Сорбенты на основе наночастиц магнетита для применения в биомедицине

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Российские нанотехнологии. 2019; 14: 31-38

Сорбенты на основе наночастиц магнетита для применения в биомедицине

Вайтулевич Е. А., Юрмазова Т. А., Чан Т. Х.

https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-1-2-31-38

Аннотация

Получены магнитные наночастицы (МНЧ) на основе магнетита Fe₃0₄ с поверхностью, модифицированной цитрат-ионами и диоксидом кремния (МНЧ Fe₃O₄—SiO₂) для сорбции лекарственных препаратов из водных сред. Для характеризации полученных нанопорошков использовали методы рентгенофазового анализа, просвечивающей электронной спектроскопии. Обнаружено, что максимальная намагниченность насыщения для МНЧ достигает 92 А-м²/кг, а для МНЧ Fe₃O₄—SiO₂ — 57 А-м²/кг. Изучена возможность использования синтезированных нанокомпозитов для доставки лекарств при лечении онкологических заболеваний. В качестве лекарственных препаратов были выбраны доксорубицин, фторурацил и циклофосфан. Результаты экспериментов показали, что только доксорубицин сорбируется. Определен заряд активных центров поверхности. Установлено, что процессы сорбции происходят по электростатическому механизму. Полученные изотермы сорбции для обоих типов частиц описываются уравнением Ленгмюра. Максимальная сорбционная емкость по отношению к доксорубицину для МНЧ и МНЧ Fe₃O₄—SiO₂ составила 26 и 46 мкмоль/г соответственно. Модифицирование поверхности полученных наночастиц диоксидом кремния повышает эффективность сорбции. Полученные частицы с модифицированной поверхностью являются перспективными для создания средств направленной доставки лекарственных препаратов при лечении онкологических заболеваний.

Список литературы

1. Jiang J., Zou J., Zhu L. et al. Degradation of methylene blue with H2O2 activated by peroxidase-like Fe3O4 magnetic nanoparticles // J. Nanoscience and Nano-technol. 2011. № 11. P. 4793.

2. Nassar N.N. Rapid removal and recovery of Pb (II) from wastewater by magnetic nanoadsorbents // J. Hazard. Mater. 2010. № 184. P. 538.

3. Mohan D., Pittman C.U.Jr. Arsenic removal from wa-ter/wastewater using adsorbents — A critical review // J. Hazard. Mater. 2007. Apr. V 142. № 1-2. P. 1.

4. Yavuz C.T., Mayo J.T., Yu W.W. Low-Field Magnetic Separation of Monodisperse Fe3O4 Nanocrystals // Science. 2006. V. 314. № 5801. P. 964.

5. Abu-Dief A.M., Abdel-Fatah S.M. Development and functionalization of magnetic nanoparticles as powerful and green catalysts for organic synthesis // Beni-Suef University J. Basic Appl. Sci. 2018. V. 7. № 1. P. 55.

6. Garcia R.S., Stafford S, Gun’ko Y.K. Recent Progress in Synthesis and Functionalization of Multimodal Fluorescent-Magnetic Nanoparticles for Biological Applications // Appl. Sci. 2018. V. 8. № 172. P. 1. https://doi.org/10.3390/app8020172.

7. Reddy L.H., Arias J.L., Nicolas J., Couvreur P. Magnetic nanoparticles: design and characterization, toxicity and biocompatibility, pharmaceutical and biomedical applications // Chem. Rev. 2012. V. 112. P. 5818.

8. Шайхутдинова Н.Д., Шайхутдтинов Т.Ф., Фролов Г.А. и др. Разработка нанодисперсных магнитоактивных систем для адресной доставки лекарственных препаратов // Российские нанотехнологии. 2018. Т. 13. № 5-6. C. 103.

9. Arruebo M., Galan M, Navascues N. et al. Development of magnetic nanostuctured silica-based materials as potential vectors for drug-delivery application // Chem. Mater. 2006. V. 18. P. 1911.

10. Prokopowicz М. In-vitro controlled release of doxorubicin from silica xerogels // J. Pharmacy and Pharmacology. 2007. V. 59. № 10. P. 1365.

11. Chao Shan, Zhiyao Ma, Meiping Tong, Jinren Ni. Removal of Hg(II) by poly(1-vinylimidazole)-grafted Fe3O4@SiO2 magnetic nanoparticles // Water Research. 2015. V. 69. P 252.

