Наночастицы на основе полиферуловых и полигентизиновых кислот как новые носители противоопухолевых препаратов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Лигниновые полимеры и их производные активно используются в различных областях биомедицины для создания биосовместимых материалов, в качестве лекарственных средств, а также для образования наночастиц. Однако природные полимерные соединения, получаемые из растительного сырья или мономеров, представляют собой смесь соединений, имеющих высокую гетерогенность в химической структуре, что значительно усложняет определение их биологической активности. В данной работе был применен метод регулируемого синтеза полифенольных соединений с использованием фермента лакказы, при помощи которого можно получать полимеры с определенной структурой. На основе ферментативно синтезированных лигнин-подобных полимеров из феруловых и гентизиновых фенольных мономеров были сформированы стабильные в физиологических условиях наночастицы. Показано, что полученные наночастицы могут различаться по морфологии от глобулярных до фибриллярных структур в зависимости от метода их формирования. Наночастицы, полученные из лигнин-подобных полимеров феруловой и гентизиновой кислот, не обладают цитотоксичностью для культивируемых клеток человека Bj-5ta, MDA-MB-231 и MCF-7, и их можно использовать для загрузки низкомолекулярными гидрофобными соединениями, включая противоопухолевый препарат доксорубицин. Показано, что полиферуловые наночастицы активно поглощаются опухолевыми клетками, растущими как в монослойной культуре, так и в составе сфероидов. Выявлено, что по сравнению со свободным соединением, доксорубицин в составе наночастиц оказывает большее цитотоксическое воздействие на клетки рака молочной железы. Полученные результаты указывают на возможность эффективного использования полиферуловых наночастиц для пассивной доставки лекарственных средств при терапии новообразований.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. В. Смирнов

Сколковский институт науки и технологий

Автор, ответственный за переписку.
Email: ivan_cmirnov_98@mail.ru
Россия, 121205, Москва, ул. Нобеля, 3

А. В. Лисов

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФИЦ “Пущинский научный центр биологических исследований” РАН

Email: ivan_cmirnov_98@mail.ru
Россия, 142290, Пущино, просп. Науки, 5

А. С. Казаков

Институт биологического приборостроения РАН

Email: ivan_cmirnov_98@mail.ru
Россия, 142290, Пущино, просп. Науки, 7

А. Н. Звонарев

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФИЦ “Пущинский научный центр биологических исследований” РАН

Email: ivan_cmirnov_98@mail.ru
Россия, 142290, Пущино, просп. Науки, 5

Н. Е. Сузина

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФИЦ “Пущинский научный центр биологических исследований” РАН

Email: ivan_cmirnov_98@mail.ru
Россия, 142290, Пущино, просп. Науки, 5

М. Ю. Земсковa

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФИЦ “Пущинский научный центр биологических исследований” РАН

