Evaluation of Cytotoxicity of Gold Glyconanoparticles of Human Colon Adenocarcinoma Cells

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

INTRODUCTION: Use of metal nanoparticles is a promising trend in oncotherapy.

AIM: To evaluate cytotoxicity of gold nanoparticles (GNPs) modified with fucose, lactose and galactose residues, on Caco-2 cells.

MATERIALS AND METHODS: Cells were cultured to a monolayer with GHPs in concentrations of 10 µg/ml–600 µg/ml for particles with fucose, 10 µg/ml–900 µg/ml for particles with lactose and 10 µg/ml–550 µg/ml for particles with galactose. As non-tumor cells, Caco-2 cells were used after differentiation into small-intestine enterocytes (incubation time — 21 days). The cytotoxicity of GNPs was evaluated in MTT-test after incubation with cells for 2 hours, 8 hours and 24 hours. A comparison drug was fluorouracil in concentrations of 50 µg/ml–2000 µg/ml. The half-maximal inhibitory concentration (IC50) was calculated in GraphPad Prism 8.4.3 program.

RESULTS: IC50 for GNPs with fucose for tumor cells was 582 ± 29 and 336 ± 36 µg/ml after incubation for 2 hours and 8 hours, respectively; for GNPs with lactose — 769 ± 50 and 515 ± 45 µg/ml, for GNPs with galactose — 467 ± 299 and 299 ± 28 µg/ml. For differentiated cells, IC50 for all types of GNPs was higher than for tumor cells after incubation for 2 and 8 hours: for particles with fucose — 530 ± 3 and 410 ± 15 µg/ml; for particles with lactose — 831 ± 7 and 639 ± 14 µg/ml; for particles with galactose — 511 ± 21 (p = 0.018) and 376 ± 36 µg/ml, respectively. After 24-hour incubation of Caco-2 cells with fucose, IC50 did not differ for tumor and differentiated varieties. For other GNPs, IC50 for tumor cells was higher than for differentiated cells. Fluorouracil showed cytotoxicity for tumor cells with IC50 2108 ± 19 and 1764 ± 193 µg/ml after 2 hours and 8 hours of incubation, respectively. For differentiated cells, IC50 of fluorouracil was 1694 ± 102 µg/ml after 2-hour incubation and 1694 ± 102 µg/ml after 8-hour incubation. There were no differences between IC50 of fluorouracil for differentiated and tumor cells with equal incubation time.

CONCLUSION: GNPs with fucose, lactose and galactose have a cytotoxic effect on human colon adenocarcinoma cells and in the activity are superior to fluorouracil.

About the authors

Ivan V. Chernykh

Ryazan State Medical University

Email: ivchernykh88@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5618-7607
SPIN-code: 5238-6165

Dr. Sci. (Biol.), Associate Professor

Russian Federation, Ryazan

Mariya A. Kopanitsa

Ryazan State Medical University

Author for correspondence.
Email: kopanitsa412@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7476-4538
SPIN-code: 8147-5006
Russian Federation, Ryazan

Aleksey V. Shchul'kin

Ryazan State Medical University

Email: alekseyshulkin@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-1688-0017
SPIN-code: 2754-1702

MD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, Ryazan

Elena N. Yakusheva

Ryazan State Medical University

Email: enya.rzn@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6887-4888
SPIN-code: 2865-3080

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Ryazan

Andrey Yu. Ershov

Institute of Macromolecular Compounds of the Russian Academy of Sciences

Email: ershov305@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2266-4380
SPIN-code: 2997-1043

Dr. Sci. (Chem.)

Russian Federation, Saint-Petersburg

Alexander A. Martynenkov

Institute of Macromolecular Compounds of the Russian Academy of Sciences

Email: martynenkoff@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0951-1451
SPIN-code: 1736-1306

Cand. Sci. (Chem.)

Russian Federation, Saint-Petersburg

Igor V. Lagoda

State Scientific-Research Test Institute of Military Medicine

Email: lagodai@peterstar.ru
ORCID iD: 0000-0002-3906-2909
SPIN-code: 2791-1103

Cand. Sci. (Chem.)

Russian Federation, Saint-Petersburg

Alexandra M. Volkova

Ryazan State Medical University

Email: saaashavolkovaaa@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2516-2095
SPIN-code: 4378-3029
Russian Federation, Ryazan

