БИОФИЗИКА, 2021, том 66, № 6, с. 1229-1245

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

УДК 577.3

НАНОЧАСТИЦЫ ЗОЛОТА КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ

РАДИОСЕНСИБИЛИЗИРУЮЩИЕ И ЦИТОТОКСИЧЕСКИЕ АГЕНТЫ

Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, 119334, Москва, ул. Косыгина, 4

Е-mail: larros@list.ru

Поступила в редакцию 16.08.2021 г.

После доработки 16.08.2021 г.

Принята к публикации 19.08.2021 г.

В обзоре представлены данные, связанные с изучением радиосенсибилизирующих свойств и

цитотоксической активности наночастиц золота на экспериментальных моделях опухолей.

Рассматриваются возможные механизмы наблюдающихся эффектов.

Ключевые слова: наночастицы золота, радиосенсибилизация, цитотоксичность, экспериментальные

модели опухолей.

DOI: 10.31857/S000630292106020X

ния с применением некоторых противоопухоле-

Возможности стандартных методов лучевой

терапии опухолей ограничены отсутствием се-

вых препаратов (5-фторурцила, цисплатины, ми-

томицина С и др.). Усиление эффективности ле-

лективности действия ионизирующего излучения

чения в этих случаях обусловлено не только

на опухоль ввиду того, что абсорбция энергии об-

повышением радиочувствительности опухолевых

лучения одинакова для опухолевой и нормальной

ткани. В связи с этим невозможно подвести к

клеток в зоне облучения, но и ингибирующим

действием препаратов как на первичную опухоль,

опухоли дозу ионизирующей радиации, необхо-

димую для полной иррадиации опухоли, по-

так и на отдаленные метастазы. В то же время при

химиолучевой терапии возможно усиление ток-

скольку повышение дозы связано с высоким

сичности в результате суммации токсических эф-

риском тяжелых постлучевых повреждений нор-

фектов облучения и химиотерапии [1].

мальных органов и тканей. Повышение эффекта

облучения без увеличения дозы пытаются полу-

В последние десятилетия фиксируется возрас-

чить, комбинируя облучение с применением раз-

тающий интерес к возможностям применения

личных способов усиления радиочувствительно-

для биомедицинских целей наночастиц неорга-

сти опухолевых клеток (гипербарическая оксиге-

нических материалов с высоким Z-числом (атом-

нация, локальная гипертермия, гипергликемия,

ный номер), обладающих рядом уникальных хи-

использование электронно-акцепторных соеди-

мических, физических и биологических свойств,

нений, противоопухолевых препаратов).

которые определяются их размерами, формой,

особыми поверхностными свойствами. Показа-

Накопленный клинический опыт показывает,

что усиления терапевтического эффекта облуче-

но, что такими свойствами обладают наночасти-

ния многих опухолей (мультиформная глиобла-

цы золота (НЧЗ), серебра, гадолиния, лантанида,

оксида титана. Наибольшее внимание исследова-

стома, опухоли головы и шеи, рак пищевода, пря-

мой кишки, легкого, шейки матки) в определен-

телей привлекают НЧЗ благодаря простоте их

ных ситуациях можно добиться с помощью

получения, высокому Z-числу, особым поверх-

ностным свойствам и высокой биосовместимо-

химиолучевого лечения, т. е. сочетания облуче-

сти [2-6].

Сокращения: НЧЗ - наночастицы золота, в/в - внутривен-

О возрастающем интересе к исследованиям

ный, РМЖ - рак молочной железы, КРР - колоректаль-

возможностей применения НЧЗ в онкологии

ный рак, РПЖ - рак предстательной железы, ПКРГШ -

плоскоклеточный рак головы-шеи, EPR - эффект повы-

свидетельствует экспоненциальный рост числа

шенной проницаемости и удерживания (enhancement per-

публикаций в этой области. Так, первая статья на

meability and retention), ФУД - фактор усиления дозы,

эту тему появилась в 1999 г., в период 2000-

АФК - активные формы кислорода, EGFR - рецептор

2009 гг. было опубликовано уже 525 статей, а в пе-

эпидермального фактора роста, ПНЧЗ - пегелированные

наночастицы золота.

