УДК 536.23:546.59:546.05:615
DOI: 10.36871/vet.zoo.bio.202511314

Авторы

Софья Владимировна Горшунова,
Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К. И. Скрябина, Москва, Россия; Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии имени Н. И. Вавилова, Саратов, Россия
Екатерина Александровна Смирнова,
Юлия Игоревна Пигарева,
Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К. И. Скрябина, Москва, Россия

Аннотация

Применение наночастиц в различных областях фармакологии связано со многими уникальными их свойствами. Наиболее актуальными вопросами в современной медицинской практике являются разработка и применение новых препаратов для лечения рака. Данное исследование посвящено оценке возможности применения различных наночастиц в зависимости от их формы, размера, магнитных свойств и элементного состава. Сравнительная оценка противоопухолевой активности наночастиц золота и селена показывает особенности и перспективы использования каждого вида наночастиц. В частности, наночастицы золота известны своей высокой биосовместимостью и эффективностью в лечении рака благодаря способности поглощать свет и преобразовывать его в тепло, что позволяет применять их в фототермической терапии. Наночастицы селена обладают антиоксидантной активностью, включая влияние на нервную и сердечно-сосудистые системы; имеют высокие биосовместимость и терапевтическую эффективность за счет усвоения селена организмом и восполнения дефицита данного микроэлемента и повышения его концентрации, что активизирует многие метаболические процессы. Селен встраивается в широкий спектр ферментов и увеличивает эффективность антиоксидантной системы организма. В работе отражены и систематизированы основные факторы применения наночастиц при онкологических заболеваниях: повышение эффективности таргетной доставки наночастиц золота и селена за счет оптимизации размера, формы и заряда частиц; повышение специфичности лигандов и антител за счет создания стабильной оболочки; оптимизация внутриклеточной транспортировки биологически активных компонентов; цитотоксические эффекты и селективное разрушение клеток за счет тепло-опосредованной абляции.

