Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Взаимодействие нанокластерного железосодержащего полиоксометаллата с доксорубицином

Ю.А. Губарев1, Н.Ш. Лебедева1, М.О. Тонкушина2, И.Д. Гагарин2, А.Я. Голуб2, А.А. Остроушко2

1 ФГБУН «Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН»
2 НИИ физики и прикладной математики института естественных наук и математики ФГАОУ ВО «Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»

DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.841

Оригинальная статья

Аннотация: Актуальной проблемой в области адресной доставки лекарственных веществ являются аспекты, относящиеся к транспорту высокотоксичных препаратов, обладающих нежелательными побочными эффектами, в частности противоопухолевых. Были рассчитаны термодинамические параметры комплексообразования нанокластерного полиоксометаллата {Mo72Fe30}, перспективного в качестве средства адресной доставки лекарств, и широко применяемого в клинической практике цитостатика–доксорубицина. Взаимодействие доксорубицина {Mo72Fe30} сопровождалось экзотермическим эффектом, что говорит об энергетически выгодном образовании комплекса. Кинетика процесса высвобождения доксорубицина из комплекса в буферном растворе с pH , соответствующим значению pH крови, была изучена методом люминесцентной спектроскопии. Были определены константы скорости процессов деструкции {Mo72Fe30} в комплексе, сопровождающейся высвобождением доксорубицина, и дальнейшего комплексообразования высвободившегося доксорубицина с продуктами распада {Mo72Fe30}. В будущем возможно управление скоростью высвобождения доксорубицина путем дополнительной стабилизации {Mo72Fe30} , например, путем его ассоциации с альбумином.

Ключевые слова: нанокластерные полиоксометаллаты, доксорубицин, комплексообразование, адресная доставка, наночастицы, константа скорости, термодинамические параметры

  • Губарев Юрий Александрович – к.х.н., научный сотрудник лаборатории Физической химии растворов макроциклических соединений, ФГБУН «Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН»
  • Лебедева Наталья Шамильевна – д.х.н., ведущий научный сотрудник лаборатории Физической химии растворов макроциклических соединений , ФГБУН «Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН»
  • Тонкушина Маргарита Олеговна – к.х.н., научный сотрудник отдела химического материаловедения, НИИ физики и прикладной математики института естественных наук и математики ФГАОУ ВО «Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»
  • Гагарин Илья Димитриевич – младший научный сотрудник отдела химического материаловедения, НИИ физики и прикладной математики института естественных наук и математики ФГАОУ ВО «Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»
  • Голуб Алексей Яковлевич – ассистент кафедры аналитической химии и химии окружающей среды, Института естественных наук и математики ФГАОУ ВО «Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»
  • Остроушко Александр Александрович – д.х.н., профессор, профессор кафедры физической и неорганической химии института естественных наук и математики, главный научный сотрудник, заведующий отделом химического материаловедения, НИИ физики и прикладной математики института естественных наук и математики ФГАОУ ВО «Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Ссылка на статью:

Губарев, Ю.А. Взаимодействие нанокластерного железосодержащего полиоксометаллата с доксорубицином / Ю.А. Губарев, Н.Ш. Лебедева, М.О. Тонкушина, И.Д. Гагарин, А.Я. Голуб, А.А. Остроушко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2021. — Вып. 13. — С. 841-851. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.841.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Müller, A. Archimedean synthesis and magic numbers: «sizing» giant molybdenum-oxide-based molecular spheres of the keplerate type / A. Müller, S. Sarkar, S.Q.N. Shah et al. // Angewandte Chemie International Edition. – 1999. – V. 38. – I. 21. – P. 3238-3241. DOI: 10.1002/(SICI)1521-3773(19991102)38:21<3238::AID- ANIE3238>3.0.CO;2-6.
2. Cui J. Magnetic {Mo72Fe30} -embedded hybrid nanocapsules / J. Cui, D. Fan, J. Hao // Journal of Colloid and Interface Science. – 2009. – V. 330. – I. 2. – P. 488-492. DOI: 10.1016/j.jcis.2008.10.075.
3. Ostroushko, A.A. The physicochemical properties and influence on living organisms of nanocluster polyoxomolybdates as prospective bioinspired substances (based on materials from the plenary lecture) / A.A. Ostroushko, I.D. Gagarin, K.V. Grzhegorzhevskii et al. // Journal of Molecular Liquids. – 2020. – V. 301. – Art. № 110910. – 23 p. DOI: 10.1016/j.molliq.2019.110910.
4. Fan, D. Magnetic aligned vesicles / D. Fan, J. Hao // Journal of Colloid and Interface Science. – 2010. – V. 342. – I. 1. – P. 43-48. DOI: 10.1016/j.jcis.2009.10.013.
5. Zhao, W. Self-assembled magnetic viruslike particles for encapsulation and delivery of deoxyribonucleic acid / W. Zhao, H. Sun, Y. Wang et al. // Langmuir. – 2018. – V. 34. – I. 24. – P. 7171-7179. DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b01445.
6. Liu, T. Deprotonations and charges of well-defined {Mo72Fe30} nanoacids simply stepwise tuned by ph allow control/variation of related self-assembly processes / T. Liu, B. Imber, E. Diemann et al. // Journal of the American Chemical Society. – 2006. – V. 128. – I. 49. – P. 15914-15920. DOI: 10.1021/ja066133n.
7. Li, D. Tuning the surface hydrophobicity of Keplerate {Mo72Fe30} porous molecular capsules by surface ligand-replacement process / D. Li, J.M. Pigga, G. Liu et al. // Journal of Cluster Science. – 2017. – V. 28. – I. 2. – P. 745-755. DOI: 10.1007/s10876-016-1105-9.
8. Ostroushko, A. Association of spherical porous nanocluster keplerate-type polyoxometalate {Mo72Fe30} with biologically active substances / A. Ostroushko, I. Gagarin, M. Tonkushina, K. Grzhegorzhevskii, O. Russkikh // Journal of Cluster Science. – 2018. – V. 29. – I. 1. – P. 111-120. DOI: 10.1007/s10876-017-1304-z.
9. Остроушко, А.А. Исследование возможности введения железо-молибденовых букиболов в организм методом электрофореза / А.А. Остроушко, И.Ф. Гетте, И.Г. Данилова и др. // Российские нанотехнологии. – 2014. – Т. 9. – № 9-10. – С. 101-105.
10. Гагарин, И.Д. Физико-химические аспекты электропереноса нанокластерных полиоксоанионов кеплератного типа в нативных мембранах / И.Д. Гагарин, Н.А. Кулеш, М.О. Тонкушина, Д.А. Власов, А.А. Остроушко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2017. – Вып. 9. – С. 147-152. DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.147.
11. Пат. 2671077 Российская Федерация G09B 23/28 (2006.01); A61K 33/26 (2006.01); B82B 1/00 (2006.01) Способ коррекции постгеморрагической анемии / Гетте И.Ф., Тонкушина М.О., Гржегоржевский К.В., Гагарин И.Д., Данилова И.Г., Остроушко А.А.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела УрО РАН. – № 2008140563/15; заявл. 13.10.08; опубл. 20.12.10, Бюл. № 31. – 14 с.
12. Barenholz, Y.(C.) Doxil® – the first FDA-approved nano-drug: lessons learned / Y.(C.) Barenholz // Journal of Controlled Release. – 2012. – V. 160. – I. 2. – P. 117-134. DOI: 10.1016/j.jconrel.2012.03.020.
13. Yang, R. Preparation of folic acid-conjugated, doxorubicin-loaded, magnetic bovine serum albumin nanospheres and their antitumor effects in vitro and in vivo / R. Yang, Y. An, F. Miao et al. // International Journal of Nanomedicine. – 2014. – V. 9. – I. 1. – P. 4231-4243. DOI: 10.2147/IJN.S67210.
14. Cao, X. Hyaluronic acid-modified multiwalled carbon nanotubes for targeted delivery of doxorubicin into cancer cells / X. Cao, L. Tao, S. Wen, W. Hou, X. Shi // Carbohydrate Research. – 2015. – V. 405. – P. 70-77. DOI: 10.1016/j.carres.2014.06.030.
15. Mdlovu, N.B. Formulation and in-vitro evaluations of doxorubicin loaded polymerized magnetic nanocarriers for liver cancer cells / N.B. Mdlovu, K.-S. Lin, M.-T. Weng et al. // Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. – 2021. – V. 126. – P. 278-287. DOI: 10.1016/j.jtice.2021.06.059.