риод 2010-2019 гг. - 6565 статей [7].

1229

1230

КОРМАН и др.

Первым сообщением о возможности усиления

Важной особенностью НЧЗ, отличающей их

с помощью НЧЗ противоопухолевого эффекта

от наночастиц других тяжелых металлов, являет-

облучения, вероятно, является работа [8]. Мы-

ся их пластичность, что позволяет получать НЧЗ

шам с перевитым под кожу раком молочной же-

различного размера и разнообразной формы. В

лезы ЕМТ-6 однократно внутривенно (в/в) ввели

экспериментальных исследованиях используют-

сферические НЧЗ диаметром 1.9 нм с тиолом в

ся НЧЗ различной формы - сфера, стержень, ра-

качестве лиганда в дозах до 2.7 г Au/кг (концен-

ковина, клетка [6, 7, 11, 12, 19, 20].

трация в опухоли до 7 мг Au/грамм опухоли) в со-

НЧЗ представляют собой коллоидальные или

четании с рентгеновским облучением в дозе

кластеризованные наночастицы диаметром от

30 Гр. В течение нескольких минут облучения

нескольких нм до сотен нм, состоящие из ядра,

концентрация золота в опухоли в восемь раз пре-

образованного атомами золота (десятки-сотня

восходила концентрацию в нормальных тканях.

атомов).

Годовая выживаемость мышей, получивших ком-

бинированное лечение с дозой НЧЗ 2.7 г Au/кг,

НЧЗ обычно получают при восстановлении

составила 86%, с дозой 1.35 г Au/кг - 50%, а мы-

тетрахлороаурата водорода (золотохлористоводо-

шей, получивших только облучение или только

родная кислота). В результате действия различ-

НЧЗ - 20 и 0% соответственно [8].

ных восстанавливающих агентов ионы золота

восстанавливаются до нейтральных атомов золо-

В последующие годы было проведено большое

та с образованием НЧЗ.

число исследований, связанных с оценкой воз-

можности усиления противоопухолевого эффек-

НЧЗ, не имеющие оболочки («голые»), после

та облучения НЧЗ в опытах in vitro и in vivo на раз-

попадания в кровь быстро агрегируют с образова-

ных опухолевых моделях (рак молочной железы

нием более крупных частиц, связываются с раз-

(РМЖ), колоректальный рак (КРР), рак предста-

ными белками плазмы и интернализуются макро-

тельной железы (РПЖ), плоскоклеточный рак го-

фагами. Для преодоления этих процессов и с це-

ловы-шеи (ПКРГШ), рак легкого, яичников,

лью повышения времени циркуляции НЧЗ в

шейки матки, меланома, опухоли мозга, гепато-

крови к их поверхности обычно присоединяют

карцинома, лейкозы, лимфома). При этом были

стабилизирующие лиганды, препятствующие аг-

исследованы в широком диапазоне концентра-

регации ядер, абсорбции белками плазмы, фаго-

ций НЧЗ различного размера, соединенные с раз-

цитозу макрофагами. Природа лигандов в значи-

ными лигандами. Были использованы разные ме-

тельной мере определяет заряд, полярность и хи-

тоды облучения, как киловольтного, так и мега-

мические свойства НЧЗ.

вольтного диапазона (рентгеновские и гамма-

По сравнению с наночастицами других тяже-

установки, линейный ускоритель, протонный пу-

лых металлов НЧЗ обеспечивают большую широ-

чок, радиоактивные изотопы) [3, 8-17].

ту энергии фотонов, а также могут модифициро-

Перспективность применения НЧЗ в онколо-

ваться in situ с помощью тиолсодержащих моле-

гии с теоретической точки зрения может быть

кул [3, 21, 22].

