Написати автору Підвищення ефективності протипухлинних хіміотерапевтичних лікарських засобів: фізико-хімічний фактор
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp15.03.361
Анотація
З розвитком нанотехнологій започатковано нові наукові напрямки та виконано значну кількість досліджень, присвячених створенню та пошуку перспективних застосувань в медицині, зокрема в онкології, нанокомпозитів на основі біоінертних, біосумісних і біоактивних наночастинкових матеріалів та сучасних хіміотерапевтичних препаратів різного механізму дії. Ці роботи містять дані, що свідчать про переваги впровадження нанокомпозитних лікарських засобів в клінічну практику, в порівнянні з традиційним використанням хіміотерапевтичних препаратів. Результати досліджень підтверджують пріорітетність робіт в галузі створення нових нанокомпозитних хіміотерапевтичних лікарських засобів для застосування в протипухлинній терапії та подолання лікарської резистентності злоякісних клітин і новоутворень.
Метою огляду є узагальнення і аналіз авторських експериментальних робіт, виконаних в Інституті хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України, що стосуються особливостей впливу хіміотерапевтичних препаратів різних механізмів дії та нанокомпозитів на їхній основі, на клітинні системи та пухлини. Такі дані є актуальними для визначення перспективних напрямків і шляхів створення нових ефективних нанокомпозитних лікарських засобів для застосування, зокрема, в протипухлинній хіміотерапії.
В Інституті хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України методом хімічного конструювання синтезовано магніточутливі нанокомпозити типу ядро-оболонка з багаторівневою ієрархічною наноархітектурою, здатні до виконання комплексу діагностичних і різних механізмів дії терапевтичних функцій, характерних медико-біологічним нанороботам. Їх використання дозволяє реалізувати принцип адресної доставки протипухлинних лікарських засобів, здійснювати в реальному часі локальну терапію різними методами і МРТ-діагностику захворювання, реалізувати синергізм лікування протипухлинними засобами різних механізмів дії, зменшити побічні токсичні впливи онкологічних препаратів на організм. Сукупність наведених особливостей нанокомпозитів а також їхня роль в подоланні лікарської резистентності клітин злоякісних новоутворень до цисплатину, свідчать про перспективність створення і дослідження нанокомпозитних лікарських засобів у вирішенні проблеми підвищення ефективності хіміотерапії.
Ключові слова
Повний текст:
Посилання
1. Ishikawa T., Wright C.D., Ishizuka H. GS-X pump is functionally overexpressed in cis-diamminedichloroplatinum(II)-resistant human leukemia HL-60 cells and down-regulated by cell differentiation. J. Biol. Chem. 1994. 269(46): 29085. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(19)62016-8
2. Siddik Z.H. Cisplatin: mode of cytotoxic action and molecular basis of resistance. Oncogene. 2003. 22: 7265. https://doi.org/10.1038/sj.onc.1206933
3. Yang P., Ebbert J.O., Sun Z., Weinshilboum R.M. Role of the glutathione metabolic pathway in lung cancer treatment and prognosis: A review. J. Clin. Oncol. 2006. 24(11): 1761. https://doi.org/10.1200/JCO.2005.02.7110
4. Stewart D.J. Mechanisms of resistance to cisplatin and carboplatin. Crit. Rev. Oncol. Hematol. 2007. 63(1):12. https://doi.org/10.1016/j.critrevonc.2007.02.001
5. Chekhun V.F., Lukyanova N.Yu., Burlaka A.P., Bezdenezhnykh N.A., Shpyleva S.I., Tryndyak V.P., Beland F.A., Pogribny I.P. Iron metabolism disturbances in the MCF-7 human breast cancer cells with acquired resistance to doxorubicin and cisplatin. Int. J. Oncol. 2013. 43: 1481. https://doi.org/10.3892/ijo.2013.2063
6. Shevchenko A.I., Kolesnik A.P., Kadzhoian A.V., Kuzmenko V.A. Chemoresistance factors in non-small cell lung cancer. Pathologia. 2016. 1(36): 4. [in Russian]. https://doi.org/10.14739/2310-1237.2016.1.71945
