Вивчення механізмів підвищення біосумісності різних речовин з біологічними структурами за допомогою поліетіленгліколей методом спінових зондів

  • Л. В. Іванов Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
  • М. Т. Картель Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
  • О. В. Щербак Харківська державна зооветеринарна академія
  • В. Г. Кравченко Українська медична стоматологічна академія
Ключові слова: біосумісність, поліетиленгліколі, гідрофобні спінові зонди, розчинність, метиленові групи, біологічні структури, наночастинки, нанохорни, сироватковий альбумін быка

Анотація

Гідрофобні спін-мічені карболін і ряд спін-мічених стероїдів добре розчиняються як в чистих ПЕГ, так і у водних розчинах ПЕГ, демонструючи наявність в спектрі ЕПР триплета. Показано, що введення 20 % водних розчинів ПЕГ молекулярної маси від 200 до 40000 Дальтон в розчин сироваткого альбуміну бика (САБ) ефективно витісняють гідрофобні спін мічений прогестерон або карболін з гідрофобною порожнини САБ в воду, конкурентно взаємодіючи з гідрофобною порожниною САБ. Поліетиленгліколі демонструють повну біосумісність навіть з гідрофобними біологічними структурами і як речовини, що підвищують біосумісність, є універсальними. Аналіз кривої залежності мікров’язкості ПЕГ від молекулярної маси показує наявність точки перегину на кривій в районі 300-400 Дальтон, що свідчить про компактизацію структури ПЕГ і відповідає літературним даним про часткову спіралізацію молекули поліетиленгліколю, починаючи з ПЕГ-400 і вище, в якій основну роль відіграють водневі зв'язки молекули ПЕГ. Метиленові гідрофобні залишки ПЕГ виявляються всередині спіралі поліетиленгліколю, а полярні групи, що забезпечують молекулам ПЕГ осмотично активні властивості і викликають дегідратацію клітин виявляються зовні спіралі ПЕГ. Тому з ростом молекулярної маси ПЕГ здатність зневоднення клітин зростає. Мабуть, механізмом підвищення біосумісності за допомогою ПЕГ є здатність молекул ПЕГ за рахунок компактизації (спіралізації) або розширення молекул приймати оптимальну конформацію, надаючи свої гідрофобні або полярні групи для оптимального зв'язування з одного боку з наночастинками, а з іншого - з біооб'єктами. Введення в клітини кон'югатів наночастинок з ПЕГ, протилежно впливаючих на мікров'язкість мембран і компенсуючих негативну дію наночастинок на мембрани, є другим фактором підвищення біосумісності наночастинок. Показана можливість взаємодії ПЕГ з нанохорнами з орієнтацією ланок ПЕГ уздовж конусних голок (нанотрубок) нанохорнів, що також дає підвищення біосумісності нанохорнів.

Посилання

Yang K., Zhang S., Zhang G., Sun X., Lee S.-T, Liu Z. Graphene in mice: ultrahigh in vivo tumor uptake and efficient photothermal therapy. Nano Lett. 2010. 10: 3318. https://doi.org/10.1021/nl100996u

Sun X., Liu Z., Welsher K., Robinson J. T., Goodwin A., Zaric S., Dai H. Nano-Graphene Oxide for Cellular Imaging and Drug Delivery. Nano Res.. 2008. 1(3): 203. https://doi.org/10.1007/s12274-008-8021-8

Liu Z., Robinson J. T., Sun X., Dai H. PEGylated nanographene oxide for delivery of water-insoluble cancer drugs. Am J. Chem. Soc. 2008. 130(33): 10876. https://doi.org/10.1021/ja803688x

Chen Y.J., Zhou S., Hou P., Yang Y. et. al. Characterization and in vitro cellular uptake of PEG coated iron oxide nano-particles as MRI contrast agent. Die Pharm. Int. J. Pharm. Sci. 2010. 36(7): 481.

Prencipe G., Tabakman S.M., Welsher K., Liu Z. et al. PEG Branched Polymer for Functionalization of Nanomaterials with Ultralong Blood Circulation. Am. Chem. Soc. 2009. 131(13): 4783. https://doi.org/10.1021/ja809086q

Romberg B., Hennink W.E., Storm G. Sheddable coating for longcirculating nanoparticles. Pharm. Res. 2008. 25: 55. https://doi.org/10.1007/s11095-007-9348-7

Vonarbourg A., Passirani C., Saulnier P., Benoit J.P. Parameters influencing the stealthiness of colloidal drug delivery systems. Biomaterials. 2006. 27: 4356. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2006.03.039

Murakami T., Fan J., Yudasaka M., Iijima S., Shiba K. Solubilization of single-wall carbon nanohorns using a PEGdoxorubicin conjugate. Molecular Pharmaceutics. 2006. 3: 407. https://doi.org/10.1021/mp060027a

Lichtenstein G.I. Spin tag method in molecular biology. M.: Science. 1974. 12. [in Russian].

Berliner L. Method of spin labels. Theory and application. M.: World. 1979. 639. [in Russian].

Ivanov L.V., Lyapunov A.N., Kartel N.T., Nardid O.A., Okotrub A.V., Kirilyuk I.A., Cherkashina Y.O. Delivery of lipophilic spin probes by carbon nanotubes to red blood cells and blood plasma. Surface. 2014. 6(21) 292. [in Russian].

Ivanov L.V., Orlova I.N. Biopharmaceutical studies aimed at optimizing the composition, properties and route of administration of drugs. In Sat. "Technology and standardization of drugs". 2000. 2. 558. [in Russian].

Moiseev V.A. Molecular mechanisms of cryodamage and cryoprotection of proteins and biological membranes. Diss. for a job. student degrees b. s.: SR. 1984. 331. [in Russian].

Ivanov L.V., Kartel N.T. Characterization of the rheological properties of the surface of nanobioobjects by the method of spin probes. Surface. 2012. 4(19):334. [in Russian].

Kartel N.T., Ivanov L.V., Lyapunov A.N., Okotrub A.V., Nardid O.A., Cherkashina Ya.O., Derymedved L.V. A study of the effect of carbon nanotubes with different structure on the microviscosity and integrity of erythrocyte membranes using a spin probe method Mod. Science- Moderni. 2017. 6: 111.

Kartel N.T., Ivanov L.V., Lyapunov A.N., Nardid O.A., Cherkashina Y.O., Gurova O.A., Okotrub A.V. Evaluation of the effect of carbon nanochorns on the microviscosity of erythrocyte membranes and plasma proteins of rat blood using the spin probe method. Reports of NAS of Ukraine. 2017. 12: 73. [in Russian].

Kartel N.T., Ivanov L.V., Lyapunov A.N., Nardid O.A., Scherbak O.V., Gurova O.A. Okotrub A.V. Study of the structural features of detonation nanodiamonds and their effect on the microviscosity of rat erythrocyte membranes using the spin probe method. Surface. 2018. 10(25): 286. [in Russian].

Опубліковано
2019-10-30
Як цитувати
Іванов, Л. В., Картель, М. Т., Щербак, О. В., & Кравченко, В. Г. (2019). Вивчення механізмів підвищення біосумісності різних речовин з біологічними структурами за допомогою поліетіленгліколей методом спінових зондів. Поверхня, (11(26), 556-565. https://doi.org/10.15407/Surface.2019.11.556
Розділ
Медико-біологічні проблеми поверхні