обусловлена рядом их особых свойств:

Немаловажное значение имеет низкая токсич-

- значительная фотоэлектрическая актив-

ность НЧЗ [13, 23, 24], а также их способность

ность НЧЗ вследствие высокого Z-числа золота;

проникать и накапливаться в опухолевой ткани,

благодаря эффекту повышенной проницаемости

- хорошая биосовместимость и низкая ток-

и удерживания (EPR - enhancement permeability

сичность НЧЗ вследствие того, что золото являет-

and retention), характерному для опухолей и обу-

ся инертным материалом:

словленному дефектами сосудистой сети опухо-

- высокая реакционная способность НЧЗ

лей [25].

вследствие оптимального (высокого) соотноше-

Широко исследуются различные аспекты ме-

ния площади и объема наночастиц, что позволяет

дицинского применения НЧЗ - при диагностике

присоединять к ним различные молекулы;

разных заболеваний в качестве контрастирующе-

- способность НЧЗ преимущественно накап-

го агента, в качестве носителей лекарственных

ливаться в опухолевой ткани;

препаратов. Наиболее перспективными для ме-

дицинского применения оказались наночастицы

- низкая проницаемость для НЧЗ капилляров

размерами 1-100 нм. Особые свойства НЧЗ обос-

различных нормальных тканей (легкие, сердце,

новывают их применение для так называемой фо-

кожа);

тотермальной терапии, т. е. терапии, связанной с

- возможность получать НЧЗ разного размера

выделением тепла в результате облучения НЧЗ

(1-150 нм) с уникальными химическими, элек-

светом определенной длины волны, в том числе с

трическими и оптическими свойствами [3, 18].

помощью лазерного облучения [4, 26].

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

НАНОЧАСТИЦЫ ЗОЛОТА

1231

РАДИОСЕНСИБИЛИЗАЦИЯ

НЧЗ, ведут к локальному накоплению энергии

НАНОЧАСТИЦАМИ ЗОЛОТА

вокруг НЧЗ и усиливают повреждения ДНК [11,

30-32].

В многочисленных экспериментальных иссле-

дованиях с культурами клеток разных опухолей

Количество низкоэнергетических электронов,

in vitro и в опытах с трансплантируемыми опухо-

образующихся при облучении в клетках, содер-

лями мышей и ксенографтами опухолей человека

жащих НЧЗ, зависит от параметров и глубины об-

in vivo показано, что сочетанное применение об-

лучения. Показано, что при облучении клеток

лучения с НЧЗ действительно позволяет повы-

HeLa, культивируемых с НЧЗ диаметром 50 нм,

сить эффект лучевой терапии. По данным разных

степень радиосенсибилизации клеток, определя-

авторов эффективность такого рода воздействия

емая по количеству двухнитевых разрывов ДНК,

колеблется от 10 до 100% (опыты in vitro) [3].

коррелировала с условиями и глубиной облуче-

ния клеток [21]. Установлено также, что количе-

Рациональной основой для обоснования при-

ство образующихся вторичных электронов зави-

менения НЧЗ в лучевой терапии является способ-

сит и от размеров лигандов, соединенных с НЧЗ,

ность НЧЗ к высокой абсорбции ионизирующего

причем чем короче лиганды, тем значительнее

излучения, различие в способности поглощать

радиосенсибилизирующий эффект НЧЗ [31].

энергию между золотом и мягкими тканями, что

позволяет безопасно увеличивать дозу ионизиру-

Коэффициент абсорбции энергии фотонов

ющего излучения при лучевой терапии опухолей

при киловольтном рентгеновском облучении у

вследствие увеличения поглощения энергии на

золота в 100-150 раз больше, чем у мягких тканей

единицу массы опухоли по сравнению с нормаль-

[3, 12]. Специальными расчетами показано, что

ной тканью и определенной селективности акку-

при насыщении опухоли золотом в достаточном

муляции НЧЗ в опухоли [4, 11, 12],

количестве полученная локальная доза рентге-

Для оценки радиосенсибилизирующей эф-

новского киловольтного облучения может быть

фективности НЧЗ рассчитываются значения

по крайней мере удвоена. В то же время расчеты

фактора увеличения дозы (ФУД), определяемого

показывают, что при мегавольтном облучении,

как отношение поглощенной дозы в объеме инте-

которое обычно применяется в клинике при лу-

реса в присутствии наночастиц (D₂) к поглощен-

чевой терапии опухолей, эффекта радиосенсиби-

лизации за счет разности в абсорбции энергии

ной дозе в том же объеме при их отсутствии (D₁):