12. Kunzmann A., Andersson B., Vogt C. et al. Efficient internalization of silica-coated iron oxide nanoparticles of different sizes by primary human macrophages and dendritic cells // Toxicology and Applied Pharmacology. 2011. V. 253. № 2. P 81.

13. Yonghui Deng, Dawei Qi, Chunhui Deng et al. Superparamagnetic High-Magnetization Microspheres with an Fe3O4@SiO Core and Perpendicularly Aligned Mesoporous SiO2 Shell for Removal of Microcystins // J. Am. Chem. Soc. 2008 V. 130. № 1. P. 28.

14. Racuciu M., Creanga D.E., Airinei A. Citric-acid-coated magnetite nanoparticles for biological applications // Eur. Phys. J. E. 2006. V. 21. P 117.

15. Li Lai, Qiang Xie, Lina Chi et al. Adsorption of phosphate from water by easily separable Fe3O4@SiO2 core/ shell magnetic nanoparticles functionalized with hydrous lanthanum oxide // J. Colloid Interface Sci. 2016. V. 465. P. 76.

16. Ложкомоев А.С., Савельев Г.Г., Сваровская Н.В., Лернер М.И. Адсорбция отрицательных ионов эозина, молекул танина и латексных сфер на нановолокнах оксогидроксида алюминия // Журнал прикл. химии. 2009. Т. 82. Вып. 4. С. 588.

17. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии (Поверхностные явления и дисперсные системы). М.: Химия, 1982. 400 с.

18. Унифицированные методы анализа вод. Под ред. Лурье Ю.Ю. Изд. 2-е, исправленное. М.: Химия, 1973.

19. Singh R.K., Kim T.H., Patel K.D. et al. Biocompatible magnetite nanoparticles with varying silica-coating layer for use in biomedicine: physicochemical and magnetic properties, and cellular compatibility // J. Biomedical Mater. Res. 2012. Pt. A. P 1734.

20. Казимирова К.О., Штыков С.Н. Синтез и функционализация магнитных наночастиц магнетита хитозаном // Изв. Саратов. ун-та. Новая серия. Серия Химия. Биология. Экология. 2018. Т. 18. Вып. 2. С. 126.

21. Галанов А.И., Юрмазова Т.А., Митькина В.А. и др. Исследование механизма адсорбции противоопухолевых лекарств на железокарбидных наночастицах // Изв. Томск. политехн. ун-та 2010. Т. 317. № 3. С. 29.

22. Ivanova V., Buldakov M., Galanov S., Yurmazova T. Study of Adsorption Doxorubicin by Iron-Carbon Composite // Key Engineering Mater. 2016. V. 683. P 331.

23. Ponchami Sharma, Najrul Hussain, Dipankar J. Borah, Manash R. Das. Kinetics and Adsorption Behavior of the Methyl Blue at the Graphene Oxide/Reduced Graphene Oxide Nanosheet-Water Interface: A Comparative Study // J. Chem. Eng. Data. 2013. V. 58. P 3477.

24. Кучерова А.Е., Шубин И.Н., Пасько Т.В. Перспективные сорбенты на основе модифицированного наноструктурами цеолита для очистки водных сред от органических примесей // Российские нанотехнологии. 2018. Т. 13. № 5—6. C. 113.

Title in english. 2019; 14: 31-38

Sorbents based on magnetite nanoparticles for biomedical applications

Vaytulevich E. A., Yurmazova T. A., Tuan Hoang Tran

https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-1-2-31-38

Abstract

Magnetic nanoparticles based on magnetite Fe₃O₄ with a surface modified with citrate ions (MNPs) and silicon dioxide (Fe₃O₄–SiO₂ MNPs) were obtained for sorption of drugs from aqueous media. To characterize the synthesized nanopowders, X-ray phase analysis and transmission electron spectroscopy were used. It was found that the maximum saturation magnetization for MNPs reaches 92 A∙m²/kg, and for Fe₃O₄–SiO₂ MNPs – 57 A∙m²/kg. The possibility of using synthesized nanocomposites for drug delivery in the treatment of oncological diseases has been studied. In this work, doxorubicin, fluorouracil and cyclophosphamide were chosen as drugs and experimental results showed that only doxorubicin was adsorbed. The charge of surface-active centers was determined. It was established that the sorption processes occurred by electrostatic mechanism. The obtained sorption isotherms for both types of particles were described by the Langmuir equation. The maximum sorption capacity of doxorubicin for the MNPs and Fe₃O₄–SiO₂ MNPs were 26 and 46 μmol/g, respectively. Surface modification of the obtained nanoparticles with silicon dioxide increases the efficiency of sorption. The obtained particles with modified surface are promising carriers in targeted drug delivery for the cancer treatment.

