VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г. |
Программа СъездаСекции и тезисы:
Медицинская биофизика. НейробиофизикаИсследование биодоступности новых наноэмульсий модифицированных куркумином и наночастицами диоксида церияА.Д. Широких1, Е.А. Замятина2, В.А. Аникина2, Е.В. Мищенко1, М.Ю. Королева1, Н.Р. Попова2* 1.Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева; 2.Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН; * nellipopovaran(at)gmail.com Повышение биодоступности ряда активных соединений органической и неорганической природы является актуальной задачей современной биомедицины. Известно, что некоторые перспективные для биомедицинского применения соединения имеют плохую растворимость в воде, что потенциально ограничивает их использование. Одним из таких соединений является куркумин, который обладает противовоспалительной, антиоксидантной, противомикробной, ранозаживляющей, противораковой активностями. Кроме того, показано, что в определенных условиях куркумин может проявлять цитотоксичность по отношению к нормальным клеткам, индуцируя окислительный стресс. Однако, было установлено, что при получении комплекса куркумин с нанокристаллическим диоксидом церия, последний нивелировал токсичность куркумина по отношению к нормальным клеткам, благодаря инактивации активных форм кислорода, но сохранял свое терапевтическое действие относительно раковых клеток. Нанокристаллический диоксид церия обладает уникальными физико-химическими свойствами и является неорганическим антиоксидантом, который способен выполнять функцию некоторых оксидоредуктаз: каталазы, супероксиддисмутазы, оксидазы и фосфатазы. Известно, что наноцерий способен усиливать антибактериальные, антиоксидантные и ранозаживляющие свойства наноэмульгеля с куркумином при заживлении ран. Таким образом, одной из важных задач является разработка эффективных форм куркумина и его комплексов с целью повышения их биодоступности и терапевтического эффекта для медицинского применения. Для достижения этой задачи могут быть использованы наноэмульсии (НЭ), применяемые в качестве систем-носителей для инкапсуляция активных компонентов, увеличения их биодоступности без потери их активности. В данной работе были получили новые наноэмульсии на основе углеводородного масла, модифицированные куркумином и наночастицами диоксида церия, исследовали ее свойства и токсические эффекты в системах in vitro и in vivo.
При синтезе НЭ, для их стабилизации использовали смесь неионогенных ПАВ - Tween 60 и Span 60. Анализ размеров капель дисперсной фазы наноэмульсий и частиц CeO2 производили методом динамического светорассеяния (Zeta SizerNano, Malvern). Средний диаметр капель наноэмульсии составлял 60±10 нм. При инкорпорировании 4 мас.% куркумина размер первичных капель оставался неизменным, однако, наблюдалось присутствие агрегатов 210±30 нм. Частицы CeO2 (20±5 нм), включаемые в состав наноэмульсий как без, так и с куркумином, приводили к образованию более крупных агрегатов - 1500±200 нм, при этом средний диаметр первичных капель так же оставался неизменным. Однако в наноэмульсиях с куркумином наблюдалось более широкое распределение по размерам. Далее было проведено комплексное исследование токсичности 4 видов полученных наноэмульсий (1 - NE; 2 - NE+CNP; 3 - NE+curcumin; 4 - NE+curcumin+CNP) in vitro на мышиных эмбриональных фибробластов (MEF) по определнию дегидрогеназной активности методом МТТ и соотношению количества живых и мертвых клеток (окрашивание флуоресцентными красителями Hoechst 33342 и пропидиум йодид). Установлено, что метаболическая активность мышиных эмбриональных фибробластов (MEF) при инкубации со всеми исследуемыми НЭ в концентрации 1% от 24 до 72 ч достоверно снижается на 40-90% относительно контрольной группы. Метаболическая активность MEF при инкубации с НЭ в концентрации 0,0001% от 24 до 72 ч достоверно не отличается от контроля. В группе NE+CNP к 72ч метаболическая активность MEF возрастает на 30% относительно контроля, тогда как в группе NE+curcumin к 72ч отмечается снижение метаболической активности на 15% относительно контроля. Данный эффект может быть связан с тем, что куркумин мог частично сегрегировать на поверхности масляных капель в НЭ. Было проведено исследование острой токсичности всех полученных наноэмульсий in vivo. Эксперименты были проведены с использованием 8-9 нед белых беспородных самцов мышей SHK (30-35 г). Содержание животных осуществлялось в соответствии с Директивой 2010/63/ЕС Европейского парламента и Совета Европейского союза по защите животных. Установлено, что после однократного внутрибрюшинного введения НЭ в дозе 860 мг/кг во всех группах экспериментальных животных гибель животных в течение 14 дней эксперимента не наблюдалась. Дисперсионной средой выступал физиологический раствор (раствор NaCl с концентрацией 0,9 мас.%. Кроме того, токсическое действие НЭ оценивали по общему состоянию животных и их выживаемости. Подсчет выживших и погибших животных проводили в течение 14 дней после введения НЭ с последующим наблюдением за выжившими животными в течение двух недель после внутрибрюшинного введения. Первые 6 ч животные находились под непрерывным наблюдением. В течение всего периода наблюдения животные чувствовали себя нормально. В течение 14 дней наблюдения за животными заметных отклонений в двигательной активности не выявлено; наличие судорог; координация движений, состояние кожи, волос и цвет видимых слизистых оболочек; потребление воды и пищи; вес тела. Таким образом, полученные в рамках данного исследования наноэмульсии не проявляют токсичность в отношении эмбриональных фибробластов мыши in vitro и после однократного внутрибрюшинного введения мышам in vivo. Полученные данные демонстрируют возможность использования наноэмульсий, содержащих наночастицы куркумина и диоксида церия, в передовых биомедицинских применениях. Работа