Суперпарамагнитные частицы оксида железа покрытые различными оболочками интересны как материал для контрастирования в магниторезонансной томографии. В данной работе были получены наночастицы оксида железа Fe3O4 (FeO и Fe2O3) , покрытые цитратом натрия (TSC-IONP). Наночастицы были получены путем химического осаждения оксида гидратом аммония из водного раствора смеси солей хлоридов трехвалентного и двухвалентного железа по методике, описанной в публикации [1]. Наночастицы образуют самоорганизующиеся стабильные кластеры размером ~10 и 50–80 нм, состоящие из НЧ размером 3 нм. Стабильность контролировали с помощью метода многоуглового динамического светорассеяния и дзета-потенциала, который составлял -32±2 мВ.

Кластеры из TSC-IONP могут разрушаться при добавлении в раствор лизоцима (лизоцим куриного яичного белка, HEWL) и достаточно быстро в течении нескольких минут из наночастиц и белка образуются агрегаты, достигающие микронных размеров. Эти агрегаты стабильны в течении десятков минут. Белок, находящийся в агрегатах не теряет своей ферментативной активности и может быть выделен обратно при помощи механической тряски.

Такую агрегацию наблюдали несколькими методами: многоугловым динамическим светорассеянием, оптическим поглощением, флуоресцентной спектроскопией, ТЭМ и оптической микроскопией. Также были использованы FTIR и Рамановская спектроскопия, но они не выявили различий между нативным белком и агрегатами с НЧ.

Важно отметить, что концентрации НЧ, при которых происходила агрегация белков, также были токсичными для клеток. Отмечалось резкое снижение выживаемости фибробластов мыши (концентрация Fe ~ 75–100 мкМ), при этом увеличивалось отношение апоптотических ко всем погибшим клеткам. Также при низких концентрациях НЧ наблюдалось увеличение размеров клеток, а также уменьшение митохондриального мембранного потенциала. Исследуемые наночастицы оксида железа из-за цитотоксичности можно использовать как материал для контрастирования только при малых концентрациях <50мкМ. Однако, показанные при взаимодействии с молекулами HEWL эффекты позволяет использовать TSC-IONP в других медико-биологических задачах. Например, для доставки белковых лекарственных средств, или с помощью магнитных полей концентрировать наночастицы в опухолевых тканях.



Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-22-00951, https://rscf.ru/project/22-22-00951/



1. Akopdzhanov, A.G.; Shimanovskii, N.L.; Borisova, A.I.; Parshin, V.A.; Frolov, G.A. Magnetic Ferrite Nanoparticles as a Possible Platform for Magnetic-Resonance Contrast Agents. Pharm. Chem. J. 2020, 53, 1164-1167, doi:10.1007/s11094-020-02141-x.

Superparamagnetic iron oxide particles coated with various shells are of interest as a contrast material in magnetic resonance imaging. In this work, nanoparticles of iron oxide Fe3O4 (FeO and Fe2O3) coated with sodium citrate (TSC-IONP) were obtained. Nanoparticles were obtained by the chemical precipitation of oxide with ammonium hydrate from an aqueous solution of a mixture of ferric and ferrous chloride salts according to the procedure described in [1]. Nanoparticles form self-organizing stable clusters ~10 and 50–80 nm in size, consisting of NPs 3 nm in size. Stability was controlled using the method of multi-angle dynamic light scattering and zeta potential, which was -32±2 mV.

Clusters from TSC-IONP can be destroyed when lysozyme (chicken egg protein lysozyme, HEWL) is added to a solution, and aggregates reaching micron sizes are formed from nanoparticles and protein quite quickly within a few minutes. These aggregates are stable for tens of minutes. The protein in the aggregates does not lose its enzymatic activity and can be released back using mechanical shaking.

Such aggregation was observed by several methods: multiangle dynamic light scattering, optical absorption, fluorescence spectroscopy, TEM, and optical microscopy. Rana spectroscopy and FTIR were also used, but the latter methods revealed almost no differences.

It is important to note that the concentrations of NPs at which protein aggregation occurred were also toxic to cells. There was a sharp decrease in the survival of mouse fibroblasts (Fe concentration ~ 75–100 μM), while the ratio of apoptotic to all dead cells increased. Also, at low concentrations of NPs, an increase in cell size was observed, as well as a decrease in the mitochondrial membrane potential. The investigated iron oxide nanoparticles due to cytotoxicity can be used as a material for contrasting only at low concentrations <50 μM. However, the effects shown during interaction with HEWL molecules make it possible to use nanoparticles in other biomedical problems. For example, they can be used to deliver protein drugs or concentrated in tumor tissues using magnetic fields.



This research was funded by the Russian Science Foundation grant No. 22-22-00951, https://rscf.ru/en/project/22-22-00951/



1. Akopdzhanov, A.G.; Shimanovskii, N.L.; Borisova, A.I.; Parshin, V.A.; Frolov, G.A. Magnetic Ferrite Nanoparticles as a Possible Platform for Magnetic-Resonance Contrast Agents. Pharm. Chem. J. 2020, 53, 1164-1167, doi:10.1007/s11094-020-02141-x.