Наноэмульсии и твердые липидные наночастицы с инкапсулированным доксорубицином и тимохиноном
- Авторы: Мищенко Е.В.1, Гилёва А.М.2, Марквичева Е.А.2, Королева М.Ю.1
-
Учреждения:
- Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
- Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
- Выпуск: Том 85, № 5 (2023)
- Страницы: 619-628
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0023-2912/article/view/137233
- DOI: https://doi.org/10.31857/S002329122360058X
- EDN: https://elibrary.ru/DHRIGE
- ID: 137233
Цитировать
Аннотация
Наноэмульсии (НЭ) и твердые липидные наночастицы (ТЛН) являются перспективными системами доставки лекарственных соединений. В данной работе были исследованы НЭ из парафинового масла и ТЛН из стеариновой кислоты, стабилизированные Tween 60 и Span 60. НЭ со средним диаметром капель ~50 нм и суспензии ТЛН со средним размером ~30 нм были устойчивы к агрегации более 90 сут. Скорость проникновения липидных частиц в раковые клетки (С6 и MCF-7) зависела от их размера. Липидные наночастицы размером ~50 нм через 1 ч инкубирования проникали внутрь клеток, распределялись в их внутреннем пространстве и концентрировались в ядрах. Цитотоксичность нагруженных доксорубицином или тимохиноном НЭ и ТЛН была выше, чем у данных лекарственных соединений в индивидуальном виде в отношении клеточных линий MCF-7 и HTC 116. При этом ненагруженные НЭ и ТЛН проявляли низкую цитотоксичность. Полученные результаты демонстрируют перспективность использования НЭ с парафиновым маслом и ТЛН из стеариновой кислоты в качестве носителей липофильных и амфифильных лекарственных соединений, в том числе доксорубицина и тимохинона. Накопление липидных наночастиц размером менее 100 нм в ядрах клеток является преимуществом таких систем при доставке противораковых лекарственных соединений, т.к. это будет приводить к остановке репликации ДНК и последующему апоптозу клеток.
Об авторах
Е. В. Мищенко
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
Email: mishchenkoek@list.ru
Россия, 125047, Москва,
Миусская пл., д. 9
А. М. Гилёва
Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякинаи Ю.А. Овчинникова РАН
Email: m.yu.kor@gmail.com
Россия, 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 16/10
Е. А. Марквичева
Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякинаи Ю.А. Овчинникова РАН
Email: m.yu.kor@gmail.com
Россия, 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 16/10
М. Ю. Королева
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
Автор, ответственный за переписку.
Email: m.yu.kor@gmail.com
Россия, 125047, Москва,
Миусская пл., д. 9
Список литературы
- McClements D.J., Decker E.A., Weiss J. Emulsion-based delivery systems for lipophilic bioactive components // J. Food Sci. 2007. V. 72. № 8. P. 109–124. https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2007.00507.x
- Salah E., Abouelfetouh M.M., Pan Y., Chen D., Xie S. Solid lipid nanoparticles for enhanced oral absorption: A review // Colloids Surf. B. 2020. V. 196. 111305. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2020.111305
- Koroleva M.Y., Yurtov E.V. Nanoemulsions: The properties, methods of preparation and promising applications // Russ. Chem. Rev. 2012. V. 81. № 1. P. 21–43. https://doi.org/10.1070/RC2012v081n01ABEH004219
- Koroleva M., Nagovitsina T., Yurtov E. Nanoemulsions stabilized by non-ionic surfactants: Stability and degradation mechanisms // PCCP. 2018. V. 20. P. 10369–10377. https://doi.org/10.1039/C7CP07626F
- Mirgorodskaya A.B., Koroleva M.Y., Kushnazarova R.A., Mishchenko E.V., Petrov K.A., Lenina O.A., Vyshtakalyuk A.B., Voloshina A.D., Zakharova L.Y. Microemulsions and nanoemulsions modified with cationic surfactants for improving the solubility and therapeutic efficacy of loaded drug indomethacin // Nanotechnology. 2022. V. 33. 155103. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac467d