Ключевые слова

наночастицы, селен, золото, таргетная доставка, онкопротекторные свойства

Список литературы

  1. Alfranca G., Artiga Á., Stepien G. et al. Gold nanoprism-nanorod face off: comparing the heating efficiency, cellular internalization and thermoablation capacity // Nanomedicine. 2016. Vol. 11 (22). Pp. 2903–2916. https://doi.org/10.2217/nnm-2016-0257.
  2. Ali M. R., Wu Y., Han T. et al. Simultaneous time-dependent surface-enhanced raman spectroscopy, metabolomics, and proteomics reveal cancer cell death mechanisms associated with gold nanorod photothermal therapy // J Am Chem Soc. 2016. Vol. 138. P. 15434– 15442. https://doi.org/10.1021/jacs.6b08787.
  3. Ali W., Benedetti R., Handzlik J. et al. The innovative potential of selenium-containing agents for fighting cancer and viral infections // Drug Discovery Today. 2021. Vol. 26 (1). Pp. 256–263. https://doi.org/10.1016/j. drudis.2020.10.014.
  4. Alle M., Sharma G., Lee S-H. et al. Next-generation engineered nanogold for multimodal cancer therapy and imaging: a clinical perspectives // J Nanobiotechnol. 2022. Vol. 20. P. 222. https://doi.org/10.1186/ s12951-022-01402-z.
  5. Alvarez-Perez M., Ali W., Marc M. A. et al. Selenides and diselenides: a review of their anticancer and chemopreventive activity // Molecules. 2018. Vol. 23. P. 628. https://doi. org/10.3390/molecules23030628.
  6. Amendola V., Pilot R., Frasconi M. et al. Surface plasmon resonance in gold nanoparticles: a review // J Phys Condens Matter. 2017. Vol. 29. P. 203002. https:// doi.org/10.1088/1361-648X/aa60f3.
  7. Biju V. Chemical modifications and bioconjugate reactions of nanomaterials for sensing, imaging, drug delivery and therapy // Chem Soc Rev. 2014. Vol. 43. Pp. 744–764. https://doi.org/10.1039/C3CS60273G.
  8. Chen H., Kou X., Yang Z. et al. Shapeand size-dependent refractive index sensitivity of gold nanoparticles // Langmuir. 2008. Vol. 24. Pp. 5233–5237. https://doi. org/10.1021/la800305j.
  9. Child H. W., Hernandez Y., Conde J. et al. Gold nanoparticle-siRNA mediated oncogene knockdown at RNA and protein level, with associated gene effects. Nanomedicine (Lond). 2015. Vol. 10. Pp. 2513–2525. https://doi.org/10.2217/nnm.15.95.
  10. Conde J., Bao C., Tan Y. et al. Dual targeted immunotherapy via in vivo delivery of biohybrid RNAi-peptide nanoparticles to tumor-associated macrophages and cancer cells // Adv Funct Mater. 2015. Vol. 25. Pp. 4183–4194. https://doi.org/10.1002/adfm.201501283.
  11. Conde J., Oliva N., Atilano M. et al. Self-assembled RNA-triplehelix hydrogel scaffold for microRNA modulation in the tumor microenvironment // Nat Mater. 2016. Vol. 15. Pp. 353–363. https://doi. org/10.1038/nmat4497.
  12. Conde J., Tian F., Hernandez Y. et al. RNAi-based glyconanoparticles trigger apoptotic pathways for in vitro and in vivo enhanced cancer-cell killing // Nanoscale. 2015. Vol. 7. Pp. 9083–3091. https://doi. org/10.1039/C4NR05742B.
  13. Dong Y., Love K. T., Dorkin J. R. et al. Lipopeptide nanoparticles for potent and selective siRNA delivery in rodents and nonhuman primates // Proc Natl Acad Sci USA. 2014. Vol. 111. Pp. 3955–3960. https://doi. org/10.1073/pnas.1322937111.
  14. Dreaden E. C., Austin L. A., Mackey M. A. et al. Size matters: gold nanoparticles in targeted cancer drug delivery // Ther Deliv. 2012. Vol. 3 (4). Pp. 457–478. https:// doi.org/10.4155/tde.12.21.
  15. Garbo S., Maione R., Tripodi M. et al. Next RNA therapeutics: the mine of non-coding // Int J Mol Sci. 2022. Vol. 23(13). P. 7471. https://doi.org/10.3390/ijms23137471.
  16. Hariharan S., Dharmaraj S. Selenium and selenoproteins: It’s role in regulation of inflammation // Inflammopharmacology. 2020. https://doi.org/10.1007/s10787-020-00690-x.
  17. Heira L. A., Rambo C., Gomes M. J. et al. Nanoparticles and phototherapy combination as therapeutic alternative in prostate cancer: a scoping review // Eur J Pharmacol. 2022. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2022.175421.
  18. Hou W., Dong H., Zhang X. et al. Selenium as an emerging versatile player in heterocycles and natural // Drug Discovery Today. 2022. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2022.03.020.
  19. Hou X., Yang C., Zhang L et al. Killing colon cancer cells through PCD pathways by a novel hyaluronic acid-modified shellcore nanoparticle loaded with RIP3 in combination with chloroquine // Biomaterials. 2017. Vol. 124. Pp. 195–210. https://doi. org/10.1016/j.biomaterials.2016.12.032.
  20. Huang Y., He L., Liu W. et al. Selective cellular uptake and induction of apoptosis of cancer-targeted selenium nanoparticles // Biomaterials. 2013. Vol. 34. Pp. 7106– 7116. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2013.04.067.
  21. Jawaid P., Rehman M. U., Hassan M. A. et al. Effect of platinum nanoparticles on cell death induced by ultrasound in human lymphoma U937 cells // Ultrason Sonochem. 2016. Vol. 31. Pp. 206–215. https://doi. org/10.1016/j.ultsonch.2015.12.013.
  22. Kong L., Yuan Q., Zhu H. et al. The suppression of prostate LNCaP cancer cells growth by selenium nanoparticles through Akt/ Mdm2/AR controlled apoptosis // Biomaterials. 2011. Vol. 32 (27). Pp. 6515– 6522. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.05.032.
