Радиосенсибилизаторы на основе наночастиц рассматриваются как один из наиболее перспективных классов тераностических агентов. Одними из наиболее перспективных материалов является оксид церия, допированный гадолинием (Ce0.9Gd0.1O2-х). Ранее нами было показано, что наночастицы Ce0.9Gd0.1O2-х, обладают радиосенсибилизирующими свойствами при воздействии рентгеновских лучей, индуцируя генерацию гидроксильных радикалов и пероксида водорода, а также способны выступать в качестве эффективного МРТ-контрастирующего агента [1]. Таким образом такой состав нанокомпозита обеспечивает высокую каталитическую активность в условиях воздействии ионизирующего излучения и способность визуализировать свою локализацию методом МРТ.



В рамках данной работы была проведена оценка цитотоксичности данного нанокомпозита на культурах здоровых (фибробласты линия NCTC L929) и трансформированных (меланома линия В-16) клеток. Нами было установлено, что декстран-стабилизированные наночастицы Ce0.9Gd0.1O2-х в концентрациях 500, 250, 125 и 62.5 μg/ml не вызывает гибель клеток обоих типов клеточных культур через 24, 48 и 72 часа соинкубации, однако способствует снижению их митохондриального мембранного потенциала в дозо-зависимой манере. Результаты МТТ-теста для обоих типов клеток продемонстрировали их жизнеспособность в районе 100% от контроля, а статистический анализ не выявил значимых отклонений для всех исследуемых концентраций. Для линии NCTC L929 отношение мертвых клеток к их общему числу не превысило 2%, а для линии В-16 не превысило 5% среди всех концентраций. В первые 2 дня наночастицы в концентрациях 500, 250 и 125 μg/ml привели к снижению митохондриального потенциала у клеток линии NCTC L929, в третий день к такому результату привели только две наибольшие концентрации. В первый день наночастицы Ce0.9Gd0.1O2-х привели к снижению митохондриального потенциала клеток меланомы во всех концентрациях, а в последующие 2 дня к такому эффекту приводили все концентрации, кроме 62.5 μg/ml.



Нами разработан дизайн эксперимента на культуре клеток меланомы мыши линии В-16 для выявления радиосенсибилизирующих свойств различных наноматериалов с использованием протонного терапевтического комплекса «Прометеус» (АО Протом) (подобраны дозы облучения и позиционирования облучаемого объекта, а также условия подготовки и культивирования клеточной культуры). В дальнейшем планируется оценить радиосенсибилизирующие свойства наночастиц Ce0.9Gd0.1O2-х при воздействии пучка протонов при облучении культур клеток в пике Брэгга.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 22-73-10231.



Источники и литература



1. Popov A., Abakumov M., Savintseva I., Ermakov A., Popova N., Ivanova O., Kolmanovich D., Baranchikov A., Ivanov V.  Biocompatible dextran-coated gadolinium-doped cerium oxide nanoparticles as MRI contrast agents with high T1 relaxivity and selective cytotoxicity to cancer cells  J. Mater. Chem. B, 2021,9, 6586-6599

Radiosensitizers based on nanoparticles are considered as one of the most promising classes of theranostic agents. One of the most promising materials is gadolinium-doped cerium oxide (Ce0.9Gd0.1O2-x). Previously, we have shown that Ce0.9Gd0.1O2-x nanoparticles have radiosensitizing properties when exposed to X-rays, inducing the generation of hydroxyl radicals and hydrogen peroxide, and can also act as an effective MRI contrast agent [1]. Thus, this composition of the nanomaterial provides high catalytic activity under ionising radiation and the ability to visualise its localisation by MRI.



The cytotoxicity of this nanocomposite was evaluated on cultures of healthy (fibroblast line NCTC L929) and transformed (melanoma line B-16) cells. We found that dextran-stabilized Ce0.9Gd0.1O2-x nanoparticles at concentrations of 500, 250, 125, and 62.5 μg/ml did not cause cell death of both types of cell cultures after 24, 48, and 72 hours of co-incubation, but contributed to a decrease of their mitochondrial membrane potential in a dose-dependent manner. The results of the MTT test for both types of cells showed their viability in the region of 100% of the control, and statistical analysis did not reveal significant deviations for all concentrations studied. For the NCTC L929 line, the ratio of dead cells to their total number did not exceed 2%, and for the B-16 line it did not exceed 5% among all concentrations. On the first 2 days, nanoparticles at concentrations of 500, 250, and 125 μg/ml led to a decrease in the mitochondrial potential in NCTC L929 cells; on the third day, only the two highest concentrations led to this result. On the first day, Ce0.9Gd0.1O2-x nanoparticles led to a decrease in the mitochondrial potential of melanoma cells at all concentrations, and on the next 2 days, all concentrations except 62.5 μg/ml led to this effect.



We have developed the design of the experiment with a culture of B-16 mouse melanoma cells to identify the radiosensitizing properties of various nanomaterials using the Prometheus proton therapeutic complex (JSC Protom) (doses of irradiation and positioning of the irradiated object were selected, as well as the conditions for the preparation and cultivation of cell culture). In the future, it is planned to evaluate the radiosensitizing properties of Ce0.9Gd0.1O2-x nanoparticles upon irradiation with a proton beam of cell cultures in the Bragg peak.

This work was supported by the Russian Science Foundation grant no. 22-73-10231.





Sources and literature



1. Popov A., Abakumov M., Savintseva I., Ermakov A., Popova N., Ivanova O., Kolmanovich D., Baranchikov A., Ivanov V.  Biocompatible dextran-coated gadolinium-doped cerium oxide nanoparticles as MRI contrast agents with high T1 relaxivity and selective cytotoxicity to cancer cells  J. Mater. Chem. B, 2021,9, 6586-6599