Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)


Для цитирования:

Шестакова Л. Н., Галочкина Н. Е., Трушина Д. Б., Клапшина Л. Г., Лермонтова С. А., Балалаева И. В., Шилягина Н. Ю. Субмикронные частицы ватерита, загруженные фотосенсибилизатором порфиразиновой природы, для фотодинамической терапии клеток карциномы мочевого пузыря // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2023. Т. 23, вып. 1. С. 56-67. DOI: 10.18500/1817-3020-2023-23-1-56-67, EDN: XFFREE

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
01.03.2023
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 219)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
577.344.3
EDN: 
XFFREE

Субмикронные частицы ватерита, загруженные фотосенсибилизатором порфиразиновой природы, для фотодинамической терапии клеток карциномы мочевого пузыря

Авторы: 
Шестакова Лидия Николаевна, Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского
Галочкина Наталия Евгеньевна, Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского
Трушина Дарья Борисовна, Первый Московский государственный медицинский университет имени И. М. Сеченова
Клапшина Лариса Григорьевна, Институт металлоорганической химии им. Г. А. Разуваева Российской академии наук
Лермонтова Светлана Алексеевна, Институт металлоорганической химии им. Г. А. Разуваева Российской академии наук
Балалаева Ирина Владимировна, Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского
Шилягина Наталья Юрьевна, Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского
Аннотация: 

Рак мочевого пузыря входит в десятку самых распространенных онкологических заболеваний, обусловливающих высокий процент смертельных исходов. Фотодинамическая терапия является одним из перспективных способов лечения этого заболевания. Для повышения эффективности фотодинамической терапии необходимо обеспечить селективную доставку фотосенсибилизатора в опухоль. Одним из подходов к повышению избирательности накопления фотосенсибилизатора является использование различных транспортных систем доставки. В частности, в качестве такой системы большой интерес представляют нано- и микрочастицы карбоната кальция в полиморфной модификации ватерит.

Целью данной работы было исследование субмикронных частиц ватерита(Vp) в качестве агентов для избирательной доставки фотосенсибилизатора тетракис(4-бензилоксифенил)тетрацианопорфиразина (PzBn) на клеточной культуре карциномы мочевого пузыря человека Т24. Было показано, что процент загрузки PzBn в частицы ватерита составляет более девяти процентов. Продемонстрировано, что PzBnVp характеризуется низкой темновой токсичностью при высокой фотодинамической активности. По полученным данным частицы ватерита могут рассматриваться как перспективные агенты для избирательной доставки фотосенсибилизатора PzBn при терапии рака мочевого пузыря.

