ВВЕДЕНИЕ 6
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1 Описание наночастиц 9
1.2 Классификация НЧ 10
1.3 Синтез НЧ 12
1.4 Использование наночастиц в биологии и медицине 13
1.5 Взаимодействие наночастиц с биологическими объектами 15
1.5.1 Транслокация наночастиц в кровь и лимфу 19
1.5.2 Условия захвата наночастиц мембранами клеток 19
1.5.3 Механизмы проникновения наночастиц в клетку 23
1.5.4 Цитотоксичность наночастиц 25
1.6 Особенности металлических наночастиц для применения в
биологии и медицине 27
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 31
2.1 Характеристика объектов и условий экспериментов 31
2.1.1 Клеточные линии 31
2.1.2 Среды и реактивы 31
2.1.3 Характеристика наночастиц 31
2.1.4 Животные 33
2.2 Методы 33
2.2.1 Методика работы с наночастицами 33
2.2.2 Методика оценки пролиферации опухолевых клеток 34
2.2.3 Методы оценки токсического действия наночастиц 35
2.2.4 Методы оценки противоопухолевого и антиметастатического
действия наночастиц 35
2.2.5 Техника вскрытия лабораторных животных 37
2.2.6 Создание гистологических образцов 37
2.2.7 Окрашивание гистологических образцов 38
2.2.8 Анализ гистологических образцов 39
2.2.9 Статистическая обработка полученных данных 39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40
ВЫВОДЫ 41
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 42
Нанотехнологии - это быстро развивающаяся отрасль современной техники, технология которой имеет дело с материалами чрезвычайно малых размеров, как правило, в диапазоне нанометров. Термин «нанотехнологии» впервые был предложен нобелевским лауреатом Ричардом П. Фейнманом во время его знаменитой лекции в 1959 году «Там внизу много места». Слово «внизу» в названии лекции подразумевало «мир очень малых размеров» [1]. Автор лекции заложил будущие основы нанотехнологий, предположив, что с помощью «манипулятора» соответствующего размера можно перемещать отдельные атомы.
Наноматериалы благодаря их чрезвычайно малым размерам и высокой площади поверхности обладают высокой прочностью, стабильностью, химической и биологической активностью, а также находят свое широкое применение в различных областях современного производства. Они присутствуют в различных потребительских товарах, таких как продукты питания, косметика, пищевые красители, пищевые контейнеры, краски, чистящие средства и поверхностные покрытия [2].
Наночастицы привлекают все больший интерес для биомедицинских исследований, поскольку обладают способностью доставлять лекарственные препараты в оптимальном диапазоне доз, что часто приводит к повышению их терапевтической эффективности благодаря снижению их деградации и ослаблению или предотвращению побочных эффектов [3]. Это особенно важно при создании препаратов, основанных на наночастицах, для парентерального введения, при котором они достаточно эффективно биоразлагаются. Также, имея малый размер, частицы обладают высокой нагрузкой и демонстрируют длительную циркуляцию [4]. Наночастицы также способны обеспечивать пролонгированное высвобождение и специфическую доставку лекарственных средств, ферментативных систем и генетического материала к клеткам, тканям и органам. С этой точки зрения они могут использоваться в самых различных областях применения в биологии и медицине, таких как терапия рака, терапия сердечно-сосудистых заболеваний, лечение болезни Паркинсона, генной терапии и т.д. [5]
Нельзя не упомянуть об использовании наночастиц в качестве биологически активных веществ. При синтезе наноразмерных частиц используются различные соединения, влияющие на их дальнейший состав. Так, при помещении частиц в рабочую атмосферу с различными газами можно получить такие вещества как оксиды, гидроксиды, карбоксиды и другие комплексные соединения. Однако, главная проблема заключается в том, что полученные вещества могут быть крайне токсичными для использования их в биомедицинских исследованиях. Поскольку они способны вызывать гибель клеток, вызывая оксидативный стресс, нарушая целостность их мембран, работу ферментов и т.д. [2, 5, 6].
В последнее время большое внимание уделяется синтезу железосодержащих наночастиц для применения в биологических и медицинских исследованиях. Это обусловлено их биологической совместимостью, а, следовательно, их биоразлагаемостью, а также физико-химической стабильностью и относительно низкой токсичностью, что в совокупности снижает побочные эффекты различных терапий [6]. Наночастицы железа также способны хорошо реагировать на магнитный контроль, что позволяет управлять их доставкой в область интереса с помощью внешнего магнитного поля. Их свойства могут быть настроены по морфологическим признакам (например, размер, форма, структура) и химическому составу (Co, Ni и др.) для расширения области их применения, включая хранение информации, очистку белков, биологическое разделение, доставку лекарственных средств, а также восстановление условий окружающей среды с помощью железосодержащих наночастиц в качестве сорбентов и фотокатализаторов [7, 8, 9]. Для
биомедицинских исследований наиболее часто используются частицы оксида железа, такие как магнетит (Fe3O4) или его окисленная форма маггемит (Fe2O3) [10].
Все эти преимущества позволяют рассматривать железосодержащие наночастицы в качестве кандидатов при проведении биомедицинских исследований не только как способа доставки биологически активных веществ в соответствующие мишени, но и в качестве действующего вещества, вследствие образования новых реакционноспособных соединений, влияющих на метаболизм биологических объектов.
Целью данной работы явилось изучение взаимодействия НЧ железа с фибробластоидными и опухолевыми клетками, оценка их токсического и противоопухолевого действия in vivo и in vitro.
Задачи:
1. Изучить взаимодействие наночастиц железа с клетками рака шейки матки;
2. Оценить пролиферативную активность фибробластоидных клеток после добавления к ним наночастиц;
3. Исследовать токсическое действие используемого материала путем оценки его накопления во внутренних органах животных;
4. Провести оценку способности наночастиц железа оказывать противоопухолевое действие на животных с перевитой опухолью.
Работа выполнена на базе НИИ Онкологии томского НИМЦ под руководством кандидата биологических наук Булдакова М.А.
1. Обнаружено снижение пролиферативной активности клеток рака шейки матки до 60% после добавления наночастиц железа в высоких концентрациях (107 и 140 мкг/мл). Это приводит к гибели опухолевых клеток в результате нарушения их метаболизма;
2. Наночастицы железа оказывают ингибирующее действие на пролиферацию нормальных фибробластоидных клеток аналогично опухолевым. Это может быть обусловлено влиянием химически активных продуктов наночастиц;
3. Показано, что использованные наночастицы железа не оказывают токсического действия на животных, поскольку по истечении 60 суток с момента введения наблюдалась их полная элиминация из организма;
4. После введения наночастиц железа у животных с перевитой карциномой Льюис наблюдалось 50%-ое антиметастатическое действие при низком противоопухолевом эффекте.
