VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г.
Главная
О Съезде
Организаторы
Программный комитет
Программа Съезда
Место проведения Съезда
Проживание
Оргвзносы
Основные даты
Регистрация
Публикации материалов Съезда
Молодежный конкурс
Контакты
Тезисы
English version
Партнеры Съезда
Правила оформления докладов

Программа Съезда

Секции и тезисы:

Механизмы действия физико-химических факторов на биологические системы

Исследование цитотоксичности нитрата серебра и серебряно-цистеиновых комплексов

Ан.А. Богданов1,2*, В.В. Клименко1, А.А. Богданов1, В.М. Моисеенко1

1.Санкт-Петербургский клинический научно-практический центр специализированных видов медицинской помощи (онкологический);
2.Институт аналитического приборостроения Российской академии наук, Санкт-Петербург, Российская Федерация;

* vip.nasa(at)bk.ru

Введение.

В настоящее время большое количество исследований посвящено изучению противоопухолевой активности наночастиц и соединений серебра, одним из которых является нитрат серебра. Однако нитрат серебра обладает системным и местным токсическим эффектом. В данной работе был предложен метод синтеза неметаллических комплексов, не содержащих токсичных нитрат-ионов, а также исследована цитотоксичность нитрата серебра и серебряно-аминокислотных комплексов.

Материалы и методы

Для определения цитотоксической активности изучаемых веществ in vitro использовалась проточная цитофлуорометрия и колориметрический МТС-тест. Разработан химический метод синтеза новых нанокомплексов серебра с цистеином. Физические свойства нанокомплексов серебра с цистеином исследованы методом динамического светорассеяния.

Результаты

Ранее в работе по изучению цитотоксической и противоопухолевой активности нитрата серебра, нами было показано, что нитрат серебра обладает цитотоксическим действием, в результате исследования было получено значение IC50 для опухолевых линий HeLa и K-562 которое в 20 раз выше, чем IC50 для нормальных МНК человека. Также было показано, что нитрат серебра обладает противоопухолевым действием в отношении солидной опухоли Эрлиха, однако соединение также обладает системными и местными токсическими эффектами [6]. Предположительно, одним их механизмов местной токсичности, является выделение азотной кислоты при взаимодействии ионов серебра с сульфид-содержащими соединениями, такими как цистеин, концентрация в крови которого в норме составляет 166,6-249,9мкМ, что, при введении нитрата серебра (без учета буферной емкости крови), может вызвать локальное уменьшение pH крови до 4 при нормальном значении 7.5. Нитрат-ион в свою очередь так же является токсичным соединением. Возможным путём уменьшения системной и местной токсичности, наблюдаемой при введении чистого нитрата серебра, является синтез неметаллических комплексов, не содержащих токсичных нитрат-ионов. Наиболее простым, доступным и физиологичным комплексообразующим веществом может выступать аминокислота цистеин, способная эффективно связывать ионы Ag+. В ходе работы была проведена разработка общей схемы синтеза, осуществлён подбор оптимальных условий синтеза и очистки таких комплексов.

При взаимодействии водного раствора цистеина с нитратом серебра при различных соотношениях R = Cys:Ag образуются наноразмерные комплексы. Гидродинамический диаметр этих комплексов для различных R был измерен методом динамического светорассеивания, также были определены значения электрокинетического потенциала полученных комплексов. Исследуемые комплексы имеют характерный размер в несколько десятков нанометром вплоть до соотношения R = 1:2, при увеличении мольной доли нитрата серебра в исходной смеси до 2.5, гидродинамический диаметр увеличивается до ~100нм, и при достижении R = 1:4 достигает микронного размера. Электрокинетический потенциал исследуемых частиц равномерно возрастает с увеличением R, при соотношении Ag:Cys = 1:1 его величина составляет 35±3.78мВ, при увеличении R до 1:4, значение электрокинетического потенциала возрастает до 52±4,4мВ. При измерение спектров ультрафиолетового и оптического поглощения полученных комплексов было показано, что значения поглощения растут вместе с увеличением отношения R на всем исследуемом интервале длин волн. Отсутствие характерного для металлических наночастиц серебра широкого пика плазмонного резонанса на  = 410нм, подтверждает неметаллическую природу синтезированных комплексов. Измеренное значение pH раствора после образования AgCys комплексов составило 1.5, что делает неочищенные комплексы непригодными как для in vivo, так и для in vitro исследований. После очистки полученных комплексов от азотной кислоты а так же остатков непрореагировавших исходных соединений значение pH полученного раствора составило 7, что говорит об отсутствии азотной кислоты и потенциальной применимости комплексов при исследование in vitro и in vivo.

На основании результатов синтеза и очистки серебряно-цистеиновых комплексов нами была выполнена работа по исследованию противоопухолевой активности данных комплексов in vitro на различных опухолевых и нормальных, человеческих и мышиных клеточных культурах. IC50 для нанокомплексов AgCys были получены для различных культур клеток: К-562 - IC50 = 22,2 ± 1,61 мкг/мл; HeLa - IC50 = 22,2±1,61 мкг/мл; 3T3b - IC50 = 22,2±1,61 мкг/мл; СТ-26 - IC50 = 9 ± 2,17 мкг/мл, токсичности в отношении МНК периферической крови человека в диапазоне исследованных концентраций не наблюдалось, что может свидетельствовать об избирательном действии в отношении опухолевых клеток.