Благодарности: 
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (грант № 0729-2020-0061).
Список источников: 
  1. Jain P., Kathuria H., Momin M. Clinical therapies and nano drug delivery systems for urinary bladder cancer // Pharmacology & Therapeutics. 2021. Vol. 226. Article number 107871. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2021.107871
  2. Sung H., Ferlay J., Siegel R. L., Laversanne M., Soerjomataram I., Jemal A., Bray F. Global Cancer Statistics 2020: GLOBOCAN Estimates of Incidence and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries // CA : A Cancer Journal for Clinicians. 2021. Vol. 71, iss. 3. P. 209–249. https://doi.org/10.3322/caac.21660
  3. DeGeorge K. C., Holt H. R., Hodges S. C. Bladder Cancer: Diagnosis and Treatment // American Family Physician. 2017. Vol. 96, iss. 8. P. 507–514.
  4. Railkar R., Agarwal P. K. Photodynamic Therapy in the Treatment of Bladder Cancer: Past Challenges and Current Innovations // European Urology Focus. 2018. Vol. 4, iss. 4. P. 509–511. https://doi.org/10.1016/j.euf.2018.08.005
  5. Al-Omari S. Toward a molecular understanding of the photosensitizer-copper interaction for tumor destruction // Biophys Rev. 2013. Vol. 5, iss. 4. P. 305–311. https://doi.org/10.1007/s12551-013-0112-4
  6. Kruger C. A., Abrahamse H. Utilisation of Targeted Nanoparticle Photosensitiser Drug Delivery Systems for the Enhancement of Photodynamic Therapy // Molecules. 2018. Vol. 23, iss. 10. Article number 2628. https://doi.org/10.3390/molecules23102628
  7. Du Y., Chen B. Combination of drugs and carriers in drug delivery technology and its development // Drug Design, Development and Therapy. 2019. Vol. 13. P. 1401–1408. https://doi.org/10.2147/dddt.s198056
  8. He X. W., Liu T., Chen Y. X., Cheng D. J., Li X. R., Xiao Y., Feng Y. L. Calcium carbonate nanoparticle delivering vascular endothelial growth factor-C siRNA effectively inhibits lymphangiogenesis and growth of gastric cancer in vivo // Cancer Gene Ther. 2008. Vol. 15, iss. 3. P. 193–202. https://doi.org/10.1038/sj.cgt.7701122
  9. Peng C., Zhao Q., Gao C. Sustained delivery of doxorubicin by porous CaCO3 and chitosan/alginate multilayers-coated CaCO3 microparticles // Colloids and Surfaces A : Physicochemical and Engineering Aspects. 2010. Vol. 353, iss. 2. P. 132–139. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2009.11.004
  10. Sato K., Seno M., Anzai J.-I. Release of Insulin from Calcium Carbonate Microspheres with and without Layerby-Layer Thin Coatings // Polymers. 2014. Vol. 6, iss. 8. P. 2157–2165. https://doi.org/10.3390/polym6082157
  11. Begum G., Reddy T. N., Kumar K. P., Dhevendar K., Singh S., Amarnath M., Misra S., Rangari V. K., Rana R. K. In Situ Strategy to Encapsulate Antibiotics in a Bioinspired CaCO3 Structure Enabling pH-Sensitive Drug Release Apt for Therapeutic and Imaging Applications // ACS Applied Materials & Interfaces. 2016. Vol. 8, iss. 34. P. 22056–22063. https://doi.org/10.1021/acsami.6b07177
  12. Lengert E., Verkhovskii R., Yurasov N., Genina E., Svenskaya Y. Mesoporous carriers for transdermal delivery of antifungal drug // Materials Letters. 2019. Vol. 248. P. 211–213. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.04.028
  13. Boedtkjer E., Pedersen S. F. The Acidic Tumor Microenvironment as a Driver of Cancer // Annual Review of Physiology. 2020. Vol. 82. P. 103–126. https://doi.org/10.1146/annurev-physiol-021119-034627
  14. Zhang X., Lin Y., Gillies R. J. Tumor pH and its measurement // Journal of Nuclear Medicine. 2010. Vol. 51, iss. 8. P. 1167–1170. https://doi.org/10.2967/jnumed.109.068981
  15. Chiang P. H., Fan C. H., Jin Q., Yeh C. K. Enhancing Doxorubicin Delivery in Solid Tumor by Superhydrophobic Amorphous Calcium Carbonate-Doxorubicin Silica Nanoparticles with Focused Ultrasound // Mol. Pharmaceutics. 2022. Vol. 19, iss. 11. P. 3894–3905. https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.2c00384
