503(3): 1550-56. doi: 10.1016/j.bbrc.2018.07.078.

8. Szlasa W, Gachowska M., KiszkaK., Rakoczy K., KielbikA., Wala K., Puchala J., Chorqzykiewicz K., Saczko J., Kulbacka J. Iron chelates in the anticancer therapy. Chem Papers, 2022; 76: 1285-94. doi: 10.1007/s11696-021-02001-2.

9. Sidiropoulou E., Feidantsis K., Kalogiannis S., Gallios G.P., Kas-trinaki G., Papaioannou E., Vdclav^kovd M., Kaloyianni M. Insights into the toxicity of iron oxides nanoparticles in land snails. Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol. 2018; 206-207: 1-10. doi: 10.1016/j.cbpc.2018.02.001.

10. Wang Y., Yu L., Ding J., Chen Y. Iron metabolism in cancer. Int. J. Molec. Scie. 2018; 20(1): 95. doi: 10.3390/ijms20010095.

11. Magtanong L., Mueller G.D., Williams K.J., Billmann M., Chan K., Armenta D.A., Pope L.E., Moffat J., Boone C., Myers C.L., Olzmann J.A., Bensinger S.J., Dixon S.J. Context-dependent regulation of ferroptosis sensitivity. Cell Chem Biol. 2022; 29(9): 1409-18.e6. doi: 10.1016/j.chembiol.2022.06.004.

12. Shah A., Sun H., Qiao Z., Khan M.U., Ali N., Gao C.Amir J., Ale-ena S., Kashif S. Synthesis of iron oxide nanoparticles and its antimicrobial, anticancer, anti-inflammatory, wound healing, and immunomodulatory activities-A Review. Phytopharm Res J. 2025; 3(3): 1-28.

13. Alphandery E. Bio-synthesized iron oxide nanoparticles for cancer treatment. Int J Pharm. 2020; 586: 119472. doi:10.1016/j.ijpharm.2020.119472

14. Zhou X., Shi Y., Ren L., Bao S., Han Y., Wu S., Zhang H., Zhong L., Zhang Q. Controllable synthesis, magnetic and biocompatible properties of Fe3O4 and a-Fe2O3 nanocrystals. J Solid State Chem. 2012; 196: 138-44. doi: 10.1016/j.jssc.2012.05.025.

15. Siddiqui M.A., Wahab R., Saquib Q., Ahmad J., Farshori N.N., Al-Sheddi E.S., Al-Khedhairy A.A. Iron oxide nanoparticles induced cytotoxicity, oxidative stress, cell cycle arrest, and DNA damage in human umbilical vein endothelial cells. J Trace Element Med Biol. 2023; 80: 127302. doi: 10.1016/j.jtemb.2023.127302.

16. Luo C., Li X., Yan H., Guo Q., Liu J., Li Y. Iron oxide nanoparticles induce ferroptosis under mild oxidative stress in vitro. Scie Rep. 2024; 14(1): 31383. doi: 10.1038/s41598-024-82917-3.

17. Sidhic J., Aswathi M.K., Prasad A., Tom A., Mohan P., Sarba-dhikary P., Narayanankutty A., George S., Abrahamse H., George B.P. Advancements in metal and metal oxide nanoparticles for targeted cancer therapy and imaging: Mechanisms, applications, and safety concerns. J Drug Deliv Scie Technol. 2025. 105: 106622. doi: 10.1016/j.jddst.2025.106622.

18. Morales M., Xue X. Targeting iron metabolism in cancer therapy. Theranostics. 2021; 11(17): 8412-29. doi: 10.7150/thno.59092.

19. Liang H., Guo J., Shi Y., Zhao G., Sun S., Sun X. Porous yolkshell Fe/Fe3O4 nanoparticles with controlled exposure of highly active Fe(0) for cancer therapy. Biomat. 2021; 268: 120530. doi: 10.1016/j.biomaterials.2020.120530.