фотонов золота в опухоли и в мягких тканях быть

ФУД = D₂/D₁ [27].

не должно [32].

В модельном эксперименте с использованием

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ

полимерного гелиевого дозиметра (MAGAT) бы-

РАДИОСЕНСИБИЛИЗАЦИИ

ло показано, что увеличение полученной дозы го-

раздо больше при использовании киловольтного

Физические механизмы радиосенсибилиза-

облучения (источник Иридиум-192) в присут-

ции клеток НЧЗ, как и другими наночастицами

ствии НЧЗ по сравнению с мегавольтным облуче-

тяжелых металлов, остаются до конца невыяс-

нием (источник Кобальт-60) с теми же НЧЗ - 15

ненными. Выдвигались разные гипотезы для объ-

и 5% соответственно [33].

яснения этого феномена, в том числе такие, как:

- усиление поглощения ионизирующего излу-

Тем не менее в многочисленных эксперимен-

чения;

тальных исследованиях показано, что эффекты

радиосенсибилизации регистрируются и при ме-

- образование фотоэлектронов;

гавольтном облучении. Установлено, что наблю-

- эффект Оже, при котором происходит вылет

даемые эффекты радиосенсибилизации часто до-

электронов ядерной оболочки под влиянием

стоверно превосходят ожидаемые теоретически,

рентгеновского или гамма-излучения;

на основании чего считается, что эти эффекты

- эффект Комптона, предполагающий рассеи-

являются результатом сложного комплекса физи-

вание фотонов рентгеновского или гамма-излу-

ческих, химических и биологических взаимодей-

чения на свободных электронах с передачей энер-

ствий НЧЗ с ионизирующим излучением. Пока-

гии фотонов электронам и образованием вторич-

зано, что НЧЗ способны сенсибилизировать опу-

ных низкоэнергетических электронов [3, 11, 12,

холевые клетки к облучению клинически

28, 29].

значимыми энергиями [34].

Считается, что критическая роль в способно-

Предполагается, что в механизмах реализации

сти НЧЗ повышать дозу поглощенного облучения

радиосенсибилизирующего действия НЧЗ игра-

принадлежит низкоэнергетическим вторичным

ют роль не только физические свойства НЧЗ, но и

электронам. В модельных экспериментах с ДНК

индуцируемые ими биологические эффекты [12,

показано, что такие электроны, генерируемые из

28, 30].

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

1232

КОРМАН и др.

ХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ

Усиленная генерация АФК и индукция окси-

РАДИОСЕНСИБИЛИЗАЦИИ

дативного стресса приводят к повреждениям

ДНК, митохондрий, белков и липидов, подавле-

Эффект радиосенсибилизации клеток под

нию способности ДНК к репарации, блокирова-

влиянием НЧЗ связывают, согласно одной из ги-

нию клеточного цикла, что в конечном итоге ве-

потез, с возможной химической сенсибилизаци-

дет к апоптозу или аутофагии клеток [3, 9, 11, 14,

ей ДНК к радиации в результате активации от-

24].

крытых участков хроматина при взаимодействии

с НЧЗ, что повышает чувствительность ДНК к ра-

Радиосенсибилизирующее действие НЧЗ мо-

диационному поражению. Однако этот предпо-

жет быть связано с ингибированием фермента

лагаемый механизм считается маловероятным,

тиоредоксинредуктазы 1, ведущим к снижению

поскольку для того, чтобы обеспечить взаимодей-

антиоксидантной защиты клетки. Этот эффект

ствие НЧЗ с ДНК, необходима локализация НЧЗ

зарегистрирован на клетках рака легкого линии

в ядре, а в большинстве исследований сообщает-

А549, которые инкубировали с НЧЗ диаметром 10

ся о локализации НЧЗ в основном в цитозоле

нм в течение 6-24 ч до киловольтного рентгенов-

клетки.