7. Zhou J., Kang Y., Chen L., Wang H., Liu J., Zeng S., Yu L. The drug-resistance mechanisms of five platinum-based antitumor agents. Front. Pharmacol. 2020. 11(343): 1. https://doi.org/10.3389/fphar.2020.00343
8. Turanska S.P., Krupska T.V., Turov V.V., Gorbyk P.P. Peculiarities of interaction of malignant cells and tumors with chemotherapeutic nanocomposite remedies. 2023. Surface. 15(30): 225. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/Surface.2023.15.225
9. Prylutska S., Politenkova S., Afanasieva K., Korolovych V., Bogutska K., Sivolob A., Skivka L., Evstigneev M., Kostjukov V., Prylutskyy Y., Ritter U. A nanocomplex of C60 fullerene with cisplatin: design, characterization and toxicity. Beilstein. J. Nanotechnol. 2017. 8: 1494. https://doi.org/10.3762/bjnano.8.149
10. Grebinyk A., Prylutska S., Buchelnikov A., Tverdokhleb N., Grebinyk S., Evstigneev M., Matyshevska O., Cherepanov V., Prylutskyy Y., Yashchuk V., Naumovets A., Ritter U., Dandekar T., Frohme M. C60 fullerene as an effective nanoplatform of alkaloid berberine delivery into leukemic cells. Pharmaceutics. 2019. 11(11): 586. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics11110586
11. Grebinyk A., Prylutska S., Grebinyk S., Prylutskyy Y., Ritter U., Matyshevska O., Dandekar T., Frohme M. Complexation with C60 fullerene increases doxorubicin efficiency against leukemic cells in vitro. Nanoscale Res. Lett. 2019. 14: 61. https://doi.org/10.1186/s11671-019-2894-1
12. Grebinyk A., Prylutska S., Grebinyk S., Ponomarenko S., Virych P., Chumachenko V., Kutsevol N., Prylutskyy Y., Ritter U., Frohme M. Drug delivery with a pH-sensitive star-like dextran-graft polyacrylamide copolymer. Nanoscale Adv. 2022. 4: 5077. https://doi.org/10.1039/D2NA00353H
13. 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
14. Abramov M.V., Petranovska A.L., Kusyak N.V., Kusyak A.P., Korniichuk 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. Funct. Mater. 2020. 27(2): 283.
15. 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 (Springer, 2018). P. 35. https://doi.org/10.1007/978-3-319-92567-7_2
16. Abramov M.V., Petranovska A.L., Pylypchuk I.V., Turanska S.P., Opanashchuk N.M., Kusyak N.V., Gorobets' S.V., Gorbyk P.P. Magnetosensitive polyfunctional nanocomposites based on magnetite and hydroxyapatite for application in oncology. Surface. 2018. 10(25): 245. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/Surface.2018.10.245
17. 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. Chapter 1. 2017. 293: 1.
18. Kusyak A.P., Petranovska A.L., Turanska S.P., Oranska O.I., Shuba Ya.M., Kravchuk D.I., Kravchuk L.I., Chornyi V.S., Bur'yanov O.A., Sobolevs'kyy Yu.L., Dubok V.A., Gorbyk P.P. Synthesis and properties of nanostructures based on lanthanum fluoride for photodynamic therapy of tumors of the cranial cavity and bone tissue. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2021. 12(3): 216. https://doi.org/10.15407/hftp12.03.216
19. Shpak A.P., Gorbyk P.P. Physics and Chemistry of Nanomaterials and Supramolecular Structures. Band 1. (Kyiv: Naukova Dumka, 2007). [in Russian].
20. Shpak A.P., Gorbyk P.P. Nanomaterials and Supramolecular Structures: Physics, Chemistry, and Applications. (Netherlands: Springer, 2009). https://doi.org/10.1007/978-90-481-2309-4
21. Gorbyk P.P., Turov V.V. Nanomaterials and Nanocomposites in Medicine, Biology, Ecology. (Kyiv: Naukova Dumka, 2011). [in Russian].
22. Patent UA 99211. Gorbyk P.P., Petranovska A.L., Turelyk M.P., Turanska S.P., Vasylieva O.A., Chekhun V.F., Luk'yanova N.Yu., Shpak A.P., Korduban O.M. Nanocapsule with nanorobot functions. 2012.
23. Gorbyk P.P., Chekhun V.F. Nanocomposites of medicobiologic destination: reality and perspectives for oncology. Funct. Mater. 2012. 19(2): 145.
