ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

ISSN 2518-1238 (Online), ISSN 2079-1704 (Print)

Актуальним і перспективним з наукової і прикладної точок зору є поєднання властивостей лектинів і магніточутливих залізовмісних нанокомпозитів (НК) для застосування в онкології. Метою досліджень роботи є синтез та дослідження нових залізовмісних НК та магнітних рідин, що містять біоактивний бактеріальний лектин, перспективних для використання як прототипу нових ефективних протипухлинних векторних систем для адресної доставки лікарських засобів та комплексної локальної терапії онкологічних захворювань з мінімізованими проявами побічного впливу на організм та покращеною сумісністю з іншими лікарськими засобами.

Для створення векторних систем нанодисперсний магнетит синтезували за реакцією Елмора. Синтез алюмінійвмісного покриття на поверхні Fe₃O₄ здійснювали двократним хімічним модифікуванням ізопропілатом алюмінію. Одержаний НК Fe₃O₄/Al₂O₃ було імпрегновано розчинами сахарози. Карбонізацію вуглеводної оболонки НК здійснювали в середовищі аргону (500 °C). В результаті отримували НК Fe₃O₄/Al₂O₃/С.

Магнітні властивості наноструктур вимірювали за допомогою лабораторного вібраційного магнітометра фонерівського типу за кімнатної температури. Адсорбційну іммобілізацію лектину проводили у 0.9 % розчині NaCl в динамічному режимі за кімнатної температури. В дослідах використовували бактеріальний цитотоксичний лектин Bacillus subtilis ІМВ В-7724. Кількість адсорбованої речовини (А) на поверхні нанокомпозитів визначали вимірюванням концентрації лектину в контактних розчинах до та після адсорбції з використанням калібрувального графіка. Вимірювання оптичної густини та  спектрів поглинання лектину здійснювали на приладі Spectrometer Lambda 35 UV/vis Perkin Elmer Instruments при λ = 280 нм.

Для біологічних досліджень використовували стандартні методики і обладнання.

Вивчено процеси адсорбційної іммобілізації цитотоксичного бактеріального лектину B. subtilis           IMB B-7724 на поверхні магнетиту та карбонвмісного НК Fe₃O₄/Al₂O₃/С за кімнатної температури. Встановлено, що адсорбційна ємність лектину на поверхні магнетиту становить 25.3 мг/г, а НК Fe₃O₄/Al₂O₃/С – 36.3 мг/г (за вихідних концентрацій лектину 0.06–0.4 мг/мл). Ступінь вилучення лектину R (%) складав 12–38 % для магнетиту і 46–67 % для НК Fe₃O₄/Al₂O₃/С. Вивчено залежність адсорбційної ємності від часу витримки у розчині лектину.

Синтезовано та досліджено магнітну рідину (МР) на основі однодоменного Fe₃O₄, що містить лектин. Іммобілізацію лектину на частинки МР здійснювали в динамічному режимі за кімнатної температури протягом 3 годин. Концентрація лектину в складі МР становила 0.2 мг/мл. МР з іммобілізованим лектином додатково модифікували ПЕГ-2000. Синтез векторної системи Fe₃O₄/ол.Na/лектин/ПЕГ (ол.Na – олеат натрію) здійснювали в динамічному режимі впродовж 3 годин. Модифікування поверхні наночастинок поліетиленгліколем проводили з метою підвищення стабільності магнітної рідини, зменшення агрегації частинок.

Для визначення впливу експериментальних зразків на життєздатність клітин лінії MCF-7 in vitro готували наступні зразки: Fe₃O₄/ол.Na/ПЕГ (МР), С_Fe3O4 = 3 мг/мл; цитотоксичний лектин Bacillus subtilis ІМВ В-7724 (ЦЛ), С_цл = 0.2 мг/мл; нанобіокомпозит (НБК).

Встановлено, що нанобіокомпозит на основі МР і бактеріального лектину виявляє синергічний цитотоксичний ефект на клітини лінії MCF-7, що спричиняє загибель до 40 % клітин. Значення ІС50 для нанобіокомпозиту та лектину для клітин MCF-7 складали відповідно 100 та 126 мкг/мл.

Результати досліджень свідчать, що поєднання властивостей лектинів і магніточутливих залізовмісних НК для застосування в онкології є перспективним напрямком створення нових ефективних протипухлинних векторних систем для адресної доставки лікарських засобів та комплексної локальної терапії онкологічних захворювань. Застосування  природних компонентів в складі векторних систем є шляхом до мінімізації  проявів побічного впливу на організм та покращення сумісності з іншими протипухлинними лікарськими засобами.

Yalkut S.I., Potebnia H.P. Biotherapy of Tumors. (Kyiv: Kniha-Plus, 2010). [in Russian].

Pylypchuk I.V., Abramov M.V., Petranovska A.L., Turanska S.P., Budnyak T.M., Kusyak N.V., Gorbyk P.P. Multifunctional magnetic nanocomposites on the base of magnetite and hydroxyapatite for oncology applications. In: International Conference on Nanotechnology and Nanomaterials. (Chernivtsi, 2017). P. 35. https://doi.org/10.1007/978-3-319-92567-7_2

Gorbyk P.P., Petranovska A.L., Turelyk M.P., Abramov N.V., Chekhun V.F., Lukyanova N.Yu. Construction of magnetocarried nanocomposites for medico-biological applications. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2010. 1(3): 360.

Gorbyk P.P., Dubrovin I.V., Petranovska A.L., Turelyk M.P. Magnetocarried delivery of drugs: contemporary state of development and prospects. Surface. 2010. 2(17): 287. [in Russian].