- Koroleva M., Portnaya I., Mischenko E., Abutbul-Ionita I., Kolik-Shmuel L., Danino D. Solid lipid nanoparticles and nanoemulsions with solid shell: Physical and thermal stability // J. Colloid Interface Sci. 2022. V. 610. № 3. P. 61–69. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.12.010
- Мищенко Е.В., Тимофеева Е.Е., Артамонов А.С., Портная И.Б., Королева М.Ю. Наноэмульсии и нанокапсулы с олеиновой кислотой // Коллоид. журн. 2022. Т. 81. № 1. С. 67–73. https://doi.org/10.31857/S0023291222010086
- Koroleva M.Yu., Tokarev A.M., Yurtov E.V. Simulations of emulsion stabilization by silica nanoparticles // Mendeleev Communications. 2017. V. 27. № 5. P. 518–520. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2017.09.030
- O’Shaughnessy J.A. Pegylated liposomal doxorubicin in the treatment of breast cancer // Clin. Breast Cancer. 2003. V. 4. P. 318−328. https://doi.org/10.3816/cbc.2003.n.037
- Perez A.T., Domenech G.H., Frankel C., Vogel C.L. Pegylated liposomal doxorubicin (Doxil) for metastatic breast cancer: the Cancer Research Network, Inc., experience // Cancer Invest. 2002. V. 20. P. 22–29. https://doi.org/10.1081/cnv-120014883
- Symon Z., Peyser A., Tzemach D., Lyass O., Sucher E., Shezen E., Gabizon A. Selective delivery of doxorubicin to patients with breast carcinoma metastases by stealth liposomes // Cancer. 1999. V. 86. P. 72–78.
- Ballout F., Habli Z., Rahal O.N., Fatfat M., Gali-Muhtasib H. Thymoquinone-based nanotechnology for cancer therapy // Drug Discov. Today. 2018. V. 23. № 5. P. 1089–1098. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2018.01.043
- Salem A.A., El Haty I.A., Abdou I.M., Mu Y. Interaction of human telomeric G-quadruplex DNA with thymoquinone: A possible mechanism for thymoquinone anticancer effect // Biochimica Biophysica Acta. 2015. V. 1850. № 2. P. 329–342. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2014.10.018
- Alaaeldin E., Mostafa M., Mansour H.F., Soliman G.M. Spanlastics as an efficient delivery system for the enhancement of thymoquinone anticancer efficacy: Fabrication and cytotoxic studies against breast cancer cell lines // J. Drug Delivery Sci. Technol. 2021. V. 65. 102725. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2021.102725
- Afrose S.S., Junaid M., Akter Y., Tania M., Zheng M., Khan M. A. Targeting kinases with thymoquinone: a molecular approach to cancer therapeutics // Drug Discovery Today. 2020. V. 25. № 12. P. 2294–2306. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2020.07.019
- Fatfat M., Fakhoury I., Habli Z., Mismar R., Gali-Muhtasib, H. Thymoquinone enhances the anticancer activity of doxorubicin against adult T-cell leukemia in vitro and in vivo through ROS-dependent mechanisms // Life Sci. 2019. V. 232. P. 116628. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2019.116628
- Zheng G., Zheng M., Yang B., Fu H., Li Y. Improving breast cancer therapy using doxorubicin loaded solid lipid nanoparticles: Synthesis of a novel arginine-glycine-aspartic tripeptide conjugated, pH sensitive lipid and evaluation of the nanomedicine in vitro and in vivo // Biomed. Pharmacotherapy. 2019. V. 116. P. 109006. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2019.109006
- Ying X.Y., Cui D., Yu L., Du Y.Z. Solid lipid nanoparticles modified with chitosan oligosaccharides for the controlled release of doxorubicin // Carbohydrate Polym. 2011. V. 84. P. 1357–1364. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.01.037
- Jain A., Kesharwani P., Garg N.K., Jain A., Jain S.A., Jain A.K., Jain A.K., Nirbhavane P., Ghanghoria R., Tyagi R.K., Katare O.P. Galactose engineered solid lipid nanoparticles for targeted delivery of doxorubicin // Colloids Surf. B. 2015. V. 134. P. 47–58. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2015.06.027
- Subedi R.K., Kang K.W., Choi H.K. Preparation and characterization of solid lipid nanoparticles loaded with doxorubicin // Eur. J. Pharm. Sci. 2009. V. 37. № 3. P. 508–513. https://doi.org/10.1016/j.ejps.2009.04.008