ского и протонного облучения [37].

Другой и, как полагают, главный химический

На облученных клетках глиомы U937 показа-

механизм реализации радиосенсибилизирующе-

но, что НЧЗ диаметром 2 нм достоверно снижают

го действия НЧЗ связывают со способностью

внутриклеточное содержание глютатиона, тогда

электронно-активной поверхности НЧЗ катали-

как применение НЧЗ диаметром 40 и 100 нм не

зировать различные химические реакции, в

влияло на уровень глютатиона. Этот эффект объ-

первую очередь, в результате переноса электро-

ясняют тем, что реакция связывания НЧЗ с тио-

нов на О₂, что ведет к генерации активных форм

ловыми группами глютатиона максимальна при

содержании в НЧЗ ~ 100 атомов золота, которое и

кислорода (АФК). Этот эффект НЧЗ усиливается

имеется в НЧЗ диаметром 2 нм. Следует однако

при сочетании с облучением [3].

отметить, что, тем не менее, возрастания уровня

Усиление оксидативного стресса в присут-

АФК и связанных с окислительным стрессом по-

ствии НЧЗ может быть связано с вызываемым

вреждений в клетках при самостоятельном при-

НЧЗ нарушением внутриклеточного баланса тио-

менении НЧЗ без облучения в этом исследовании

лов, что вызывает разбалансировку восстанови-

не наблюдали [36].

тельного потенциала в клетке, способствующую

Клеточный цикл. Повышение чувствительно-

развитию оксидативного стресса. Возможность

сти опухоли к облучению с помощью НЧЗ может

такого механизма следует из экспериментов, в

быть обусловлено способностью НЧЗ блокиро-

которых показано, что облучение опухолевых

вать клеточный цикл с накоплением клеток в фа-

клеток в присутствии НЧЗ диаметром 1.9 нм ведет

зах, наиболее чувствительных к облучению, и

к взаимодействию НЧЗ с протеиновой дисульфи-

подавлять репарацию повреждений ДНК, инду-

дизомеразой, катализирующей реакции образо-

цированных облучением. Наиболее радиорези-

вания, распада и изомеризации дисульфидных

стентны клетки в поздней S-фазе, наиболее ра-

связей в молекулах белков [35].

диочувствительны - в G₂/М-фазах.

Зависимость радиосенсибилизирующего эф-

БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ

фекта НЧЗ от фазы клеточного цикла была пока-

РАДИОСЕНСИБИЛИЗАЦИИ

зана в опытах с синхронизированной (с помощью

Биологические механизмы радиосенсибили-

метода двойного тимидинового блока) и несин-

зирующего эффекта НЧЗ связывают в основном с

хронизированной культурой клеток РМЖ (MDА-

такими факторами, как их влияние на оксидант-

MB-231). Сочетание мегавольтного облучения в

ный статус клеток, клеточный цикл и на способ-

дозе 2 Гр на линейном ускорителе с НЧЗ, соеди-

ность клеток к репарации повреждений. Важная

ненными с интегринсвязывающим пептидом,

роль отводится при этом природе используемого

увеличило гибель клеток в синхронизированной

в НЧЗ лиганда, размеру и заряду НЧЗ. Следует от-

культуре на 61% по сравнению с несинхронизи-

метить, что эффекты радиосенсибилизации для

рованной культурой при использовании НЧЗ

экспериментов, проведенных в условиях in vitro и

диаметром 17 нм и на 31% - при применении НЧЗ

in vivo, различаются и во многом зависят от типа

диаметром 46 нм. Отмечено, что в клетках син-

облученных клеток.