20. Domac B.H., AlKhatib S., Zirhli O., Akdogan N.G., Ogal Dirican §.C., Bulut G., Akdogan O. Effects of PEGylated Fe-Fe3O4 core-shell nanoparticles on NIH3T3 and A549 cell lines. Heliyon. 2019; 6(1): e03124. doi: 10.1016/j.heliyon.2019.e03124.

21. Shan K., Feng N., Zhu D., Qu H., Fu G., Li J., Cui J., Chen H., Wang R., Qi Y., Chen Y.Q. Free docosahexaenoic acid promotes ferrop-totic cell death via lipoxygenase dependent and independent pathways in cancer cells. Eur J Nutr. 2022; 61(8): 4059-75. doi: 10.1007/s00394-022-02940-w.

22. Rego A., Ribeiro A., Corte-Real M., Chaves S.R. Monitoring yeast regulated cell death: trespassing the point of no return to loss of plasma membrane integrity. Apoptosis. 2022; 27(9-10): 778-86. doi: 10.1007/s10495-022-01748-7.

23. Bakina O.V., Ivanova L.Y., Toropkov N.E., Senkina E.I., Lerner M.I., Glazkova E.A., Krinitsyn M.G. Core-Shell Fe-Fe3O4 Nanoparticles for Synthesizing PLA Composites with Low Toxicity and High Radiopacity. Phys Mesomech. 2022; 25(3): 270-78. doi: 10.1134/S1029959922030079.

24. Aksu Demirezen D., Yilmaz Demirezen Yilmaz D., Yildiz Y.§. Green synthesis of iron oxide nanoparticles using Ceratonia siliqua L. aqueous extract: improvement of colloidal stability by optimizing synthesis parameters, and evaluation of antibacterial activity against Gram-positive and Gram-negative bacteria. Int J Mater Res. 2022; 113(10): 849-61. doi: 10.1515/ijmr-2022-0037.

25. Al-Harbi L.M., Darwish M.S. Functionalized iron oxide nanoparticles: synthesis through ultrasonic-assisted co-precipitation and performance as hyperthermic agents for biomedical applications. Heliyon. 2022; 8(6). doi: 10.1016/j.heliyon.2022.e09654.

26. Puthukkara P.A.R., Jose T.S., Lal S.D. Plant mediated synthesis of zero valent iron nanoparticles and its application in water treatment. J Env Chem Eng. 2021; 9: 104569. doi: 10.1016/j.jece.2020.104569.

27. Armendariz-Ontiveros M.M., Romero-Cortes T., Perez Espana VH., Cuervo-Parra J.A., Peralta-Gil M., Martinez Macias M.D.R., Fimbres Weihs G.A. Simulation of biofouling caused by Bacillus halotolerans MCC1 on FeNP-coated RO membranes. Processes. 2025; 13(5): 1422. doi: 10.3390/pr13051422.

28. Ju H., Liu Y., Wang Y., Lu R., Yang B., Wang D., Wang, J. The cellular response and molecular mechanism of superoxide dismutase interacting with superparamagnetic iron oxide nanoparticles. NanoImpact. 2024; 35: 100515. doi: 10.1016/j.impact.2024.100515.

29. Barros J. A., Batista J.G., de Moraes Zamarion V, Lugao A.B. Protein Crosslinking Onto Gold Nanoparticles by the Use of Gamma Radiation. Acta Scie Pharm Scie. 2022; 6(3): 13-19.

30. Kuchma E.A., Zolotukhin P.V., Belanova A.A., Soldatov M.A., Kozakov A.T., Kubrin S.P., Polozhentsev O.E., Medvedev P.V., Soldatov A.V. Effect of synthesis conditions on local atomic structure and properties of low-toxic maghemite nanoparticles for local magnetic hyperthermia in oncology. J Nanopart Res. 2022; 24(2): 25. doi: 10.1007/s11051-021-05393-0.