Контрастирование сосудов и замедление роста опухолей при введении систем на основе магнитных наночастиц, модифицированных сывороточным альбумином с применением свободнорадикального способа

Обоснование. Наносистемы на основе магнитных наночастиц (МНЧ) оксидов железа с покрытием из человеческого сывороточного альбумина (ЧСА) обладают набором уникальных характеристик, делающим их использование перспективным в диагностике и лечении опухолей. Цель. Исследовать на моделях in vitro и in vivo возможности применения разработанных нами систем на основе МНЧ магнетита, модифицированных ЧСА с применением свободнорадикального способа, для контрастирования опухолей и замедления их роста. Материалы и методы. Устойчивость и целостность покрытия из альбумина, сформированного на синтезированных наночастицах в результате адсорбции белка и закрепления адсорбированных молекул альбумина на наночастицах вследствие модификации альбумина под действием гидроксил-радикала, образующегося в Фентонподобной реакции, контролировали по изменению кажущейся оптической плотности на 450 нм при добавлении иммуноглобулина G. После подтверждения in vitro контрастирующих свойств и возможных последствий контакта МНЧ и наносистем с кровью путём агглютинационного теста наносистемы, содержащие МНЧ и ЧСА, вводили внутриартериально в имплантированные крысам опухоли в дозе 20–60 мкг на животное и изучали in vivo контрастирующие свойства с помощью рентгенографии и компьютерной томографии. Воздействие наносистем на опухоль оценивали по индексу прироста опухоли (ИПО) и по результатам патоморфологического исследования. Результаты. Для получения наносистем совместную инкубацию МНЧ и ЧСА проводили в течение 24 ч в присутствии пероксида водорода, затем подвергали магнитной сепарации. Устойчивость и целостность белковых покрытий подтверждали при добавлении иммуноглобулина G. Исследования in vitro показали, что полученный препарат наносистем в водной среде с концентрацией по МНЧ 200 мкг/мл не приводит к агглютинации форменных элементов крови и обладает выраженным контрастированием. Контрастирование сосудов in vivo, зарегистрированное через 30 мин после внутриартериального введения, сохранялось в течение 14 дней наблюдения. Исследование переносимости не выявило неблагоприятных побочных действий. При введении наносистем отмечено значимое торможение роста опухоли по сравнению с группами контроля (p ≤0,05). Так, опухоли без введения наносистем достигали за время наблюдения объёма 95 726,9±38 040,3 мм3 — ИПО составил 11±4,5. В группах крыс, получивших наносистемы в дозе 20 мкг по МНЧ, опухоли выросли до 49 801±6011,2 мм3 (ИПО 4,7±0,5), в дозе 40 мкг по МНЧ — до 54 670,2±17 983,4 мм3 (ИПО 5,5±1,4), в дозе 60 мкг по МНЧ — до 43 342,5±14 637,2 мм3 (ИПО 4,5±1,3). Заключение. Показано устойчивое контрастирование сосудов опухоли при введении наносистем на основе МНЧ и ЧСА и их цитотоксическое воздействие на опухоль, что даёт основание считать разработанные нами наносистемы перспективными для тераностики опухолей.

BACKGROUND: Nanosystems based on magnetic nanoparticles (MNPs) of iron oxides coated with human serum albumin (HSA) have a set of unique characteristics that make their use promising in the diagnosis and treatment of tumors. AIM: To investigate, using in vitro and in vivo models, the possibilities of using the systems we developed based on MNPs magnetite, modified by HSA using the free radical method, for contrasting tumors and slowing their growth. MATERIALS AND METHODS: The stability and integrity of the albumin coating formed on synthesized nanoparticles as a result of protein adsorption and fixation of adsorbed albumin molecules on nanoparticles due to modification of albumin by the action of a hydroxyl radical formed in a Fenton-like reaction was controlled by a change in the apparent optical density by 450 nm with the addition of immunoglobulin G. After in vitro confirmation of the contrasting properties and possible consequences of the contact of MNPs and nanosystems with blood by agglutination test, nanosystems containing MNPs and HSA were injected intraarterially into tumors implanted in rats at a dose of 20-60 μg per animal and the contrasting properties were studied in vivo using radiography and computed tomography. The effect of nanosystems on the tumor was assessed by the tumor growth index (TGI) and by the results of a pathomorphological study. RESULTS: To obtain nanosystems, joint incubation of MNPs and HSA was carried out for 24 hours in the presence of hydrogen peroxide, then subjected to magnetic separation. The stability and integrity of the protein coatings were confirmed with the addition of immunoglobulin G. In vitro studies have shown that the resulting nanosystem preparation in an aqueous medium with a MNPs concentration of 200 μg/ml does not lead to agglutination of blood cells and has a pronounced contrast. Vascular contrast in vivo, recorded 30 minutes after intraarterial administration, persisted for 14 days of follow-up. The tolerability study did not reveal any adverse side effects. With the introduction of nanosystems, a significant inhibition of tumor growth was noted compared with the control groups (p ≤0.05). Thus, tumors without the introduction of nanosystems reached a volume of 95,726.9±38,040.3 mm3 during the observation period - the TGI was 11±4.5. In the groups of rats treated with nanosystems at a dose of 20 micrograms of MNPs, tumors grew to 49,801±6011.2 mm3 (TGI 4.7±0.5), at a dose of 40 μg of MNPs - to 54,670.2±17 983.4 mm3 (IPO 5.5±1.4), at a dose of 60 μg of MNPs - to 43,342.5±14,637.2 mm3 (TGI 4.5±1.3). CONCLUSION: The steady contrast of tumor vessels with the introduction of nanosystems based on MNPs and HSA and their cytotoxic effect on the tumor is shown, which gives reason to consider the nanosystems developed by us promising for tumor theranostics.