Хімія, фізика та технологія поверхні, 2018, 9 (4), 353-361.

Синтез і властивості магніточутливих нанокомпозитів на основі магнетиту і гемцитабіну



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp09.04.353

A. L. Petranovska, M. V. Abramov, N. M. Opanashchuk, S. P. Turanska, N. V. Kusyak, P. P. Gorbyk

Анотація


Метою роботи є синтез нових поліфункціональних магніточутливих нанокомпозитів (НК), здатних до цільової доставки в пухлини гепатоцелюлярної карциноми і внутрішньопечінкової холангіокарциноми лікарського препарату хіміотерапевтичного механізму дії гемцитабін (ГЦ) та депонування за допомогою магнітного поля, дослідження основних фізико-хімічних властивостей НК. Напрямок досліджень включає синтез нанорозмірного однодоменного магнетиту як магніточутливого носія, модифікування його поверхні вуглецевим покриттям задля стабілізації та хімічної функціоналізації, біофункціоналізацію НК шляхом іммобілізації ГЦ.

Для досліджень синтезовано наступні зразки НК: Fe3O4, Fe3O4/ГА, Fe3O4/С. Вибір зразків пояснюється необхідністю отримання на поверхні магніточутливого носія захисного біосумісного покриття з високими адсорбційними властивостями. Карбонізацію поверхні Fe3O4 та отримання НК Fe3O4/С здійснювали за допомогою органічної речовини – полігеля CS (Карбомер 934).

Адсорбцію ГЦ на поверхні магнетиту та НК Fe3O4/ГА, Fe3O4/С проводили у водному середовищі в діапазоні концентрацій С= 0.2–0.8 мг/мл (g = 0.03 г , V = 5 мл, pH = 7.0) протягом 2 год у динамічному режимі при кімнатній температурі. Кількість адсорбованої речовини на поверхні НК визначали за допомогою спектрофотометра при λ = 268 нм за калібрувальним графіком.

Вивчено адсорбційні характеристики поверхонь синтезованих НК щодо ГЦ. Одержані результати свідчать про залежність адсорбційної ємності досліджених зразків від хімічної природи їх поверхні. Зростання рівноважної концентрації ГЦ призводить до збільшення адсорбційної ємності НК Fe3O4/ГА, яка для Fe3O4 та НК Fe3O4/С майже виходить на насичення.Поверхні досліджених НК характеризуютьсядосить близькими значеннями адсорбційних параметрів (А = 25–30 мг/г), що може бути обумовлено подібною природою  адсорбційних центрів їх поверхонь та механізмів адсорбції. Ступінь вилучення ГЦ R (%) складає 25–30 %.

Магнітні властивості НК з адсорбованим гемцитабіном Fe3O4/ГЦ, Fe3O4/ГА/ГЦ, Fe3O4/С/ГЦ досліджували за допомогою лабораторного вібраційного магнітометра. Ідея досліджень ґрунтується на використанні ансамбля суперпарамагнітних носіїв у якості зонда для визначення параметрів та контролю наноструктур типу ядро-оболонка складної будови. Виміряні петлі гістерезису частинок магнетиту та НК з іммобілізованим ГЦ. Методами магнітної гранулометрії встановлено, що товщина оболонки ГЦ у складі НК Fe3O4/ГЦ становить 2.4±0.1 нм. Вважаючи товщину шару ГЦ рівною 2.4 нм в усіх досліджених наноструктурах, знайдено значення товщини шару гідроксиапатитув структурі НК Fe3O4/ГА/ГЦ (3.5±0.1 нм) та товщину шару С в НК Fe3O4/С/ГЦ (3.2±0.1 нм).

Отримані дані можуть бути корисними при створенні лікарських магнітокерованих наносистем адресної доставки та адсорбційних матеріалів для використання в онкотерапії.


Ключові слова


гемцитабін; карбонізація; гідроксиапатит; вуглецеві покриття; поверхня; магнетит; магніточутливі нанокомпозити; адсорбція

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


1. Shpak A.P., Gorbyk P.P. Physical chemistry of nanomaterials and supramolecular structures. (Kyiv: Naukova dumka, 2007). [in Russian].

2. Shpak A.P., Gorbyk P.P. Nanomaterials and Supramolecular Structures: Physics, Chemistry, and Applications. (Springer, 2009).

3. Gorbyk P.P., Petranovskaya A.L., Turelik M.P., Abramov N.V., Turanskaya S.P., Pilipchuk E.V., Chekhun V.F., Lukyanova N.Yu., Shpak A.P., Korduban A.M. Problem on directed drug transport: current status and prospects. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2011. 2(4): 433. [in Russian].

4. Gorbyk P.P., Turov V.V. Nanomaterials and Nanocomposites in Medicine, Biology, Ecology. (Kiev: Naukova Dumka, 2011). [in Russian].

5. Gorbyk P.P., Chekhun V.F. Nanocomposites of medicobiologic destination: reality and perspectives for oncology. Functional Materials. 2012. 19(2): 145.

6. Gorbyk P.P. Nanocomposites with functions of biomedical nanorobots: synthesis, properties, application. Nanosystems, nanomaterials, nanotechnologies. 2013. 11(2): 323. [in Ukrainian].

7. Uvarova I.V., Gorbyk P.P., Gorobets S.V., Ivashchenko O.A., Ulyanchenko N.V. Nanomaterials of Medical Purpose. (Kyiv: Naukova dumka, 2014). [in Ukrainian].