- Oliveira M.S., Aryasomayajula B., Pattni B., Mussi S.V., Ferreira L.A.M., Torchilin V.P. Solid lipid nanoparticles co-loaded with doxorubicin and α-tocopherol succinate are effective against drug-resistant cancer cells in monolayer and 3-D spheroid cancer cell models // Int. J. Pharm. 2016. V. 512. № 1. P. 202–300. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2016.08.049
- Battaglia L., Gallarate M., Peira E., Chirio D., Muntoni E., Biasibetti E., Capucchio M.T., Valazza A., Panciani P.P., Lanotte M., Schiffer D., Annovazzi L., Caldera V., Mellai M., Riganti C. Solid lipid nanoparticles for potential doxorubicin delivery in glioblastoma treatment: Preliminary in vitro studies // J. Pharm. Sci. 2014. V. 103. № 7. P. 2157–2165. https://doi.org/10.1002/jps.24002
- Kuo Y.C., Lee I.H. Delivery of doxorubicin to glioblastoma multiforme in vitro using solid lipid nanoparticles with surface aprotinin and melanotransferrin antibody for enhanced chemotherapy // J. Taiwan Institute Chem. Eng, 2016. V. 61. P. 32–45. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2015.12.012
- Kuo Y.C., Liang C.T. Catanionic solid lipid nanoparticles carrying doxorubicin for inhibiting the growth of U87MG cells // Colloids Surf. B. V. 85. № 2. P. 131–137. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2011.02.011
- Miglietta A., Cavalli R., Bocca C., Gabriel L., Gasco R.M. Cellular uptake and cytotoxicity of solid lipid nanospheres (SLN) incorporating doxorubicin or paclitaxel // Int. J. Pharm. 2000. V. 210. № 1–2. P. 61–67. https://doi.org/10.1016/s0378-5173(00)00562-7
- Ramachandran S., Thangarajan S. A novel therapeutic application of solid lipid nanoparticles encapsulated thymoquinone (TQ-SLNs) on 3-nitroproponic acid induced Huntington’s disease-like symptoms in wistar rats // Chem. Biol. Interact. 2016. V. 256. P. 25–36. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2016.05.020
- Ali A., Ali S., Aqil M., Imam S.S., Ahad A., Qadir A. Thymoquinone loaded dermal lipid nano particles: Box Behnken design optimization to preclinical psoriasis assessment // J. Drug Delivery Sci. Technol. 2019. V. 52. P. 713–721. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2019.05.041
- Alam M., Zameer S., Najmi A.K., Ahmad F.J., Imam S.S., Akhtar M. Thymoquinone loaded solid lipid nanoparticles demonstrated antidepressant-like activity in rats via indoleamine 2,3-dioxygenase pathway // Drug Research. 2020. V. 70. № 5. P. 1131–7793. https://doi.org/10.1055/a-1131-7793
- Qizilbash F.F., Ashhar M.U., Zafar A., Qamar Z., Annu A.J., Baboota S., Ghoneim M.M. Alshehri S., Ali A. Thymoquinone-enriched naringenin-loaded nanostructured lipid carrier for brain delivery via nasal route: In vitro prospect and in vivo therapeutic efficacy for the treatment of depression // Pharm. 2022. V. 14. № 3. P. 656. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14030656
- Radwan M.F., El-Moselhy M.A., Alarif W.M., Orif M., Alruwaili N.K., Alhakamy N.A. Optimization of thymoquinone-loaded self-nanoemulsion for management of indomethacin-induced ulcer // Dose-Response. 2021. V. 19. № 1. 15593258211013655. https://doi.org/10.1177/15593258211013655
- Desai J., Thakkar H. Enhanced oral bioavailability and brain uptake of Darunavir using lipid nanoemulsion formulation // Colloids Surf. B. 2018. V. 175. P. 143–149. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2018.11.057
- Chawla J.S., Amiji M.M. Biodegradable poly(ε-caprolactone) nanoparticles for tumor-targeted delivery of tamoxifen // Int. J. Pharm. 2002. V. 249. № 1–2. P. 127–138. https://doi.org/10.1016/s0378-5173(02)00483-0
- Granja A., Nunes C., Sousa C.T., Reis S. Folate receptor-mediated delivery of mitoxantrone-loaded solid lipid nanoparticles to breast cancer cells // Biomed. Pharmacotherapy. 2022. V. 154. P. 113525. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2022.113525