Email: marinazemskova9@gmail.com
Россия, 142290, Пущино, просп. Науки, 5

Список литературы

  1. Brigger I., Dubernet C., Couvreur P. // Adv. Drug Deliv. Rev. 2002. V. 54. P. 631–651. https://doi.org/10.1016/s0169-409x(02)00044-3
  2. Bozzuto G., Molinari A. // Int. J. Nanomed. 2002. V. 10. P. 975–999.
  3. Sharma A., Goyal A.K., Rath G. // J. Drug Target. 2017. V. 15. P. 1–16. https://doi.org/ 10.1080/1061186X.2017.1400553
  4. Cho C.F., Shukla S., Simpson E.J., Steinmetz N.F., Luyt L.G., Lewis J.D. // Methods Mol. Biol. 2014. V. 1108. P. 211–230. https://doi.org/10.1007/978-1-62703-751-8_16
  5. Lomis N., Westfall S., Farahdel L., Malhotra M., Shum-Tim D., Prakash S. // Nanomaterials (Basel). 2016. V. 6. P. 116. https://doi.org/10.3390/nano6060116
  6. Jain A.K., Das M., Swarnakar N.K., Jain S. // Crit. Rev. The Drug Carrier Syst. 2011. V. 28. P. 1–45. https://doi.org/10.1615/critrevtherdrugcarriersyst.v28.i1.10
  7. Frangville C., Rutkevičius M., Richter A.P., Velev O.D., Stoyanov S.D., Paunov V.N. // ChemPhysChem. 2012. V. 13. P. 4235–4243. https://doi.org/10.1002/cphc.201200537
  8. Figueiredo P., Ferro C., Kemell M., Liu Z., Kiriazis A., Lintinen K., Florindo H.F., Yli-Kauhaluoma J., Hirvo- nen J., Kostiainen M.A., Santos H.A. // Nanomedicine. 2017. V. 2017. P. 0219. https://doi.org/10.2217/nnm-2017-0219
  9. Lisova Z.A., Lisov A.V., Leontievsky A.A. // J. Basic Microbiol. 2010. V. 50. P. 72–82. https://doi.org/10.1002/jobm.200900382
  10. Fei Z., Chen F., Zhong M., Qiu J., Li W., Sadeghzadeh S.M. // RSC Adv. 2019. V. 9. P. 28078–28088. https://doi.org/10.1039/c9ra05079e
  11. Kishimoto T., Uraki Y., Ubukata M. // Org. Biomol. Chem. 2006. V. 4. P. 1343–1347. https://doi.org/10.1039/B518005H
  12. Alavi M., Hamidi M. // Drug Metabol. Personalized Ther. 2019. V. 34. 0032. https://doi.org/10.1515/dmpt-2018-0032
  13. O’Reilly R.K., Pearce A.K. // Bioconjug. Chem. 2019. V. 30. P. 2300–2311. https://doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.9b00456
  14. Nahyeon L., Yong T.K., Jechan L. // Polymers (Basel). 2021. V. 13. P. 364. https://doi.org/10.3390/polym13030364
  15. Mikolasch A., Schauer F. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2009. V. 82. P. 605–624. https://doi.org/10.1007/s00253-009-1869-z
  16. Zheng Y., You X., Guan S., Huang J., Wang L., Zhang J., Wu J. // Adv. Funct. Mater. 2019. № 15. P. 1808646. https://doi.org/10.1002/adfm.201808646
  17. Leo E., Cameroni R., Forni F. // Int. J. Pharm. 1999. V. 180. P. 23–30. https://doi.org/10.1016/s0378-5173(98)00401-3
  18. Swietach P., Vaughan-Jones R.D., Harris A.L., Hulikova A. // Philos. Trans. R Soc. Lond. B Biol. Sci. 2014. V. 369. P. 20130099. https://doi.org/10.1098/rstb.2013.0099
  19. Ruan G., Agrawal A., Marcus A.I., Nie S. // J. Am. Chem. Soc. 2007. V. 129. P. 14759–14766. https://doi.org/10.1021/ja074936k
  20. Efeoglu E., Keating M.E., McIntyre J., Casey A., Byrne H. // Anal. Methods. 2015. № 23. Р. 10000– 10017.
  21. Dai X., Cheng H., Bai Z., Li J. // J. Cancer. 2017. V. 8. P. 3131–3141. https://doi.org/ 10.7150/jca.18457
  22. Xiao M., Hasmim M., Lequeux A., Moer K.V., Tan T.Z., Gilles C., Hollier B.G., Thiery J.P., Berchem G., Janji B., Noman M.Z. // Cancers (Basel). 2021. V. 13. P. 1165.
  23. Rystsov G.K., Lisov A.V., Zemskova M.Yu. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2023. V. 49. P. 65–78. https://doi.org/10.31857/S0132342322060197
  24. Guerrini L., Alvarez-Puebla R., Pazos-Perez N. // Materials. 2018. V. 11. P. 1154. https://doi.org/10.3390/ma11071154

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. ИК-Фурье-спектры полимеров (нижние графики) и мономеров (верхние графики): (а) – спектры полиферуловых полимеров и мономеров феруловой кислоты; (б) – спектры полигентизиновых полимеров и мономеров гентизиновой кислоты.

Скачать (606KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектры 1H-ЯМР полимеров: (а) – спектры полиферуловых полимеров; (б) – реакция конденсации мономеров с получением доминирующего димера; (в) – реакция полимеризации феруловой кислоты; (г) – спектры полигентизиновых полимеров; (д) – предполагаемая реакция полимеризации гентизиновой кислоты.