References

  1. Boytsov SA, Deev AD, Shalnova SA. Mortality and risk factors for non-communicable diseases in Russia: Specific features, trends, and prognosis. Terapevticheskii Arkhiv. 2017;89(1):5–13. (In Russ). doi: 10.17116/terarkh20178915-13
  2. The 5th Anniversary International Forum of Oncology and Radiotherapy. Moscow, 19–23 September 2022. Available at: https://drive.google.com/file/d/1-wylUcOIASC8Rnsc1BAAPit8kuy9MEGJ/view. Accessed: 2022 November 11. (In Russ).
  3. Raguzin EV, Yudin MA, Glushenko DD, et al. Analysis and evaluation of modern approaches to development of medical drugs using micro- and nanotechnologies. I. P. Pavlov Russian Medical Biological Herald. 2022;30(3):397–410. (In Russ). doi: 10.17816/PAVLOVJ104787
  4. Ershov AYu, Kopanitsa MA, Korotkova NV, et al. Antioxidant activity of silver glyconanoparticles based on mercaptopropionylhydrazones of mono- and disaccharides. Nauka Molodykh (Eruditio Juvenium). 2019;7(2):247–54. (In Russ). doi: 10.23888/HMJ201972247-254
  5. Kurapov PB, Bakhtenko EYu. Gold nanoparticles in the diagnosis and treatment of cancer. Bulletin of RSMU. 2018;(6):86−93. (In Russ). doi: 10.24075/vrgmu.2018.090
  6. Ershov AYu, Martynenkov AA, Lagoda IV, et al. Synthesis of aldose 11-mercaptoundecanoyl hydrazones as promising glycoligands of noble metal nanoparticles. ChemistrySelect. 2019;4(44):12938–41. doi: 10.1002/slct.201902942
  7. Ershov AYu, Martynenkov AA, Lagoda IV, et al. Synthesis of the Gold Glyconanoparticles Based on 6-Deoxyand 2-(Acetylamino)aldoses 3-Mercaptopropionylhydrazones. Russian Journal of General Chemistry. 2021;91(2):260−8. (In Russ). doi: 10.31857/S0044460X21020098
  8. Blondy S, David V, Verdier M, et al. 5-Fluorouracil resistance mechanisms in colorectal cancer: From classical pathways to promising processes. Cancer Sci. 2020;111(9):3142–54. doi: 10.1111/cas.14532
  9. Sambuy Y, De Angelis I, Ranaldi G, et al. The Caco-2 cell line as a model of the intestinal barrier: influence of cell and culture-related factors on Caco-2 cell functional characteristics. Cell Biol Toxicol. 2005;21(1):1−26. doi: 10.1007/s10565-005-0085-6
  10. Catanzaro E, Calcabrini C, Bishayee A, et al. Antitumor potential of marine and freshwater lectins. Mar Drugs. 2019;18(1):11. doi: 10.3390/md18010011
  11. Setyawati MI, Tay CY, Bay BH, et al. Gold nanoparticles induced endothelial leakiness depends on particle size and endothelial cell origin. ACS Nano. 2017;11(5):5020−30. doi: 10.1021/acsnano.7b01744
  12. Pagliaccia MC, Spinozzia F, Miglioratib G, et al. Genistein inhibits tumour cell growth in vitro but enhances mitochondrial reduction of tetrazolium salts: A further pitfall in the use of the MTT assay for evaluating cell growth and survival. Eur J Cancer. 1993;29A(11):1573–7. doi: 10.1016/0959-8049(93)90297-s
  13. Vellonen K–S, Honkakoski P, Urtti A. Substrates and inhibitors of efflux proteins interfere with the MTT assay in cells and may lead to underestimation of drug toxicity. Eur J Pharm Sci. 2004;23(2):181–8. doi: 10.1016/j.ejps.2004.07.006
  14. Osuga T, Takimoto R, Ono M, et al. Relationship between increased fucosylation and metastatic potential in colorectal cancer. J Natl Cancer Inst. 2016;108(8):djw21. doi: 10.1093/jnci/djw21
  15. Yoshida M, Takimoto R, Murase K, et al. Targeting anticancer drug delivery to pancreatic cancer cells using a fucose-bound nanoparticle approach. PLoS One. 2012;7(7):e39545. doi: 10.1371/journal.pone.0039545
  16. Kavunja HW, Voss PG, Wang JL, et al. Identification of lectins from metastatic cancer cells through magnetic glyconanoparticles. Isr J Chem. 2015;55(3−4):423–36. doi: 10.1002/IJCH.201400156
  17. Casale J, Patel P. Fluorouracil. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2022. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK549808/. Accessed: 2022 November 11.
  18. Prince GT, Cameron MC, Fathi R, et al. Topical 5-fluorouracil in dermatologic disease. Int J Dermatol. 2018;57(10):1259–64. doi: 10.1111/ijd.14106

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. A scheme of synthesis of gold glyconanoparticles [6, 7]. Notes: X — hydrogen atom or a fragment of D-galactose, Z — oxygen atom, R — methyl or hydroxymethyl group, n — 1-thiopropanoyl group or 4-thiohexanoyl group; I — natural mono- and disaccharides, II — condensation product, III — gold glyconanoparticles.

Download (27KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Graphs of metabolic activity of Caco-2 cells in their incubation with gold glyconanoparticles and fluorouracil for 2 hours.. Notes: Au-Fuc-MHH — aurum-fucose-mercaptohexanoylhydrazide, Au-Gal-MPH — aurum-lactose-mercaptopropanoylhydrazide, Au-Lac-MPH — aurum-galactose-mercaptopropanoylhydrazide. Dots on the graph correspond to the arithmetic meal values, spread of values — to standard deviation.

Download (45KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Graphs of metabolic activity of Caco-2 cells in their incubation with gold glyconanoparticles and fluorouracil for 8 hours. Notes: Au-Fuc-MHH — aurum-fucose-mercaptohexanoylhydrazide, Au-Gal-MPH — aurum-lactose-mercaptopropanoylhydrazide, Au-Lac-MPH — aurum-galactose-mercaptopropanoylhydrazide. Dots on the graph correspond to the arithmetic meal value, spread of values — to standard deviation.

Download (42KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Graphs of metabolic activity of Caco-2 cells in their incubation with gold glyconanoparticles and fluorouracil for 24 hours. Notes: Au-Fuc-MHH — aurum-fucose-mercaptohexanoylhydrazide, Au-Gal-MPH — aurum-lactose-mercaptopropanoylhydrazide, Au-Lac-MPH — aurum-galactose-mercaptopropanoylhydrazide. Dots on the graph correspond to the arithmetic meal value, spread of values — to standard deviation.

Download (30KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Chernykh I.V., Kopanitsa M.A., Shchul'kin A.V., Yakusheva E.N., Ershov A.Y., Martynenkov A.A., Lagoda I.V., Volkova A.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».