хронизированной культуры накопление НЧЗ бы-

ло в полтора-два раза больше, чем в несинхрони-

Оксидативный стресс. Предполагается, что эф-

зированной [38].

фект радиосенсибилизации клеток НЧЗ обуслов-

лен усилением интенсивности окидативного

Инкубация клеток РПЖ (DU-145) в течение 24

стресса, индуцированного облучением [36].

ч с НЧЗ диаметром 10.8 нм, покрытыми глюко-

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

НАНОЧАСТИЦЫ ЗОЛОТА

1233

зой, привела к ускорению прохождения клетками

стрировался. Высказано предположение, что

фазы G₀/G₁ и к аккумуляции клеток в фазе G₂/M.

НЧЗ не влияют на повреждения ДНК, возникаю-

Одновременно зарегистрированы активация

щие сразу после облучения [42].

циклинов В1 и Е и ингибирование белка р53 и

Однако на клетках глиобластомы U-87 было

циклина А. При облучении этих клеток дозой 2 Гр

показано, что применение НЧЗ диаметром 18 нм,

после 24-часового ингкубирования с НЧЗ ФУД

покрытых сывороточным альбумином, приводит

составил 1.5-2.0 [14].

к повышению количества двухнитевых разрывов

Аналогичные изменения клеточного цикла

ДНК уже через 0.5 и 2 ч после облучения по срав-

под влиянием НЧЗ, покрытых тиоглюкозой, при-

нению с клетками, получившими только облуче-

водящие к увеличению радиочувствительности,

ние, Следует отметить, что инкубация клеток

отмечены в клетках рака яичников (SKOV-3),

глиобластомы в течение 4-24 ч с этими НЧЗ без

РМЖ (MDA-MB-231), рака легкого (A549) и ме-

облучения не сопровождается изменением числа

ланомы [9, 11, 39].

двухнитевых разрывов ДНК [43].

Усиление эффекта при сочетании радиации с

применением НЧЗ может быть обусловлено и

Увеличение числа двухнитевых разрывов ДНК

собственной цитостатической активностью НЧЗ,

обнаружено также в клетках гепатоцеллюлярного

которая также ведет к индукции оксидативного

рака Hep2, облученных в присутствии НЧЗ [12].

стресса, повреждению ДНК, митохондрий, бел-

В ряде исследований не обнаружено влияния

ков, липидов. Иными словами, отчасти усиление

НЧЗ на пострадиационную репарацию повре-

эффекта может носить аддитивный характер [3, 9,

ждений ДНК. Авторы работы [44] на клетках

11, 14, 24].

РМЖ MDA-MB-231 показали, что применение

Гибель клеток при лучевой терапии с исполь-

НЧЗ диаметром 1.9 нм (AuroVist)-контраст для

зованием НЧЗ может происходить в результате

микро-СТ)) не приводит ни к начальному (через

некроза, апоптоза или аутофагии в зависимости

1 ч после облучения), ни к резидуальному (через

от типа клеток, характера и условий облучения,

24 ч) повышению числа двухнитевых разрывов

типа НЧЗ [40, 41].

ДНК по сравнению с клетками, получившими

Репарация повреждений. Известно, что одним

только облучение.

из механизмов радиорезистентности опухолевых

клеток является эффективная репарация повре-

Показано, что конъюгация НЧЗ с радиоактив-

ными изотопами может существенно повысить

ждений ДНК, индуцируемых ионизирующей ра-

диацией, поэтому подавление репарации ДНК

эффективность брахиотерапии опухолей (разно-

рассматривается как один из путей повышения

видность лучевой терапии, при которой источник

эффективности лучевой терапии.