  16. Sudareva N., Suvorova O., Saprykina N., Vlasova H., Vilesov A. Doxorubicin delivery systems based on doped CaCO3 cores and polyanion drug conjugates // J. Microencapsul. 2021. Vol. 38, iss. 3. P. 164–176. https://doi.org/10.1080/02652048.2021.1872724
  17. Ibiyeye K. M., Nordin N., Ajat M., Zuki A. B. Z. Ultrastructural Changes and Antitumor Effects of Doxorubicin/Thymoquinone-Loaded CaCO3 Nanoparticles on Breast Cancer Cell Line // Front Oncol. 2019. Vol. 9. Article number 599. https://doi.org/10.3389/fonc.2019.00599
  18. Khan M. W., Zou C., Hassan S., Din F. U. Cisplatin and oleanolic acid Co-loaded pH-sensitive CaCO3 nanoparticles for synergistic chemotherapy // RSC Advances. 2022. Vol. 12, iss. 23. P. 14808–14818. https://doi.org/10.1039/d2ra00742h
  19. Zhao P., Li M., Chen Y., He C., Zhang X., Fan T., Yang T., Lu Y., Lee R. J., Ma X., Luo J., Xiang G. Selenium-doped calcium carbonate nanoparticles loaded with cisplatin enhance efficiency and reduce side effects // International Journal of Pharmaceutics. 2019. Vol. 570. Article number 118638. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2019.118638
  20. Hammadi N. I., Abba Y., Hezmee M. N. M., Razak I. S. A., Kura A. U., Zakaria Z. A. B. Evaluation of in vitro efficacy of docetaxel-loaded calcium carbonate aragonite nanoparticles (DTX–CaCO3NP) on 4T1 mouse breast cancer cell line // In Vitro Cellular & Developmental Biology. 2017. Vol. 53, iss. 10. P. 896–907. https://doi.org/10.1007/s11626-017-0197-3
  21. Qiu N., Yin H., Ji B., Klauke N., Glidle A., Zhang Y., Song H., Cai L., Ma L., Wang G., Chen L., Wang W. Calcium carbonate microspheres as carriers for the anticancer drug camptothecin // Materials Science and Engineering : C. 2012. Vol. 32, iss. 8. P. 2634–2640. https://doi.org/10.1016/j.msec.2012.08.026
  22. Dong Q., Li J., Cui L., Jian H., Wang A., Bai S. Using porous CaCO3/hyaluronic acid nanocages to accommodate hydrophobic photosensitizer in aqueous media for photodynamic therapy // Colloids and Surfaces A : Physicochemical and Engineering Aspects. 2017. Vol. 516. P. 190–198. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.12.027
  23. Svenskaya Y. I., Pavlov A. M., Gorin D. A., Gould D. J., Parakhonskiy B. V., Sukhorukov G. B. Photodynamic therapy platform based on localized delivery of photosensitizer by vaterite submicron particles // Colloids and Surfaces B : Biointerfaces. 2016. Vol. 146. P. 171–179. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2016.05.090
  24. Zhao P., Tian Y., You J., Hu X. Recent Advances of Calcium Carbonate Nanoparticles for Biomedical Applications // Bioengineering. 2022. Vol. 9, iss. 11. Article number 691. https://doi.org/10.3390/bioengineering9110691
  25. Trofimov A. D., Ivanova A. A., Zyuzin M. V., Timin A. S. Porous Inorganic Carriers Based on Silica, Calcium Carbonate and Calcium Phosphate for Controlled / Modulated Drug Delivery: Fresh Outlook and Future Perspectives // Pharmaceutics. 2018. Vol. 10, iss. 4. Article number 167. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics10040167
  26. Izquierdo M. A., Vyšniauskas A., Lermontova S. A., Grigoryev I. S., Shilyagina N. Y., Balalaeva I. V., Klapshina L. G., Kuimova M. K. Dual use of porphyrazines as sensitizers and viscosity markers in photodynamic therapy // Journal of Materials Chemistry B. 2015. Vol. 3, iss. 6. P. 1089–1096. https://doi.org/10.1039/C4TB01678E
  27. Lermontova S. A., Grigor’ev I. S., Peskova N. N., Ladilina E. Y., Balalaeva I. V., Klapshina L. G., Boyarskii V. P. New promising porphyrazine-based agents for optical theranostics of cancer // Russian Journal of General Chemistry. 2017. Vol. 87, iss. 3. P. 479–484. https://doi.org/10.1134/S1070363217030173
