Согласно данным, предоставленным международным агентством по изучению рака (МАИР), рак молочной железы у женщин является наиболее часто диагностируемым заболеванием с высокой распространенностью во всем мире [1]. Известно, что вследствие генетических нарушений, интенсивного деления раковых клеток, а также сопутствующего активного ангиогенеза, опухолевая ткань, при раке молочной железы, активно разрастается. Эти особенности могут быть использованы для нацеливания различных наноразмерных носителей, содержащих терапевтические агенты, для воздействия на опухолевую ткань с терапевтической целью. В связи с этим, особенно важно исследование ЭПР-эффекта – явления, объясняющего пассивное нацеливание и накопление наноразмерных носителей в опухолевом очаге. Благодаря правильно подобранным характеристикам таких носителей, осуществляется их накопление в пораженной ткани, что позволяет избежать токсичного воздействия терапевтического соединения на здоровые ткани, а также достигается его пролонгированное высвобождение из наночастиц [2]. В данной работе исследовали эффективность пассивного нацеливания и удержания системы доставки терапевтических агентов в опухоли на основе сферических наноразмерных частиц на основе оксида кремния.

Частицы на основе оксида кремния (Si2O3) размером 80 -120 нм, получали в результате синтеза из 4-х растворов: 99% этанола, отчищенной мили-м воды, 99% тетраэтилортосиликата (Тэос) и аммиака (NН3) - в течение 2-часов активного перемешивания на магнитной мешалке. Меченные Cy5 флуорофором наноразмерные носители использовали для визуализации их биораспределения ex vivo. Наночастицы были охарактеризованы с применением ДРС, световой микроскопии, оценены захват частиц клетками линии 4T1 (рак молочной железы), цитотоксичность. В Чтобы изучить биораспределение частиц органах (сердце, легкие, печень, селезенка, почки, опухоль), образцы вводили внутривенно, из расчета 100 мкл суспензии частиц на одно животное, мышам мышей balb/с с моделью рака молочной железы. Затем животных умерщвляли через 2, 6, 24, 48 часов после инъекции, и интенсивность флуоресцентного сигнала в органах анализировали с использованием системы флуоресцентной визуализации (IVIS Lumina II, PerkinElmer Inc., США). Визуализация распределения наноразмерных носителей была также оценена с помощью однофотонной эмиссионной компьютерной томографии и прямой радиометрии органов на счетчике гамма-излучения (Триатлер с детектором Окончательный, Hidex Oy, Финляндия). Для этого полученные в ходе химического синтеза частицы метили изотопом 99mTc. В эксперименте задействовали 15 животных. Экспериментальные работы проводились с соблюдением этических принципов, декларированных Европейской конвенцией по защите прав позвоночных животных, используемых для экспериментальных целей. Для определения существенных различий между несколькими наборами экспериментальных данных были использованы т-критерий Стьюдента и дисперсионный анализ. Значения р < 0,05 и р* < 0,005 оказались статистически значимыми.

На самках линии Balb/с с модельной патологией 4T1 (рак молочной железы) отмечено накопление 3% частиц в опухоли. Отмечено наибольшее поглощение и удержание частиц опухолевыми клетками, а именно более 80%, происходит в печени. Помимо этого, часть частиц меньшего размера выводится из организма через почки и мочевыводящую систему. Оба метода визуализации наноразмерных частиц показали статистически идентичный процент их распределения. В связи с этим, каждая их методик визуализации может быть выбрана в качестве диагностической в зависимости от релевантности ее применения.

Таким образом, исследование биораспределения наноразмерных носителей на основе оксида кремния для терапии показывает пассивное нацеливание, накопление и удержание (ЭПР-эффект) частиц в опухолевой ткани, также отмечается и значительное накопление носителей в основных органах.



Благодарности: Работа была выполнена при поддержке государственного задания (FSEG-2022-0012).



Список литературы:

1.Sung H. et al. Global Cancer Statistics 2020: GLOBOCAN Estimates of Incidence and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries // CA Cancer J Clin. 2021. Vol. 71, № 3. P. 209–249.