излучения вводится непосредственно в ткань

опухоли). В работе [45] была изучена эффектив-

Полученные в разных исследованиях данные о

ность интратуморального введения НЧЗ диамет-

влиянии НЧЗ на репарацию радиационно-инду-

цируемых повреждений ДНК весьма противоре-

ром 30 нм, конъюгированных с ¹⁷⁷Lu и панитума-

бом (моноклональные антитела к рецептору эпи-

чивы, что, вероятно, определяется различиями в

использованных НЧЗ как по размерам и форме,

дермального фактора роста (EGFR)) на мышах с

трансплантированным подкожно РМЖ человека

так и по лигандам, а также по типу изученных

клеток, источников и мощности облучения [11].

линии MDA-MB-468, гиперэкспрессирующей

EGFR. Через 1 ч после инъекции в опухоли обна-

При инкубации клеток HeLa c НЧЗ диаметром

ружена высокая абсорбированная доза радиации

50 нм, покрытых цитратом, обнаружено, что че-

(30-22 Гр), при этом в некоторых областях опухо-

рез 4 и 24 ч после облучения в клетках регистри-

ли достигающая 250-1300 Гр и в 33-760 раз пре-

руется умеренное повышение уровня радиацион-

вышающая концентрацию радиоактивности в

но-индуцированных двухнитевых разрывов ДНК

разных нормальных органах. Зарегистрировано

(определяли по содержанию в ядрах количества

прекращение роста опухолей в течение 90 суток

фокусов γ-H2AX и 53BP1 - маркеров двухните-

после введения этих НЧЗ, при этом все мыши

вых разрывов ДНК) по сравнению с клетками,

прожили более 120 суток. Введение ¹⁷⁷Lu без НЧЗ

облученными без НЧЗ, что расценено как указа-

практически не повлияло на рост опухолей, ме-

ние на подавление пострадиоционной репарации

диана выживаемости мышей в этой группе соста-

двухнитевых разрывов ДНК [34]. При облучении

вила 82 суток (в контроле - 75 суток). Следует от-

клеток РМЖ, инкубированных с НЧЗ диаметром

метить, что эффективность НЧЗ, конъюгирован-

2.7 нм, покрытых тиопронином, также обнаруже-

но увеличение уровня двухнитевых разрывов

ных только с ¹⁷⁷Lu без панитумаба, достоверно не

ДНК через 24 ч после облучения, хотя через

отличалась от эффективности НЧЗ, включавших

30 мин после облучения этот феномен не реги-

панитумаб.

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

1234

КОРМАН и др.

Как уже отмечалось, важную роль в эффекте

нию с «голыми» НЧЗ (р < 0.005) [9]. На клетках

НЧЗ играют лиганды, присоединяемые к НЧЗ.

РМЖ MCF-7 показано, что комбинация рентге-

Природа лигандов в значительной мере опреде-

новского или гамма-облучения с такими НЧЗ

ляет заряд, полярность, химические и биологиче-

приводит к усилению гибели клеток по сравне-

ские свойства НЧЗ, их способность проникать и

нию с применением «голых» НЧЗ [48].

накапливаться в клетках [29].

Значительное усиление радиосенсибилизиру-

Лиганды. Наиболее часто в эксперименталь-

ющего действия ПНЧЗ может быть достигнуто

ных исследованиях используются пегелирован-

при присоединении к ним пептидов, способству-

ные НЧЗ (ПНЧЗ), в которых для покрытия по-

ющих прохождению молекул и наночастиц

верхности наночастиц используется хорошо

сквозь плазматическую мембрану клетки. В опы-

изученный биосовместимый полимер полиэти-

тах in vitro и in vivo показано, что при использова-

ленгликоль, создающий вокруг НЧЗ гидрофиль-

нии таких НЧЗ при рентгеновском облучения

ный слой. Пегелирование предохраняет НЧЗ от

опухолевых клеток ФУД может достигать 2.3 [49].

агрегации и поглощения макрофагами, увеличи-

Повышение эффективности облучения опухо-

вает время их циркуляции в крови в 10-100 раз,

лей может быть получено при использовании в

что влияет на их биораспределение [11, 24, 30, 46].