16. Viale, M. New doxorubicin nanocarriers based on cyclodextrins / M. Viale, V. Giglio, M. Monticone et al. // Investigational New Drugs. – 2017. – V. 35. – I. 5. – P. 539-544. DOI: 10.1007/s10637-017-0461-0.
17. Fojtu, M. Reduction of doxorubicin-induced cardiotoxicity using nanocarriers: a review / M. Fojtu,J. Gumulec, T. Stracina et al. // Current Drug Metabolism. – 2017. – V. 18. – I. 3. – P. 237-263. DOI: 10.2174/1389200218666170105165444.
18. Vasconcelos, I.B. Cytotoxicity and slow release of the anti-cancer drug doxorubicin from ZIF-8 / I.B. Vasconcelos, T.G. da Silva, G.C.G. Militão et al. // RSC Advances – 2012. – V. 2. – I. 25. – P. 9437. DOI:10.1039/c2ra21087h.
19. Ostroushko, A.A. Physicochemical and biochemical properties of the Keplerate-Type nanocluster polyoxomolybdates as promising components for biomedical use / A.A. Ostroushko, K.V. Grzhegorzhevskii, S.Yu. Medvedeva et al. // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. – 2021. – V. 12. – Вып. 1. – P. 81- 112. DOI: 10.17586/2220-8054-2021-12-1-81-112.
20. Haghiralsadat, F. A comprehensive mathematical model of drug release kinetics from nano-liposomes, derived from optimization studies of cationic PEGylated liposomal doxorubicin formulations for drug-gene delivery / F. Haghiralsadat, G. Amoabediny, M.N. Helder et al. // Artificial Cells, Nanomedicine, and Biotechnology. – 2018. – V. 46. – I. 1. – P. 169-177. DOI: 10.1080/21691401.2017.1304403.
21. Natarajan, J.V. Sustained-release from nanocarriers: a review / J.V. Natarajan, C. Nugraha, X.W. Ng et al. // Journal of Controlled Release. – 2014. – V. 193. – P. 122-138. DOI: 10.1016/j.jconrel.2014.05.029.
22. Лебедева, Н.Ш. Дифференциальный автоматический калориметр титрования / Н.Ш. Лебедева, К.В. Михайловский, А.И. Вьюгин // Журнал физической химии. – 2001. – T. 75. – № 6. – С. 1140-1142.
23. Остроушко, А.А. Термохимическое исследование взаимодействия нанокластерных полиоксомолибдатов с полимерами в пленочных композициях / А.А. Остроушко, А.П. Сафронов, М.О.Тонкушина // Журнал физической химии. – 2014. – Т. 88. – № 2. – С. 306-311. DOI: DOI: 10.7868/S0044453714020204.
24. Остроушко, А.А. Взаимодействие нанокластерного полиоксометаллата Mo132 с растворителями / А.А. Остроушко, А.П. Сафронов, М.О. Тонкушина, В.Ю. Коротаев, А.Ю. Барков // Журнал физической химии. – 2014. – Т. 88. – № 12. – С. 1977-1980. DOI: 10.7868/S0044453714120231.
25. Chen, A. Simultaneous determination of ΔG, ΔH and ΔS by an automatic microcalorimetric titration technique. Application to protein ligand binding / A. Chen, I. Wadsö // Journal of Biochemical and Biophysical Methods. – 1982. – V. 6. – I. 4. – P. 307-316. DOI: 10.1016/0165-022X(82)90012-4.
26. Fiallo, M.M.L. Solution structure of iron(III)−anthracycline complexes / M.M.L. Fiallo, H. Drechsel, A. Garnier-Suillerot, B.F. Matzanke, H. Kozlowski // Journal of Medicinal Chemistry. – 1999. – V. 42. – I. 15. – P. 2844-2851. DOI: 10.1021/jm981057n.
27. Kiraly, R. Metal ion binding to daunorubicin and quinizarin / R. Kiraly, R.B. Martin // Inorganica Chimica Acta. – 1982. – V. 67. – P. 13-18. DOI: 10.1016/S0020-1693(00)85033-1.
28. Gosálvez, M. Quelamycin, a new derivative of adriamycin with several possible therapeutic advantages / M. Gosálvez, M.F. Blanco, C. Vivero et al. // European Journal of Cancer (1965). – 1978. – V. 14. – I. 11. – P. 1185-1190. DOI: 10.1016/0014-2964(78)90224-4.
29. Anand, R. Host–guest interactions in Fe (III)-Trimesate MOF Nanoparticles Loaded with Doxorubicin / R. Anand, F. Borghi, F. Manoli et al. // The Journal of Physical Chemistry B. – 2014. – V. 118. – I. 29. – P. 8532-8539. DOI: 10.1021/jp503809w.
30. Остроушко, А.А. Деструкция нанокластерных полиоксометаллатов на основе молибдена в водных растворах / А.А. Остроушко, М.О. Тонкушина // Журнал физической химии. – 2015. – Т. 89. – № 3. – С. 440-443. DOI: 10.7868/S004445371503022X.
31. Тонкушина, М.О. Деструкция полиоксометаллата {Mo72Fe30} как транспортного агента в средах, моделирующих кровь, его стабилизация альбумином / М.О. Тонкушина, И.Д. Гагарин, О.В. Русских, К.А. Белозерова, А.А. Остроушко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 885-892. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.885.
32. Jabłońska-Trypuć,A. Newly synthesized doxorubicin complexes with selected metals – synthesis, structure and anti-breast cancer activity / A. Jabłońska-Trypuć, G. Świderski, R. Krętowski, W. Lewandowski // Molecules. – 2017. – V. 22. – I. 7. – Art. № 1106. – 21 p. DOI: 10.3390/molecules22071106.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