- Parvez S., Karole A., Mudavath S.L. Transport mechanism of hydroxy-propyl-beta-cyclodextrin modified solid lipid nanoparticles across human epithelial cells for the oral absorption of antileishmanial drugs // BBA. 2022. V. 1866. № 8. P. 130157. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2022.130157
- Vighi E., Montanari M., Ruozi B., Tosi G., Magli A., Leo E. Nuclear localization of cationic solid lipid nanoparticles containing Protamine as transfection promoter // Eur. J. Pharm. Biopharm. 2010. V. 76. № 3. P. 384–393. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2010.07.012
- Gao Y., Cheng X., Wang Z., Wang J., Gao T., Li P., Kong M., Chen X. Transdermal delivery of 10,11-methylenedioxycamptothecin by hyaluronic acid based nanoemulsion for inhibition of keloid fibroblast // Carbohydr. Polym. 2014. V. 112. P. 376–386. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.05.026
- Periasamy V.S., Athinarayanan J., Alshatwi, A.A. Anticancer activity of an ultrasonic nanoemulsion formulation of Nigella sativa L. essential oil on human breast cancer cells // Ultrason. Sonochem. 2016. V. 31. P. 449–455. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2016.01.035
- Miyake M., Kakizawa Y., Tobori N., Kurioka M., Tabuchi N., Kon R., Shimokawa N., Tsujino, Y., Takagi M. Membrane permeation of giant unilamellar vesicles and corneal epithelial cells with lipophilic vitamin nanoemulsions // Colloids Surf. B. 2018. V. 169. P. 444–452. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2018.05.052
- Rodrigues G.B., Brancini G.T.P., Pinto M.R., Primo F.L., Wainwright M., Tedesco A.C., Braga G.Ú.L. Photodynamic inactivation of Candida albicans and Candida tropicalis with aluminum phthalocyanine chloride nanoemulsion // Fungal Biology. 2020. V. 124. № 5. P. 297–303. https://doi.org/10.1016/j.funbio.2019.08.004
- Izquierdo P., Feng J., Esquena J., Tadros T.F., Dederen J.C., Garcia M.J., Azemar N., Solans C. The influence of surfactant mixing ratio on nano-emulsion formation by the pit method // J. Colloid Interface Sci. 2005. V. 285. № 1. P. 388–394. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.10.047
- Joshi M.D., Muller R.H. Lipid nanoparticles for parenteral delivery of actives // Eur. J. Pharm. Biopharm. 2009. V. 71. № 2. P. 161–172. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2008.09.003
- Salmani J.M., Asghar S., Lv H., Zhou J. Aqueous solubility and degradation kinetics of the phytochemical anticancer thymoquinone; Probing the effects of solvents, pH and light // Molecules. 2014. V. 19. № 5. P. 5925–5939. https://doi.org/10.3390/molecules19055925
- Motaghed M., Al-Hassan F.M., Hamid, S.S. Cellular responses with thymoquinone treatment in human breast cancer cell line MCF-7 // Pharmacognosy Res. 2012. V. 5. № 3. P. 200–206. https://doi.org/10.4103/0974-8490.112428
- Parisi C., Moret F., Fraix A., Menilli L., Failla M., Sodano F., Conte C., Quaglia F., Reddi E., Sortino S. Doxorubicin–NO releaser molecular hybrid activatable by green light to overcome resistance in breast cancer cells // ACS Omega. 2022. V. 7. № 9. P. 7452–7459. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c03988
- Tian Y., Tam M.K., Hatton, T.A., Bromberg, L. Titration microcalorimetry study: Interaction of drug and ionic microgel system // Chemistry. 2004. P. 1–5. http://hdl.handle.net/1721.1/3953.
- Akter H., Rashid Md.M., Islam Md.S., Hossen Md.A., Rahman Md.A., Algheshairy R.M., Almujaydil M.S., Alharbi H.F., Alnajeebi A.M. Biometabolites of Tamarindus indica play a remarkable cardioprotective role as a functional food in doxorubicin-induced cardiotoxicity models // J. Func. Foods. 2022. V. 96. P. 105212. https://doi.org/10.1016/j.jff.2022.105212
- Hansch C., Leo A., Hoekman D. Exploring QSAR: Hydrophobic, Electronic, and Steric Constants. Washington: American Chemical Society, 1995.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)