References

1. Jiang J., Zou J., Zhu L. et al. Degradation of methylene blue with H2O2 activated by peroxidase-like Fe3O4 magnetic nanoparticles // J. Nanoscience and Nano-technol. 2011. № 11. P. 4793.

2. Nassar N.N. Rapid removal and recovery of Pb (II) from wastewater by magnetic nanoadsorbents // J. Hazard. Mater. 2010. № 184. P. 538.

3. Mohan D., Pittman C.U.Jr. Arsenic removal from wa-ter/wastewater using adsorbents — A critical review // J. Hazard. Mater. 2007. Apr. V 142. № 1-2. P. 1.

4. Yavuz C.T., Mayo J.T., Yu W.W. Low-Field Magnetic Separation of Monodisperse Fe3O4 Nanocrystals // Science. 2006. V. 314. № 5801. P. 964.

8. Shaikhutdinova N.D., Shaikhutdtinov T.F., Frolov G.A. i dr. Razrabotka nanodispersnykh magnitoaktivnykh sistem dlya adresnoi dostavki lekarstvennykh preparatov // Rossiiskie nanotekhnologii. 2018. T. 13. № 5-6. C. 103.

9. Arruebo M., Galan M, Navascues N. et al. Development of magnetic nanostuctured silica-based materials as potential vectors for drug-delivery application // Chem. Mater. 2006. V. 18. P. 1911.

10. Prokopowicz M. In-vitro controlled release of doxorubicin from silica xerogels // J. Pharmacy and Pharmacology. 2007. V. 59. № 10. P. 1365.

11. Chao Shan, Zhiyao Ma, Meiping Tong, Jinren Ni. Removal of Hg(II) by poly(1-vinylimidazole)-grafted Fe3O4@SiO2 magnetic nanoparticles // Water Research. 2015. V. 69. P 252.

14. Racuciu M., Creanga D.E., Airinei A. Citric-acid-coated magnetite nanoparticles for biological applications // Eur. Phys. J. E. 2006. V. 21. P 117.

16. Lozhkomoev A.S., Savel'ev G.G., Svarovskaya N.V., Lerner M.I. Adsorbtsiya otritsatel'nykh ionov eozina, molekul tanina i lateksnykh sfer na nanovoloknakh oksogidroksida alyuminiya // Zhurnal prikl. khimii. 2009. T. 82. Vyp. 4. S. 588.

17. Frolov Yu.G. Kurs kolloidnoi khimii (Poverkhnostnye yavleniya i dispersnye sistemy). M.: Khimiya, 1982. 400 s.

18. Unifitsirovannye metody analiza vod. Pod red. Lur'e Yu.Yu. Izd. 2-e, ispravlennoe. M.: Khimiya, 1973.

20. Kazimirova K.O., Shtykov S.N. Sintez i funktsionalizatsiya magnitnykh nanochastits magnetita khitozanom // Izv. Saratov. un-ta. Novaya seriya. Seriya Khimiya. Biologiya. Ekologiya. 2018. T. 18. Vyp. 2. S. 126.

21. Galanov A.I., Yurmazova T.A., Mit'kina V.A. i dr. Issledovanie mekhanizma adsorbtsii protivoopukholevykh lekarstv na zhelezokarbidnykh nanochastitsakh // Izv. Tomsk. politekhn. un-ta 2010. T. 317. № 3. S. 29.

22. Ivanova V., Buldakov M., Galanov S., Yurmazova T. Study of Adsorption Doxorubicin by Iron-Carbon Composite // Key Engineering Mater. 2016. V. 683. P 331.

24. Kucherova A.E., Shubin I.N., Pas'ko T.V. Perspektivnye sorbenty na osnove modifitsirovannogo nanostrukturami tseolita dlya ochistki vodnykh sred ot organicheskikh primesei // Rossiiskie nanotekhnologii. 2018. T. 13. № 5—6. C. 113.

Сорбенты на основе наночастиц магнетита для применения в биомедицине

Аннотация

Sorbents based on magnetite nanoparticles for biomedical applications

Abstract

События