ЛИПИДНЫЕ НАНО- И МИКРОЧАСТИЦЫ ДЛЯ ДОСТАВКИ ПРОТИВОРАКОВЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 615.014.6 : 615.032 : 54.057

Мищенко Е.В., Гилёва А.М., Сапач А.Ю., Курбанова Л.А., Марквичева Е.А., Королёва М.Ю.

ЛИПИДНЫЕ НАНО- И МИКРОЧАСТИЦЫ ДЛЯ ДОСТАВКИ ПРОТИВОРАКОВЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Мищенко Екатерина Валерьевна1, магистрант 2 года кафедры наноматериалов и нанотехнологии, e-mail: mishchenkoek@list.ru;

Гилёва Анастасия Михайловна2, инженер-исследователь лаборатории биомедицинских материалов; Сапач Анастасия Юрьевна2,3, магистрант 1 года обучения кафедры физико-химической биологии и биотехнологии;

Курбанова Лейли Азатовна1,2, студент 4 года обучения кафедры биотехнологии и промышленной экологии; Марквичева Елена Арнольдовна2, д.х.н., гл. науч. сотр. руководитель лаборатории биомедицинских материалов; Королёва Марина Юрьевна1, д.х.н., профессор кафедры наноматериалов и нанотехнологии;

1 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047 Москва, Миусская пл., д. 9

2 Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва, Россия

3 Московский физико-технический институт, Долгопрудный, Россия

Доставка лекарственных веществ в раковые клетки остается актуальной задачей на сегодняшний день. В настоящей работе были получены твердые липидные наночастицы разных размеров, исследованы разные способы получения этих частиц, а также проникновение, распределение и цитотоксичность твердых липидных наночастиц разного размера в раковых клетках.

Ключевые слова: твердые липидные наночастицы, адресная доставка лекарственных средств, раковые клетки.

LIPID NANO- AND MICROPARTICLES FOR DELIVERY OF ANTI-CANCER DRUG COMPOUNDS

Mishchenko E.V.1, Gilyova A.M.2, Sapach A.Yu.2,3, Kurbanova L.A.1,2, Markvicheva E.A.2, Koroleva M.Y.1

1 Mendeleev University of Chemical Technology, Moscow, Russia

2 Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Moscow, Russia

3 Moscow Institute of Physics and Technology, Dolgoprudny, Russia

Delivery of drugs to cancer cells remains an urgent task today. In the present work, solid lipid nanoparticles of different sizes were obtained, different methods of obtaining these particles were studied, as well as the penetration, distribution and cytotoxicity of solid lipid nanoparticles of different sizes in cancer cells.

Keywords: solid lipid nanoparticles, drug delivery, cancer cells.

Коллоидные липидные системы (например, < наноэмульсии, липосомы) активно исследуются в ] фармацевтических целях [1]. Основными ] недостатками этих систем являются такие проблемы, ] как агрегация и раннее высвобождение лекарственных средств [2-4]. Эти недостатки могут быть частично преодолены при использовании ] твердых наночастиц [5]. Твердые липидные ] наночастицы (ТЛН) в качестве доставки ] лекарственных средств обладают рядом преимуществ: низкая токсичность, <

биосовместимость, повышенная биодоступность лекарственных средств, улучшенное распределение в тканях [6]. ТЛН могут быть получены при ] использовании низкоэнергетических и

высокоэнергетических методов [1].

В данной работе для получения ТЛН были < использованы метод температурной инверсии фаз и ] высокотемпературной гомогенизации. Было ] проведено определение условий получения ТЛН,

стабилизированных смесью неионогеннымх ПАВ; изучена цитотоксичность ТЛН, загруженных модельным противоопухолевым липофильным препаратом тимохиноном (TQ) методом МТТ-теста.

Для получения наночастиц методом температурной инверсии фаз смесь стеариновая кислота- Tween 60 + Span 60 - водный раствор NaCl помещали в нагретый до 85°С термостат на 8 мин. После этого смесь охлаждали на ледяной бане при непрерывном перемешивание на магнитной мешалке со скоростью 1000 об/мин до полного остывания.

Исследована зависимость диаметра частиц дисперсной фазы от суммарной концентрации ПАВ. Концентрация стеариновой кислоты - 25 об.%; суммарная концентрация Tween 60 + Span 60 варьировалась от 5,0 до 12,5 об.%. Объемное соотношение Tween 60 / Span 60 равно 1:1. Распределения ТЛН по размерам частиц приведены на рисунке 1.

Рис. 1. Распределения ТЛН по размерам; суммарная концентрация Tween 60 и Span 60: а) 12,5 об.% ; б) 5 об.%. Концентрация стеариновой кислоты - 25 об.%,

Сразу после получения ТЛН с концентрацией ПАВ 12,5 об.% размер частиц составлял 32±3 нм. Через 1 сут размер частиц не изменился, но через 2 сут средний диаметр частиц составлял 48±4 нм, что говорит о начале процесса агрегации.

Размер ТЛН, полученных при концентрации ПАВ 5 об.%, после получения составлял 38±3 нм, но через сутки происходило образование агрегатов размером более 3 мкм.

v(-C-O)

Для подтверждения состава полученных образцов был использован метод ИК-спектроскопии. На рисунке 2 представлен ИК-спектр образцов ТЛН, полученных при температуре 85 °С, с суммарной концентрацией Tween 60 и Span 60 - 12,5 об.%, а также ИК-спектры Tween 60, Span 60 и стеариновой кислоты.