24. Gorbyk P.P. Nanocomposites with functions of medico-biological nanorobots: synthesis, properties, application. Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies. 2013. 11(2): 323. [in Ukrainian].
25. 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. (NY: Nova Science Publishers, 2014).
26. Gorbyk P.P., Lerman L.B., Petranovska A.L., Turanska S.P., Pylypchuk I.V. Magnetosensitive nanocomposites with hierarchical nanoarchitecture as biomedical nanorobots: synthesis, properties, and application. In: Fabrication and Self-Assembly of Nanobiomaterials, Applications of Nanobiomaterials. (Elsevier, 2016). https://doi.org/10.1016/B978-0-323-41533-0.00010-6
27. Uvarova I.V., Gorbyk P.P., Gorobets' S.V., Ivashchenko O.A., Ulianchych N.V. Nanomaterials of Medical Destination. (Kyiv: Naukova Dumka, 2014). [in Ukrainian].
28. Gorobets' S.V., Gorobets' O.Yu., Gorbyk P.P., Uvarova I.V. Functional Bio- and Nanomaterials of Medical Destination. (Kyiv: Kondor, 2018). [in Ukrainian].
29. Gorbyk P.P. Medico-biological nanocomposites with nanorobot functions: state of investigation, development and prospects of practical introduction. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2020. 11(1): 128. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/hftp11.01.128
30. Kusyak A.P., Kusyak N.V., Oranska O.I., Kulyk T.V., Dzubenko L.S., Palianytsia B.B., Dudarko O.A., Korniichuk N.M., Petranovska A.L., Gorbyk P.P. Magnetosensitive nanocomposite Fe3O4/Al2O3/C: Synthesis and properties. Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies. 2023. 21(2): 427.
31. Kusyak N.V., Kusyak A.P., Dudarko O.A., Korniichuk N.M., Petranovska A.L., Gorbyk P.P. Adsorption of doxorubicin on the surface of magnetically sensitive nanocomposite Fe3O4/Al2O3/C. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2023. 751(1): 10. https://doi.org/10.1080/15421406.2022.2073525
32. Abramov M.V., Turanska S.P., Gorbyk P.P. Magnetic properties of superparamagnetic core-shell type nanocomposites. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2018. 40(4): 423. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/mfint.40.04.0423
33. Abramov M.V., Turanska S.P., Gorbyk P.P. Magnetic properties of fluids based on polyfunctional nanocomposites of superparamagnetic core-multilevel shell type. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2018. 40(10): 1283. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/mfint.40.10.1283
34. Abramov M.V., Turanska S.P., Gorbyk P.P. Specific surface area optimization of nanoarchitecture of magnetosensitive nanocomposites of superparamagnetic core-multilevel shell type for application in oncology. Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies. 2020. 18(3): 505. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/nnn.18.03.505
35. Patent UA 112490. Chekhun V.F., Luk'yanova N.Yu., Gorbyk P.P., Todor I.M., Petranovska A.L., Boshyts'ka N.V., Bozhko I.V. Antitumor ferromagnetic nanocomposite. 2016.
36. Kusyak A.P., Petranovska A.L., Turanska S.P., Oranska O.I., Shuba Ya.M., Kravchuk D.I., Kravchuk L.I., Chornyi V.S., Bur'yanov O.A., Sobolevs'kyy Yu.L., Dubok V.A., Gorbyk P.P. Synthesis and properties of nanostructures based on lanthanum fluoride for photodynamic therapy of tumors of the cranial cavity and bone tissue. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2021. 12(3): 216. https://doi.org/10.15407/hftp12.03.216
37. Kusyak A.P., Petranovska A.L., Turanska S.P., Oranska O.I., Shuba Ya.M., Kravchuk D.I., Kravchuk L.I., Nazarenko V.G., Kravchuk R.M., Chornyi V.S., Bur'yanov O.A., Sobolevs'kyy Yu.L., Dubok V.A., Gorbyk P.P. Synthesis and properties of X-ray luminescent nano-disperse lanthanum phosphate activated with terbium. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni.. 2022. 13(4): 425. https://doi.org/10.15407/hftp13.04.425
38. Kravchuk D.I., Sotkis G.V., Shcherbatiuk M.M., Kravchuk R.M., Nazarenko V.G., Gorbyk P.P., Shuba Y.M. Induction of A549 nonsmall-cell lung cancer cells proliferation by photoreleased nicotine. Photochem. Photobiol. 2023. 99(1): 78. https://doi.org/10.1111/php.13652
39. Kusyak A., Petranovska A., Oranska O., Turanska S., Shuba Ya., Kravchuk D., Kravchuk L., Sotkis G., Nazarenko V., Kravchuk R., Dubok V., Bur'yanov O., Chornyi V., Sobolevs'kyy Yu., Gorbyk P. Synthesis and properties of nanodispersed luminescent structures based on lanthanum fluoride and phosphate for optopharmacology and photodynamic therapy of tumor diseases localized in cranial organs and bone tissues. Chapter 3. In: What to Know about Lanthanum. (Nova Science Publishers, Inc., 2023).