Скачать (679KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микрофотографии просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ): (а) – полиферуловые НЧ pFA/0.22. В правом углу микрофотография НЧ при увеличении (масштаб 100 нм) показывает их неоднородную структуру; (б) – НЧ, фракционированные из коллоидной смеси посредством низкоскоростного центрифугирования (pFA/НЦ); (в, г) – полигентизиновые НЧ, полученные с использованием фильтрации (pGA/0.22) (в) и низкоскоростного центрифугирования (pGA/НЦ) (г). Масштабные отрезки: 500 нм (а–в) и 1 мкм (г).

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектры 1H-ЯМР полимеров гентизиновых кислот, полученных из НЧ pGA/0.22.

Скачать (386KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Результаты анализа полученных наночастиц методом динамического светорассеяния (DLS). (а) – График распре- деления наночастиц по размерам, где pGA/0.22 – полигентизиновые НЧ, pFA/0.22 – полиферуловые НЧ, pDMF/0.22 – полидиметоксифенольные НЧ, полученные в результате фильтрования диализованных полимеров через мембрану с размером пор 0.22 мкм; (б) – стабильность НЧ, определенная по изменению гидродинамического радиуса (гистограмма) и индекса полидесперсности (PDI, точки) в буфере PBS (рН 7.2); (в) – распределение размеров полиферуловых частиц pFA/НЦ, полученных после низкоскоростного центрифугирования. Наличие только одного пика указывает на гомогенность суспензии; (г) – распределение размеров полиферуловых частиц pFA/0.22 после инкубации в растворе бычьего сывороточного альбумина (БСА) различной концентрации. Мажорные пики (~100 нм) показывают интактные НЧ. Наличие минорных пиков (<100 нм) указывает на частичное нарушение структуры НЧ, пики в области 4–10 нм характерны для светорассеяния молекул БСА в растворе, пики >100 нм определяют агрегацию НЧ; (д) – распределение размеров полигентизиновых частиц pGA/0.22 после инкубации в растворах БСА различной концентрации.

Скачать (212KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Выход доксорубицина (Dox) из наночастиц в различных условиях среды. (а) – Выход Dox из НЧ в фосфатном буфере, содержащем 5% БСА, в течение 24 ч; (б–г) – выход Dox (%) из НЧ через 3 и 24 ч инкубации в условиях разной кислотности: для полиферуловых НЧ pFA/0.22 – 27% через 3 ч и 65% через 24 ч при рН 5.5–6.8 против 9 и 41% при рН 7.2–7.4 (б); для полиферуловых pFA/НЦ – 6% через 3 ч и 18% через 24 ч при рН 5.5–6.8 против 1 и 2% при рН 7.2–7.4 (в); – для полигентизиновых НЧ pGA/0.22 – 44% через 3 ч и 65% через 24 ч при рН 5.5–6.8 против 17 и 42% при рН 7.2–7.4 (г).

Скачать (437KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Поглощение наночастиц культивируемыми клетками человека. (а–в) – Микрофотографии флуоресценции флуорохрома Vybrant: (а) – необработанные клетки MDA-MB-231; (б) – клетки MDA-MB-231 после инкубации с флуорохромом Vybrant (зеленый); (в) – клетки MDA-MB-231, инкубированные с НЧ pFA/0.22, загруженными Vybrant. В образцах (а) и (в) ядра окрашены DAPI-405 (синий), масштабные отрезки – 10 мкм; (г–е) – гистограммы результатов проточной цитометрии: (г) – зависимость поглощения клетками MDA-MB-231 загруженных Dox частиц pFA/0.22 и pGA/0.22 (100 НЧ на 1 клетку) от времени инкубации; (д) – график интернализации pFA/НЦ для клеток MDA-MB-231; (е) – график интернализации pFA/НЦ для клеток MCF-7.

Скачать (146KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Анализ цитотоксичности свободного Dox и доксорубицина в составе наночастиц. (а) – МТТ-тест клеточных линий MDA-MB-231 и MCF-7 после 15 мин обработки с последующей отмывкой образцов от соединения. Время инкубации после обработки – 48 ч; (б) – результаты проточной цитометрии показывают количество аннексин V-FITC-положительных, апоптотических клеток MCF-7 в составе сфероидов через 48 ч после обработки либо свободным Dox, либо соединением в составе полиферуловых НЧ pFA/НЦ в условиях постоянного присутствия Dox (левая панель) или его удаления из среды через 15 мин инкубации (правая панель).

Скачать (74KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024