_ тлч

Spaa 60 Tween 60

Стеариновая кислота

I v(-C-CO-C-) /

900

1 400

1 900

2 400 2 900

Длина волны, см1 Рис. 2. ИК-спектры ТЛН, Tween 60, Span 60 и стеариновой кислоты

3 400

На ИК-спектре присутствуют характерные полосы для Tween 60: полоса при 1100 см-1 соответствует колебанию кето-группы, узкий пик при 950 см-1 и 1350 см-1 характерен для циклических эпоксидных групп, а пики при 2850 и 2900 и 3440 см-1 относятся к колебанию связей v(-С-Н) в простых алифатических соединениях. Последние характерны также для Span 60. Однако широкий интенсивный пик ТЛН в области 3400 см-1 соответствует колебанию водной фазы.

Пики при 1150 и 1470 см-1 относятся к колебанию циклических групп v(-С-О-С-) и гидроксильных групп соответственно и характеризуют встраивание Span 60 в структуру полученных ТЛН. Узкая полоса при 1700 см-1 характеризует колебание карбоновой группы и также свидетельствует о наличии стеариновой кислоты в структуре ТЛН. Полученный ИК-спектр

образца ТЛН доказывает встраивание всех исходных компонентов в структуру наночастиц.

Было исследовано получение ТЛН методом горячей гомогенизации. Смесь стеариновая кислота -Tween 60 + Span 60 - водный раствор NaCl помещали в нагретый до 80 °С термостат на 25 мин.После чего смесь гомогенизировалась верхнеприводной мешалкой со скоростью 3000 об/мин. Далее смесь охлаждали при непрерывном перемешивание на магнитной мешалке при комнатной температуре со скоростью 200 об/мин до полного остывания.

При концентрации стеариновой кислоты 10 об.% и концентрации ПАВ 5 об.% средний размер частиц составлял 780±80 нм (рис. 3), однако система была нестабильна и частицы агрегировали через 24 ч.

¿«few ■

500 нм

40 35 30 25 20 15 10 5 0

0 сут

1 сут

а\ —•

гл —1 « Ф

«л г I

<х>

^О —' Т О 00 00 — cl тГ

о

с\ &

Oi —I о

о a «J

с о «

(Ч m ГП

Диаметр, нм

Рис. 3. Микрофотография ТЛН, полученная с помощью оптического микроскопа (а) и распределения ТЛН по размерам (б). Концентрация стеариновой кислоты - 10 об.%, ПАВ - 5 об.%

Цитотоксичность ТЛН, загруженных модельным противоопухолевым липофильным препаратом TQ разной степени разбавления (в 40, 50, 80, 100, 160, 320, 640 раз) была оценена с помощью МТТ-теста (рис. 4). Были изучены образцы 3 размеров: 35 и 100 нм, полученных методом температурной инверсии фаз, и 800 нм, полученных методом высокотемпературной гомогенизации. Концентрация тимохинона была равной 500 мкг на 1 мл суспензии, содержащей 25

об.% ТЛН. После добавления ТЛН к клеткам MCF-7 система инкубировалась в течение 48 ч при температуре 37°С.

Из полученных результатов видно, что токсичность загруженных тимохиноном ТЛН зависит от их размера. Так, наибольшую токсичность проявляют ТЛН диаметром 35 нм, тогда как носители диаметром 800 нм значительно менее токсичны.

100

IC50-

ьг о

0>

с

*

X

s 3

X

s

*

M X

ТО, мкг/мл

Рис. 4. Цитотоксичность ТЛН разного диаметра Цитотоксичность нагруженных лекарством 3. ТЛН увеличивается с уменьшение размеров частиц в ряду 800 <100 < 35 нм, что связано с размерным эффектом. Это может быть обусловлено действием различных факторов: электростатическое взаимодействие наночастиц с мембраной клеток, 4. накопление в цитоплазме, взаимодействие с органеллами и др.

— SLN36+TQ

— SLN100+TQ SLNm)0+TQ

Список литературы

1. Королева М. Ю., Юртов Е. В. Наноэмульсии: свойства методы получения и перспективные области применения // Успехи химии. - 2012. -Т. 81, № 1. - С. 21-43.

2. Koroleva M., Nagovitsina T., Yurtov E. Nanoemulsions stabilized by non-ionic surfactants: stability and degradation mechanisms // Physical Chemistry Chemical Physics. - 2018. - Vol. 20. - P. 10369-10377.

5.

6.

после 48 ч инкубирования с клетками MCF-7 Королева М. Ю., Наговицына Т. Ю, Быданов Д. А., Юртов Е. В. Прямые наноэмульсии, стабилизированные смесями неионогенных ПАВ // Бутлеровские сообщения. - 2014. - Т. 38, № 4. - С. 119-125.

Koroleva M.Y., Nagovitsina T.Y., Yurtov E.V. Properties of nanocapsules obtained from oil-in-water nanoemulsions // Mendeleev Communications. - 2015. - Vol 25. - P. 389-390. Koroleva M.Y., Nagovitsina T.Y., Bydanov D.A., Gorbachevski O.S. Nano- and microcapsules as drug-delivery systems // Resource-Efficient Technologies. - 2016. - Vol. 2. - P. 233-239. Мищенко Е.В., Гилева А.М., Марквичева Е.А., Королёва М.Ю., Юртов Е.В. Исследование проникновения наноэмульсий в раковые клетки методом конфокальной микроскопии // Успехи в химии и химической технологии. -2018. -Т. 22, № 10. - C. 36-37.