  23. Krivovichev V. G., Krivovichev S. V., Charykova M. V. Selenium minerals: structural and chemical diversity and complexity // Minerals. 2019. Vol. 9. P. 455. https:// doi.org/10.3390/min9070455.
  24. Lenardão E. J. Santi C., Sancineto L. New frontiers in organoselenium compounds. Cham, Switzerland: Springer, 2018. https:// doi.org/10.1007/978-3-319-92405-2
  25. Liao G., Tang J., Wang D. et al. Selenium nanoparticles (SeNPs) have potent antitumor activity against prostate cancer cells through the upregulation of miR-16 // World J Surg Oncol. 2020. Vol. 18 (1). P. 81. https:// doi.org/10.1186/s12957-020-01850-7.
  26. Liu Y., Crawford B. M., Vo-Dinh T. Gold nanoparticles-mediated photother- mal therapy and immunotherapy // Immunotherapy. 2018. https://doi.org/10.2217/imt2018-0029.10.2217/imt-2018-0029.
  27. Ma X., Cheng Y., Huang Y. et al. PEGylated gold nano- prisms for photothermal therapy at low laser power density // RSC Adv. 2015. Vol. 5. Pp. 81682–81688. https://doi. org/10.1039/C5RA17385J.
  28. Madni A., Rehman S., Sultan H. et al. Mechanistic approaches of internalization, subcellular trafficking, and cytotoxicity of nanoparticles for targeting the small intestine // AAPS PharmSciTech. 2020. Vol. 22 (1). P. 3. https://doi.org/10.1208/s12249-020-01873-z.
  29. Mitusova K. A., Rogova A., Gerasimova E. N. et al. Theoretical simulation and experimental design of selenium and gold incorporated polymer-based microcarriers for ROS-mediated combined photothermal therapy // J Colloid Interface Sci. 2023. Vol. 1 (643). Pp. 232–246. https://doi. org/10.1016/j.jcis.2023.04.020.
  30. Mizrachi A., Shamay Y., Shah J. et al. Tumor-specific PI3K inhibition via nanoparticle-targeted delivery in head and neck squamous cell carcinoma // Nat Commun. 2017. Vol. 8. P. 14292. https://doi.org/10.1038/ ncomms14292.
  31. Nie T. Q., Wu H. L., Wong K. H. et al. Facile synthesis of highly uniform selenium nanoparticles using glucose as the reductant and surface decorator to induce cancer cell apoptosis // J Mater Chem B. 2016. Vol. 4. Pp. 2351–2358. https://doi. org/10.1039/C5TB02710A.
  32. Perrone D., Monteiro M., Nunes J. C. The chemistry of selenium. In Selenium; food and nutritional components. Chapter.
  33. Radomska D., Czarnomysy R., Radomski D. et al. Selenium compounds as novel potential anticancer agents // Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22. P. 1009. https://doi. org/10.3390/ijms22031009.
  34. Ranganathan R., Madanmohan S., Kesavan A. et al. Nanomedicine: towards development of patient-friendly drug-delivery systems for oncological applications // Int J Nanomed. 2012. Vol. 7. Pp. 1043–1060. https://doi.org/10.2147/IJN.S25182.
  35. Resnier P., Galopin N., Sibiril Y. et al. Efficient ferrocifen anticancer drug and Bcl-2 gene therapy using lipid nanocapsules on human melanoma xenograft in mouse // Pharmacol Res. 2017. https://doi. org/10.1016/j.phrs.2017.01.031.
  36. Sotiropoulos M., Henthorn N. T., Warmenhoven J. W. et al. Modelling direct DNA damage for gold nanoparticle enhanced proton therapy // Nanoscale. 2017. Vol. 9. Pp. 18413–18422. https://doi.org/10.1039/ C7NR07310K.
  37. Sperling R. A., Gil P. R., Zhang F. et al. Biological applications of gold nanoparticles // Chem Soc Rev. 2008. Vol. 37 (9). Pp. 1896– 1908. https://doi.org/10.1039/b712170a.
  38. Subhan M. A., Yalamarty S. S. K., Filipczak N. et al. Recent advances in tumor targeting via EPR effect for cancer treatment // J Pers Med. 2021. Vol. 11 (6). P. 571. https:// doi.org/10.3390/jpm11060571.
  39. Suganya K. S., Govindaraju K., Kumar V. G. et al. Pectin mediated gold nanoparticles induces apoptosis in mammary adenocarcinoma cell lines // Int J Biol Macromol. 2016. Vol. 93. Pp. 1030–1040. https://doi. org/10.1016/j.ijbiomac.2016.08.086.
  40. Tian H., Zhang T., Qin S. et al. Enhancing the therapeutic efficacy of nanoparticles for cancer treatment using versatile targeted strategies // J Hematol Oncol. 2022. Vol. 15 (1). P. 132. https://doi.org/10.1186/s13045- 022-01320-5.
  41. Varlamova E. G., Turovsky E. A. The main cytotoxic effects of methylseleninic acid on various cancer cells // Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22. P. 6614. https://doi.org/10.3390/ ijms22126614.
  42. Vijayaraghavan P., Liu C. H., Vankayala R. et al. Designing multi-branched gold nanoechinus for NIR light activated dual modal photodynamic and photothermal therapy in the second biological window // Adv Mater. 2014. https://doi.org/10.1002/ adma.201400703.
  43. Yang W., Xia B., Wang L. et al. Shape effects of gold nanoparticles in photothermal cancer therapy // Mater Today Sustain. 2021. Vol. 1 (13). P. 100078. https:// doi.org/10.1016/j.mtsust.2021.100078.
  44. Ye R., Huang J., Wang Z. et al. The role and mechanism of essential selenoproteins for homeostasis // Antioxidants. 2022. https:// doi.org/10.3390/antiox11050973.
  45. Yu H., Yang Z., Li F. et al. Cell-mediated targeting drugs delivery systems // Drug Deliv. 2020. Vol. 27 (1). Pp. 1425–1437. https://doi.org/10.1080/10717544.2020.183 1103.
  46. Zhang M., Gao S., Yang D. et al. Influencing factors and strategies of enhancing nanoparticles into tumors in vivo // Acta Pharm Sin B. 2021. Vol. 11 (8). Pp. 2265–2285. https://doi.org/10.1016/j. apsb.2021.03.033.