2.Patel J.K., Patel A.P. Passive Targeting of Nanoparticles to Cancer // Surface Modification of Nanoparticles for Targeted Drug Delivery. Cham: Springer International Publishing, 2019. P. 125–143.

According to data provided by the International Agency for Research on Cancer (IARC), breast cancer in women is the most frequently diagnosed disease with a high prevalence worldwide [1]. It is known that due to genetic disorders, intensive division of cancer cells, as well as concomitant active angiogenesis, tumor tissue actively grows during breast cancer. These features can be used to target various nanoscale carriers containing therapeutic agents to influence tumor tissue for therapeutic purposes. In this regard, it is especially important to study the EPR effect, a phenomenon that explains the passive targeting and accumulation of nanoscale carriers in the tumor focus. Due to the correctly selected characteristics of such carriers, their accumulation in the affected tissue is carried out, which avoids the toxic effects of the therapeutic compound on healthy tissues, and its prolonged release from nanoparticles is also achieved [2]. In this work, the effectiveness of passive targeting and retention of a therapeutic agent delivery system in tumors based on spherical nanoscale particles based on silicon oxide was investigated.

Particles based on silicon oxide (Si2O3) with a size of 80 -120 nm were obtained as a result of synthesis from 4 solutions: 99% ethanol, purified water, 99% tetraethylortosilicate (Teos) and ammonia (NH3) - during 2 hours of active stirring on a magnetic stirrer. Cy5 fluorophore-labeled nanoscale carriers were used to visualize their bio-distribution ex vivo. Nanoparticles were characterized using DRS, light microscopy, particle capture by cells of the 4T1 line (breast cancer), cytotoxicity were evaluated. In order to study the bio-distribution of particles in organs (heart, lungs, liver, spleen, kidneys, tumor), samples were administered intravenously, at the rate of 100 µl of particle suspension per animal, to balb/c mice with a breast cancer model. The animals were then sacrificed 2, 6, 24, 48 hours after injection, and the intensity of the fluorescent signal in the organs was analyzed using a fluorescent imaging system (IVIS Lumina II, PerkinElmer Inc., USA). Visualization of the distribution of nanoscale carriers was also evaluated using single-photon emission computed tomography and direct radiometry of organs on a gamma radiation counter (Triatler with a Final detector, Hidex Oy, Finland). To do this, the particles obtained during chemical synthesis were labeled with the 99mTc isotope. 15 animals were involved in the experiment. The experimental work was carried out in compliance with the ethical principles declared by the European Convention for the Protection of the Rights of Vertebrate Animals Used for Experimental Purposes. To determine the significant differences between several sets of experimental data, the Student's t-test and variance analysis were used. The values of p < 0.05 and p* < 0.005 were statistically significant.

In females of the Balb/c mice line with model pathology 4T1 (breast cancer), the accumulation of 3% of particles in the tumor was noted. The greatest absorption and retention of particles by tumor cells, namely more than 80%, occurs in the liver. In addition, some of the smaller particles are excreted from the body through the kidneys and urinary system. Both methods of visualization of nanoscale particles showed a statistically identical percentage of their distribution. In this regard, each of the visualization techniques can be selected as diagnostic, depending on the relevance of its application.

Thus, the study of the bio-distribution of nanoscale carriers based on silicon oxide for therapy shows passive targeting, accumulation and retention (EPR effect) of particles in tumor tissue, as well as a significant accumulation of carriers in the main organs.



Acknowledgements: The work was carried out with the support of the state task (FSEG-2022-0012).



List of literature:

1.Sung H. et al. Global Cancer Statistics 2020: GLOBOCAN Estimates of Incidence and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries // CA Cancer J Clin. 2021. Vol. 71, № 3. P. 209–249.

2.Patel J.K., Patel A.P. Passive Targeting of Nanoparticles to Cancer // Surface Modification of Nanoparticles for Targeted Drug Delivery. Cham: Springer International Publishing, 2019. P. 125–143.