40. Kusyak A.P., Petranovska A.L., Dubok V.A., Chornyi V.S., Bur'yanov O.A., Korniichuk N.M., Gorbyk P.P. Adsorption immobilization of chemotherapeutic drug cisplatin on the surface of sol-gel bioglass 60S. Funct. Mater. 2021. 28(1): 97.
41. Kusyak A.P., Oranska O.I., Marcin Behunova D., Petranovska A.L., Chornyi V.S., Bur'yanov O.A., Dubok V.A., Gorbyk P.P. XRD, EDX and FTIR study of the bioactivity of 60S glass doped with La and Y under in vitro conditions. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2023. 14(1): 93. https://doi.org/10.15407/hftp14.01.093
42. Kusyak A., Poniatovskyi V., Oranska O., Marcin Behunova D., Melnyk I., Dubok V., Chornyi V., Bur'yanov O., Gorbyk P. Nanostructured sol-gel bioactive glass 60S: In vitro study of bioactivity and antibacterial properties in combination with vancomycin. J. Non-Cryst. Solids X. 2023. 20: 100200. https://doi.org/10.1016/j.nocx.2023.100200
Hallakher D. A new discovery in the field of antibiotics is called revolutionary. BBC NEWS Ukraine. 2015, January 10. [in Ukrainian]. https://www.bbc.com/ukrainian/health/2015/01/150110_new_antibyotics_or
43. Gun'ko V.M., Turov V.V., Gorbyk P.P. Water at Interface. (Kyiv: Naukova Dumka, 2008). [in Russian].
44. Doxorubicin hydrochloride. European Pharmacopoeia. Sixth Edition, 2005.
45. Turanska S.P., Kusyak A.P., Petranovska A.L., Gorobets' S.V., Turov V.V., Gorbyk P.P. Cytotoxic activity of magnetocarried nanocomposites based on doxorubicin with the example of Saccharomyces cerevisiae cells. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2016. 7(2): 236. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/hftp07.02.236
46. 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 fluids based on them. J. Nanostruct. Chem. 2016. 6: 223. https://doi.org/10.1007/s40097-016-0196-z
47. Kievit F.M., Wang F.Y., Fang C., Mok H., Wang K., Silber J.R., Ellenbogen R.G., Zhang M. Doxorubicin loaded iron oxide nanoparticles overcome multidrug resistance in cancer in vitro. J. Control. Release. 2011. 152(1): 76. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2011.01.024
48. Chekhun V.F., Lukianova N.Yu., Todor I.M., Storchai D.M., Borikun T.V., Naleskina L.A., Kusiak A.P., Petranovska A.L., Horbyk P.P. Pharmacokinetics and biological effects of ferromagnetic nanocomposite in rats with sensitive and Ddp-resistant Guerin's carcinoma. Toxicology and Applied Pharmacology Insights. 2018. 1(1): 1.
49. Certificate TTR 58159. Gorbyk P.P., Abramov M.V., Petranovska A.L., Pylypchuk I.V., Vasylieva O.A. Temporary technological regulations for production of magnetic fluid. 2015. [in Ukrainian].
50. Certificate TTR U 20.5-03291669-002:2018. Gorbyk P.P., Petranovska A.L., Abramov M.V. Temporary technological regulations for production of magnetic fluid containing cisplatin. 2018. [in Ukrainian].