  28. Trushina D. B., Bukreeva T. V., Antipina M. N. SizeControlled Synthesis of Vaterite Calcium Carbonate by the Mixing Method: Aiming for Nanosized Particles // Crystal Growth & Design. 2016. Vol. 16, iss. 3. P. 1311–1319. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b01422
  29. Shilyagina N. Y., Plekhanov V., Shkunov I. V., Shilyagin P. A., Dubasova L. V., Brilkina А. А., Sokolova Е. А., Turchin I. V., Balalaeva I. V. LED Light Source for in vitro Study of Photosensitizing Agents for Photodynamic Therapy // Sovremennye tekhnologii v meditsine. 2014. Vol. 6, iss. 12. P. 15–22.
  30. Trushina D. B., Borodina T. N., Artemov V. V., Bukreeva T. V. Immobilization of Photoditazine on Vaterite Porous Particles and Analysis of the System Stability in Model Media // Technical Physics. 2018. Vol. 63, iss. 9. P. 1345–1351. https://doi.org/10.1134/S1063784218090220
  31. Svenskaya Y., Parakhonskiy B., Haase A., Atkin V., Lukyanets E., Gorin D., Antolini R. Anticancer drug delivery system based on calcium carbonate particles loaded with a photosensitizer // Biophys. Chem. 2013. Vol. 182. P. 11–15. https://doi.org/10.1016/j.bpc.2013.07.006
  32. Svenskaya Y. I., Navolokin N. A., Bucharskaya A. B., Terentyuk G. S., Kuz’mina A. O., Burashnikova M. M., Maslyakova G. N., Lukyanets E. A., Gorin D. A. Calcium carbonate microparticles containing a photosensitizer photosens: Preparation, ultrasound stimulated dye release, and in vivo application // Nanotechnologies in Russia. 2014. Vol. 9, iss. 7. P. 398–409. https://doi.org/10.1134/S1995078014040181
  33. Correia J. H., Rodrigues J. A., Pimenta S., Dong T., Yang Z. Photodynamic Therapy Review: Principles, Photosensitizers, Applications, and Future Directions // Pharmaceutics. 2021. Vol. 13, iss. 9. Article number 1332. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics13091332
  34. Piskorz J., Lijewski S., Gierszewski M., Gorniak K., Sobotta L., Wicher B., Tykarska E., Düzgüneє N., Konopka K., Sikorski M., Gdaniec M., Mielcarek J., Goslinski T. Sulfanyl porphyrazines: Molecular barrellike self-assembly in crystals, optical properties and in vitro photodynamic activity towards cancer cells // Dyes and Pigments. 2017. Vol. 136. P. 898–908. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2016.09.054
  35. Wieczorek E., Mlynarczyk D. T., Kucinska M., Dlugaszewska J., Piskorz J., Popenda L., Szczolko W., Jurga S., Murias M., Mielcarek J., Goslinski T. Photophysical properties and photocytotoxicity of free and liposome-entrapped diazepinoporphyrazines on LNCaP cells under normoxic and hypoxic conditions // European Journal of Medicinal Chemistry. 2018. Vol. 150, iss. P. 64–73. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2018.02.064
  36. Piskorz J., Konopka K., Düzgüneş N., Gdaniec Z., Mielcarek J., Goslinski T. Diazepinoporphyrazines containing peripheral styryl substituents and their promising nanomolar photodynamic activity against oral cancer cells in liposomal formulations // ChemMedChem. 2014. Vol. 9, iss. 8. P. 1775–1782. https://doi.org/10.1002/cmdc.201402085
  37. Krasnopeeva E. L., Melenevskaya E. Y., Klapshina L. G., Shilyagina N. Y., Balalaeva I. V., Smirnov N. N., Smirnov M. A., Yakimansky A. V. Poly(methacrylic Acid)-Cellulose Brushes as Anticancer Porphyrazine Carrier // Nanomaterials. 2021. Vol. 11, iss. 8. Article number 1997. https://doi.org/10.3390/nano11081997
  38. Synatschke C. V., Nomoto T., Cabral H., Förtsch M., Toh K., Matsumoto Y., Miyazaki K., Hanisch A., Schacher F. H., Kishimura A., Nishiyama N., Müller A. H., Kataoka K. Multicompartment micelles with adjustable poly(ethylene glycol) shell for efficient in vivo photodynamic therapy. ACS Nano, 2014, vol. 8, iss. 2, pp. 1161–1172. https://doi.org/10.1021/nn4028294
Поступила в редакцию: 
23.12.2022
Принята к публикации: 
10.01.2023
Опубликована: 
01.03.2023