Заключение

В результате выполненной работы был предложен метод синтеза серебряно-цистеиновых неметаллических нанокомплексов, исследованы и подобраны оптимальные условия и концентрации. На различных нормальных и опухолевых клеточных культурах человека и мыши была показана противоопухолевая активность серебряно-цистеиновых комплексов.

Работа выполнена в рамках государственного задания Комитета по здравоохранению Санкт-Петербурга для ГБУЗ «Санкт-Петербургский клинический научно-практический центр специализированных видов медицинской помощи (онкологический)»



Investigation of the cytotoxicity of silver nitrate and silver-cysteine nanocomplexes

An.A. Bogdanov1,2*, V.V. Klimenko1, A.A. Bogdanov1, V.M. Moiseyenko1

1.Saint Petersburg Clinical Research and Practical Centre of Specialized Types of Medical Care (Oncological);
2.Institute for Analytical Instrumentation of the Russian Academy of Sciences, St Petersburg, Russian Federation;

* vip.nasa(at)bk.ru

Introduction

Currently, a large number of studies are devoted to the investigation of the antitumor activity of silver nanoparticles and compounds, one of which is silver nitrate. However, silver nitrate has systemic and local toxic effects. In this work, a method was proposed for the synthesis of non-metallic complexes that do not contain toxic nitrate ions, and the cytotoxicity of silver nitrate and silver-amino acid nanocomplexes was investigated.

Materials and methods

Flow cytometry and colorimetric MTS test were used for determination of cytotoxicity of silver nitrate and silver cysteine nanocomplexes. Chemical method was developed to synthetize new silver-cysteine nanocomplexes. The physical properties of silver-cysteine nanocomplexes were studied using dynamic light scattering method.

Results

Earlier in the study of the cytotoxic and antitumor activity of silver nitrate, we showed that silver nitrate has a cytotoxic effect, as a result of the study, an IC50 value for the HeLa and K-562 tumor lines was obtained, which is 20 times higher than the IC50 for normal human MNCs. .It has also been shown that silver nitrate has an antitumor effect against Ehrlich's solid tumor, but the compound also has systemic and local toxic effects [6]. Presumably, one of the mechanisms of local toxicity is the release of nitric acid during the interaction of silver ions with sulfide-containing compounds, such as cysteine, the concentration in the blood of which is normally 166.6-249.9 μM, which, with the introduction of silver nitrate (excluding buffer capacity of blood), can cause a local decrease in blood pH to 4 at a normal value of 7.5. The nitrate ion, in turn, is also a toxic compound. A possible way to reduce the systemic and local toxicity observed with the introduction of pure silver nitrate is the synthesis of non-metallic complexes that do not contain toxic nitrate ions. The simplest, most accessible and physiological complexing substance can be the amino acid cysteine, which can effectively bind Ag + ions. In the course of the work, the development of a general synthesis scheme and the selection of the optimal conditions for the synthesis and purification of such complexes were carried out.

When an aqueous solution of cysteine interacts with silver nitrate at various ratios R = Cys/Ag, nanoscale complexes are formed. The hydrodynamic diameter of these complexes for different R was measured by the method of dynamic light scattering, and the values of the electrokinetic potential of the obtained complexes were also determined. The complexes under study have a characteristic size of several tens of nanometers up to the ratio R = 1/2; with an increase in the mole fraction of silver nitrate in the initial mixture to 2.5, the hydrodynamic diameter increases to ~ 100 nm, and upon reaching at R = 1/4 a micron size. The electrokinetic potential of the investigated particles increases uniformly with an increase in R, when the ratio R= 1/1, its value is 35 ± 3.78 mV, with an increase in R to 1/4, the value of the electrokinetic potential increases to 52 ± 4.4 mV. When measuring the spectra of ultraviolet and optical absorption of the obtained complexes, it was shown that the absorption values increase with an increase in the ratio R over the entire investigated wavelength interval. The absence of a broad plasmon resonance peak at  = 410 nm, characteristic of metallic silver nanoparticles, confirms the nonmetallic nature of the synthesized complexes. The measured pH value of the solution after the formation of AgCys nanocomplexes was 1.5, which makes the crude complexes unsuitable for both in vivo and in vitro studies. After the obtained nanocomplexes were purified from nitric acid as well as the residues of unreacted starting compounds, the pH value of the resulting solution was 7, which indicates the absence of nitric acid and the potential applicability of the complexes for in vitro and in vivo studies. Based on the results of the synthesis and purification of silver-cysteine complexes, we investigated the antitumor activity of these complexes in vitro on various tumor and normal, human and mouse cell cultures. IC50 for AgCys nanocomplexes were obtained for various cell cultures: K-562 - IC50 = 22.2 ± 1.61 μg / ml; HeLa - IC50 = 22.2 ± 1.61 μg / ml; 3T3b - IC50 = 22.2 ± 1.61 μg / ml; CT-26 - IC50 = 9 ± 2.17 μg / ml, no toxicity for MNCs of human peripheral blood was observed in the range of the studied concentrations, which could be the evidence of the selective action in relation to tumor cells.

Conclusion

As a result of this work, the method for the synthesis of silver-cysteine nonmetallic nanocomplexes was proposed, and the optimal conditions and concentrations were investigated and selected. The antitumor activity of silver-cysteine nanocomplexes was shown in various normal and tumor cell cultures of humans and mice.

This work was supported by the Health Committee of Saint Petersburg state assignment for Saint Petersburg Clinical Research and Practical Center of Specialized Types of Medical Care (Oncological).



Докладчик: Богданов Ан.А.
556
2023-02-16

Национальный комитет Российских биофизиков © 2022
National committee of Russian Biophysicists