Gorbyk P.P., Petranovska A.L., Turelyk M.P., Abramov N.V., Turanska S.P., Pylypchuk Ye.V., Chekhun V.F., Lukyanova N.Yu., Shpak A.P., Korduban A.M. Problem of targeted delivery of drugs: state and prospects. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2011. 2(4): 433. [in Russian].

Petranovska A.L., Abramov M.V., Opanashchuk N.M., Turanska S.P., Gorbyk P.P., Kusyak N.V., Kusyak A.P., Lukyanova N.Yu., Chekhun V.F. Magnetically sensitive nanocomposites and magnetic liquids based on magnetite, gemcitabine, and antibody HER2. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2019. 10(4): 419.

Abramov M.V., Petranovska A.L., Kusyak N.V., Kusyak A.P., Opanashchuk N.M., Turanska S.P., Gorbyk P.P., Luk'yanova N.Yu., Chekhun V.F. Synthesis and properties of magnetosensitive nanocomposites and ferrofluids based on magnetite, gemcitabine and HER2 antibody. Func. Mater. 2020. 27(2): 1. https://doi.org/10.15407/fm27.02.283

Gorbyk P.P., Turov V.V. Nanomaterials and nanocomposites in medicine, biology, ecology. (Kyiv: Naukova dumka, 2011). [in Russian].

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

Gupta A.K., Gupta M. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials. 2005. 26(18): 3995. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.10.012

Dorozhkin S.V., Epple M. Biological and medical significance of calcium phosphates. Angew. Chem. 2002. 41(17): 3130. https://doi.org/10.1002/1521-3773(20020902)41:17<3130::AID-ANIE3130>3.0.CO;2-1

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. Chapter 10. In: Fabrication and Self-Assembly of Nanobiomaterials. Applications of Nanobiomaterials. 2016. 1: 289. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-41533-0.00010-6

Hermanson G.T. Bioconjugate Technigues. (San Diego: Academic Press, 2008).

Gorbyk P.P., Abramov N.V., Petranovska A.L., Turelyk M.P., Pylypchuk Ie.V., Oranska Ye.I., Konchits A.A., Shevchenko Yu.B. Synthesis and properties of magnetic fluids based on nanosized Fe₃O₄. Surface. 2011. 3(18): 287. [in Russian].

Grechko L.G., Gorbyk P.P., Lerman L.B., Chuiko O.O. Possibility of using of magnetic nanoparticles as means for delivery and retention of drugs in target organ. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. 2006. 2: 181. [in Ukrainian].

Author certificate No. 46056 "Temporary technological regulations on manufacturing of substance "Magnetite U" TTR 03291669.012:2012". Gorbyk P.P., Abramov M.V., Petranovska A.L., Turelyk M.P., Vasylieva O.A. 17.10.2012.

Patent UA 78448. Petranovska A.L., Turelyk M.P., Abramov M.V., Vasylieva O.A. Magnetic fluid. 2012.

Berkovsky B.M., Medvedev V.F., Krakov M.S. Magnetic Fluids. (Moscow: Khimiya, 1989). [in Russian].

Abramov N.V., Gorbyk P.P. Properties of ensembles of nanoparticles of magnetite and magnetic fluids for applications in cancer therapy. Surface. 2012. 4(19): 246. [in Russian].

Gorbyk P.P., Lerman L.B., Petranovska A.L., Turanska S.P. Magnetosensitive Nanocomposites with Functions of Medico-Biological Nanorobots: Synthesis and Properties. In: Advances in Semiconductor Research: Physics of Nanosystems, Spintronics and Technological Applications. (New York: Nova Science Publishers, 2014).

Turanska S.P., Petranovska A.L., Turov V.V., Gorbyk P.P. Lectins: obtaining, properties, application in biology and medicine. Surface. 2020. 12(27): 289. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/Surface.2020.12.289

Petranovska A.L., Usov D.G., Abramov M.V., Demchenko Yu.O., Korduban O.M. Modification of surface of nanocrystal magnetite with aluminum isopropylate. Chem. Phys. Technol. Surf. 2007. 13: 310. [in Russian].

Kulik T., Palianytsia B., Larsson M. Catalytic pyrolysis of aliphatic carboxylic acids into symmetric ketones over ceria-based catalysts: kinetics, isotope effect and mechanism. Catalysts. 2020. 10(2): 1. https://doi.org/10.3390/catal10020179

Kulyk K., Palianytsia B., Alexander J.D., Azizova L., Borysenko M., Kartel M., Larsson M., Kulik T. Kinetics of valeric acid ketonization and ketenization in catalytic pyrolysis on nanosized SiO₂, γ-Al₂O₃, CeO₂/SiO₂, Al₂O₃/SiO₂ and TiO₂/SiO₂. Chem. Phys. Chem. 2017. 18(14): 1943. https://doi.org/10.1002/cphc.201601370

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. In: Horizons in World Physics. 2017. 293: 1.

Freshni R.Ya. Animal Cell Culture: Practical Manual. (Moscow: Binom, 2010). [in Russian]. https://doi.org/10.1002/9780470649367

Haber F., Weiss J. Über die Katalyse des Hydroperoxydes. Naturwissenschaften. 1932. 20: 948. [in German]. https://doi.org/10.1007/BF01504715

Abramov M.V., Turanska S.P., Gorbyk P.P. Magnetic properties of nanocomposites of superparamagnetic core-shell type. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii. 2018. 40(4): 423. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/mfint.40.04.0423

Abramov M.V., Turanska S.P., Gorbyk P.P. Magnetic properties of fluids based on polyfunctional nanocomposites of superparamagnetic core-multilevel shell type. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii. 2018. 40(10): 1283. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/mfint.40.04.0423

Vega-Avila E., Pugsley M.K. An overview of colorimetric assay methods used to assess survival or proliferation of mammalian cells. Proc. West Pharmacol. Soc. 2011. 54: 10.