51. Chekhun V.F., Lukyanova N.Yu., Burlaka A.P., Bezdenezhnykh N.A., Shpyleva S.I., Tryndyak V.P., Beland F.A., Pogribny I.P. Iron metabolism disturbances in the MCF-7 human breast cancer cells with acquired resistance to doxorubicin and cisplatin. Int. J. Oncol. 2013. 43: 1481. https://doi.org/10.3892/ijo.2013.2063
52. Lukyanova N.Yu. Experimental basis for use of ferromagnetic nanocomposite in overcoming of tumor cells resistance to cisplatin. Doctoral (Biol.) Thesis. 14.01.07 / R.E. Kavetsky IEPOR of NAS of Ukraine. (Kyiv, 2015). [in Ukrainian].
53. Plentz R.R., Malek N.P. Systemic therapy of cholangiocarcinoma. Visceral Medicine. 2016. 32(6): 427. https://doi.org/10.1159/000453084
54. Jain A., Kwong L.N., Javle M. Genomic profiling of biliary tract cancers and implications for clinical practice. Current Treatment Options in Oncology. 2016. 17(11): 58. https://doi.org/10.1007/s11864-016-0432-2
55. Arias J.L., Reddy L.H., Couvreur P. Fe3O4 / chitosan nanocomposite for magnetic drug targeting to cancer. J. Mater. Chem. 2012. 22: 7622. https://doi.org/10.1039/c2jm15339d
56. Popescu R.C., Andronescu E., Vasile B.S., Trusca R., Boldeiu A., Mogoanta L., Mogosanu G.D., Temelie M., Radu M., Grumezescu A.M., Savu D. Fabrication and cytotoxicity of gemcitabine-functionalized magnetite nanoparticles. Molecules. 2017. 22(7): 1080. https://doi.org/10.3390/molecules22071080
57. Iglesias G.R., Reyes-Ortega F., Fernandez B.L.C., Delgado Á.V. Hyperthermia-triggered gemcitabine release from polymer-coated magnetite nanoparticles. Polymers. 2018. 10(3): 269. https://doi.org/10.3390/polym10030269
58. Tan M., Yu D. Molecular mechanisms of erbB2-mediated breast cancer chemoresistance. Adv. Exp. Med. Biol. 2007. 608: 119. https://doi.org/10.1007/978-0-387-74039-3_9
59. Santin A.D., Bellone S., Roman J.J., McKenney J.K., Pecorelli S. Trastuzumab treatment in patients with advanced or recurrent endometrial carcinoma overexpressing HER2/neu. Int. J. Gynaecol. Obstet. 2008. 102(2): 128. https://doi.org/10.1016/j.ijgo.2008.04.008
60. 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. https://doi.org/10.15407/hftp10.04.419
61. Turanska S.P., Opanashchuk N.M., Petranovska A.L., Kusyak N.V., Tarasiuk B.I., Gorobets' S.V., Turov V.V., Gorbyk P.P., Abramov M.V. Synthesis, properties and application of nanocomposites based on gemcitabine in cancer therapy. Surface. 2019. 11(26): 577. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/Surface.2019.11.577
62. Gorbyk P.P., Petranovska A.L., Dmytrenko O.P., Pavlenko O.L., Pundyk I.P., Busko T.O., Pinchuk-Rugal T.M., Lesiuk A.I., Goncharenko N.A., Honcharova O.O., Denis L.V., Strelchuk V.V., Kulish M.P. Adsorption mechanisms of gemcitabine molecules on the surface of Fe3O4 nanoparticles with biocompatible coatings. In: Nanooptics and Photonics, Nanochemistry and Nanobiotechnology, and Their Applications. Springer Proceedings in Physics. 2020. 247: 195. https://doi.org/10.1007/978-3-030-52268-1_15
63. Korniichuk N.M., Turanska S.P., Petranovska A.L., Abramov M.V., Gorbyk P.P., Luk'yanova N.Yu., Kusyak N.V., Chekhun V.F. Magnetically sensitive nanocomposites for targeted antitumor therapy with application of gemcitabine. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2020. 11(4): 528. https://doi.org/10.15407/hftp11.04.528
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp15.03.361
Copyright (©) 2024 S. P. Turanska, T. V. Krupska, V. V. Turov, P. P. Gorbyk
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.