8. Gorbyk P.P., Lerman L.B., Petranovska A.L., Turanska S.P. Magnetosensitive nanocomposites with functions of medico-biological nanorobots: Synthesis and properties. Advances in Semiconductor Research: Physics of Nanosystems, Spintronics and Technological Applications. 2014. P. 161.

9. Gorbyk P.P., Lerman L.B., Petranovska A.L., Turanska S.P., Pylypchuk Ie.V. Magnetosensitive nanocomposites with hierarchical nanoarchitecture as biomedical nanorobots: synthesis, properties, and application. Fabrication and Self-Assembly of Nanobiomaterials, Applications of Nanobiomaterials. 2016. P. 289. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-41533-0.00010-6

10. Abramov M.V., Kusyak A.P., Kaminskiy O.M., Turanska S.P., Petranovska A.L., Kusyak N.V., Gorbyk P.P. Magnetosensitive nanocomposites based on Cisplatin and Doxorubicin for application in oncology. Horizons in World Physics. 2017. 293: 1.

11. Patent UA 99211. Gorbyk P.P., Petanovskaya A.L., Turelik M.P., Korduban A.M., Shpak A.P., Chekhun V.F., Turanska S.P., Vasilieva O.A., Lukyanova N. Nanocapsule with functions of nanorobot. 2012.

12. Patent UA 78473 Paton B.E., Gorbyk P.P., Petranovskaya A.L., Turelik M.P., Abramov M.V., Vasilieva O.A., Chekhun V.F., Lukyanova N.Yu. Magnetic antitumor liquid. 2013.

13. Patent UA 112490 Chekhun V.F., Lukyanova N.Yu., Gorbyk P.P., Todor I.M., Petranovskaya A.L., Boshitskaya N.V., Bozhko I.V. Antitumor ferromagnetic nanocomposite. 2016.

14. Certificate 46056 Gorbyk P.P., Petanovskaya A.L., Turelik M.P., Abramov M.V., Vasilieva O.A. TTR (temporary technological regulation) on the for the production of the substance «Magnetite». 2012.

15. Certificate 58159 Gorbyk P.P., Abramov M.V., Petranovskaya A.L., Pylypchuk Ye.V., Vasilieva O.A. TTR (temporary technological regulations) for the production of magnetic liquid. 2015.

16. Antitumor nanocomposite «Feroplat». http://files.nas.gov.ua/NASDevelopmentsBook/PDF/0760.pdf.

17. Chekhun V.F. «Status and prospects for the implementation of nanotechnologies in biology and medicine. Ferroplat». http://iepor.org.ua/publications/feroplat.html.

18. Hepatocellular carcinoma (HCC): a global perspective.

19. Maystrenko O.N., Shaiko S.B., Alentiev A.V., Azimov F.Kh. Cholangiocellular cancer (features of diagnosis and treatment). Practical Oncology. 2008. 9(4): 229.

20. Kang T.W., Yevsa T., Woller N., Hoenicke L., Wuestefeld T., Dauch D., Hohmeyer A., Gereke M., Rudalska R., Potapova A., Iken M., Vucur M., Weiss S., Heikenwalder M., Khan S., Gil J., Bruder D., Manns M., Schirmacher P., Tacke F., Ott M., Luedde T., Longerich T., Kubicka S., Zender L. Senescence surveillance of pre-malignant hepatocytes limits liver cancer development. Nature. 2011. 479(7374): 547. https://doi.org/10.1038/nature10599

21. Yevsa T., Kang T.W., Zender L. Immune surveillance of pre-cancerous senescent hepatocytes limits hepatocellular carcinoma development. Oncoimmunology. 2012. 1(3): 398. https://doi.org/10.4161/onci.19128

22. Dauch D., Rudalska R., Cossa G., Nault J.C., Kang T.W., Wuestefeld T., Hohmeyer A., Imbeaud S., Yevsa T., Hoenicke L., Pantsar T., Bozko P., Malek N.P., Longerich T., Laufer S., Poso A., Zucman-Rossi J., Eilers M., Zender L. A MYC-aurora kinase A protein complex represents an actionable drug target in p53-altered liver cancer. Nat. Med. 2016. 22(7): 744. https://doi.org/10.1038/nm.4107

23. Plentz R.R., Malek N.P. Systemic Therapy of Cholangiocarcinoma. Visceral Medicine. 2016. 32(6): 427. https://doi.org/10.1159/000453084

24. Jain A., Kwong L.N., Javle M. Genomic Profiling of Biliary Tract Cancers and Implications for Clinical Practice. Curr. Treat. Options Oncol. 2016. 17(11): 58. https://doi.org/10.1007/s11864-016-0432-2

25. European pharmacopoeia. Art. Carbomers. 2001. P. 306.

26. Petranovska A.L., Abramov N.V., Turanska S.P., Gorbyk P.P., Kaminskiy A.N., Kusyak N.V. Adsorption of cis-dichlorodiammineplatinum by nanostructures based on single-domain magnetite. J. Nanostruct. Chem. 2015. 5(3): 275. https://doi.org/10.1007/s40097-015-0159-9

27. Abramov N.V., Turanska S.P., Kusyak A.P., Petranovska A.L., Gorbyk P.P. Synthesis and properties of magnetite/hydroxyapatite/doxorubicin nanocomposites and magnetic liquids based on them. J. Nanostruct. Chem. 2016. 6(3): 223. https://doi.org/10.1007/s40097-016-0196-z




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp09.04.353

Copyright (©) 2018 A. L. Petranovska, M. V. Abramov, N. M. Opanashchuk, S. P. Turanska, N. V. Kusyak, P. P. Gorbyk