выполнена при поддержки Российского Научного Фонда (проект №22-63-00082). BIOAVAILABILITY OF NEW NANOEMULSIONS MODIFIED WITH CURCUMIN AND CERIUM DIOXIDE NANOPARTICLESA.D. Shirokikh1, E.A. Zamyatina2, V.A. Anikina2, E.V. Mishchenko1, M.Y. Koroleva1, N.R. Popova2* 1.Mendeleev University of Chemical Technology ; 2.Institute of the theoretical and experimantal biophysics of RAS; * nellipopovaran(at)gmail.com Increasing the bioavailability of a number of active compounds of organic and inorganic nature is an urgent task of modern biomedicine. It is known that some compounds promising for biomedical applications have poor solubility in water, which potentially limits their use. One of these compounds is curcumin, which has anti-inflammatory, antioxidant, antimicrobial, wound-healing, anti-cancer activities. In addition, it has been shown that under certain conditions curcumin can exhibit cytotoxicity in relation to normal cells, inducing oxidative stress. However, it was found that when the curcumin complex was obtained with nanocrystalline cerium dioxide, the latter leveled the toxicity of curcumin in relation to normal cells, due to the inactivation of reactive oxygen species, but retained its therapeutic effect on cancer cells. Nanocrystalline cerium dioxide has unique physicochemical properties and is an inorganic antioxidant that can perform the function of some oxidoreductases: catalase, superoxide dismutase, oxidase and phosphatase. It is known that nanocerium is able to enhance the antibacterial, antioxidant and wound healing properties of nanoemulgel with curcumin during wound healing. Thus, one of the important tasks is to develop effective forms of curcumin and its complexes in order to increase their bioavailability and therapeutic effect for medical use. To achieve this task, nanoemulsions (NE) can be used, used as carrier systems for encapsulating active components, increasing their bioavailability without losing their activity. In this work, new nanoemulsions based on hydrocarbon oil modified with curcumin and cerium dioxide nanoparticles were obtained, its properties and toxic effects in in vitro and in vivo systems were investigated.
In the synthesis of NE, a mixture of nonionic surfactants - Tween 60 and Span 60 - was used to stabilize them. Droplet sizes of the dispersed phase of nanoemulsions and CeO2 particles were analyzed by dynamic light scattering (Zeta SizerNano, Malvern). The average diameter of the nanoemulsion droplets was 60±10 nm. When incorporating 4 wt.% curcumin the size of the primary droplets remained unchanged, however, the presence of aggregates 210 ±30 nm was observed. CeO2 particles (20 ± 5 nm) included in the composition of nanoemulsions both without and with curcumin led to the formation of larger aggregates - 1500 ± 200 nm, while the average diameter of the primary droplets also remained unchanged. However, a wider size distribution was observed in nanoemulsions with curcumin. Further, a comprehensive study of the toxicity of 4 types of nanoemulsions obtained (1 - NE; 2 - NE+CNP; 3 - NE+curcumin; 4 - NE+curcumin+CNP) in vitro on mouse embryonic fibroblasts (MEF) by determining the dehydrogenase activity by MTT and the ratio of the number of living and dead cells (staining with fluorescent dyes Hoechst 33342 and propidium iodide). It was found that the metabolic activity of mouse embryonic fibroblasts (MEF) during incubation with all the studied NE at a concentration of 1% from 24 to 72 hours significantly decreased by 40-90% relative to the control group. The metabolic activity of MEF during incubation with NE at a concentration of 0.0001% from 24 to 72 hours does not significantly differ from the control. In the NE+CNP group, by 72h, the metabolic activity of MEF increases by 30% relative to the control, whereas in the NE+curcumin group, by 72h, there is a decrease in metabolic activity by 15% relative to the control. This effect may be due to the fact that curcumin could partially segregate on the surface of oil droplets in NE. Acute toxicity of all obtained nanoemulsions was investigated in vivo. The experiments were carried out using 8-9 weeks of white mongrel male SHK mice (30-35 g). The animals were kept in accordance with Directive 2010/63/EC of the European Parliament and of the Council of the European Union on the protection of animals. It was found that after a single intraperitoneal injection of NE at a dose of 860 mg / kg in all groups of experimental animals, animal death was not observed during 14 days of the experiment. The dispersion medium was a saline solution (NaCl solution with a concentration of 0.9 wt.%. In addition, the toxic effect of NE was assessed by the general condition of the animals and their survival. The counting of the surviving and dead animals was carried out within 14 days after the introduction of NE, followed by observation of the surviving animals for two weeks after intraperitoneal administration. The animals were under continuous observation for the first 6 hours. During the entire observation period, the animals felt normal. During 14 days of observation of animals, no noticeable deviations in motor activity were detected; the presence of seizures; coordination of movements, skin condition, hair and color of visible mucous membranes; water and food intake; body weight. Thus, the nanoemulsions obtained in this study do not show toxicity to mouse embryonic fibroblasts in vitro and after a single intraperitoneal administration to mice in vivo. The data obtained demonstrate the possibility of using nanoemulsions containing curcumin and cerium dioxide nanoparticles in advanced biomedical applications. The work was carried out with the support of the Russian Science Foundation (project No. 22-63-00082). Докладчик: Попова Н.Р. 385 2023-02-15
|