качестве лигандов веществ, для которых в опухо-

Так, показано, что в/в введение ПНЧЗ (в форме

лях имеются специфические мишени. Усиление

стержней) мышам с ксенографтами меланомы ли-

противоопухолевого эффекта таких комбинаций

нии MDA-MD-435 сопровождается длительной

может быть связано не только с усилением радио-

циркуляцией золота в крови (до 72 ч, t_1/2 ~17 ч) с

сенсибилизирующего действия НЧЗ вследствие

относительно длительным сохранением золота в

повышения содержания НЧЗ в опухоли, но и со

ткани опухоли (~7% от введенной дозы спустя 72 ч

специфическим противоопухолевым действием

после исчезновения НЧЗ из крови).

лиганда.

Очищение организма от ПНЧЗ происходит с

На культуре клеток мышиной глиомы линии

помощью клеток ретикулоэндотелиальной систе-

ALTS1C1 показано, что сочетание ПНЧЗ диамет-

мы печени и селезенки в течение длительного

ром 1.8 нм, конъюгированных с селективным ин-

времени. Так, через два месяца после однократ-

гибитором интегрина α_vβ₃ (RGDfk), гиперэкс-

ной в/в инъекции мышам суммарное содержание

прессия которого зарегистрирована во многих

золота во всех органах уменьшилось более чем на

опухолях, с киловольтным и мегавольтным облу-

50%, а в мышцах, сердце, легких и почках - более

чением увеличило эффективность облучения с

чем на 80%, при этом никаких признаков токсич-

ФУД, составившим

1.14-1.33. При введении

ности у мышей в течение двухмесячного периода

НЧЗ, связанных с интегринсвязывающим пепти-

наблюдения не отмечалось [47].

дом и c ¹⁷⁷Lu, мышам с перевитой глиомой С6,

Используются и другие лиганды - цитрат, аль-

экспрессирующей интегрин α_vβ₃, в опухоли заре-

бумины сыворотки крови человека, аполипроте-

гистрированы высокая доза абсорбированной ра-

ин Е, цистеин, тиоглюкоза, биотин, тиотропонин

диации (63.8 ± 7.9 Гр) и достоверное замедление

и прочие [10, 12, 13, 26].

роста опухоли, сопровождающееся снижением

кровоснабжения опухоли и снижением экспрес-

К ядру НЧЗ могут быть присоединены также

сии гена VEGF. При использовании НЧЗ, конъ-

различные вещества с разными функциональны-

ми свойствами (лекарственные препараты, анти-

югированных только с ¹⁷⁷Lu или только с инте-

тела, пептиды, радионуклиды и прочие).

грин-связывающим пептидом, эти эффекты бы-

ли достоверно менее выраженными [50, 51].

Хорошо известно, что обычное металлическое

золото химически инертно. При образовании на-

При сравнении радиосенсибилизирующего

ноструктур нейтральное золото приобретает не-

эффекта НЧЗ, конъюгированных с цетуксимабом

обычные свойства, обусловленные их маленьки-

(моноклональные антитела к EGFR), при про-

ми размерами и при этом большой площадью по-

тонном обучении клеток эпидермоидного рака

верхности, которая электронно-активна, что

А431 (экспрессирует EGFR) и клеток меланомы

ведет к высокой реакционной способности, в том

MDA-MB-453 усиление эффекта облучения об-

числе при взаимодействии с биологическими

наружили только на клетках А431 [52].

структурами [12].

Усиление радиочувствительности опухоли при

На клетках рака яичников человека (SKOV-3) с

использовании НЧЗ, ковалентно конъюгирован-

помощью атомной эмиссионной спектроскопии

ными с цетуксимабом, отмечено и в опытах in vivo

было показано, что культивирование клеток с

с ксенографтами ПКРГШ (экспрессирует EG-

НЧЗ, покрытыми тиоглюкозой, повысило интра-

FR). Комбинированное лечение привело к более

целлюлярное содержание НЧЗ на 31% по сравне-

выраженному раннему и позднему апоптозу, ин-

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

НАНОЧАСТИЦЫ ЗОЛОТА

1235

гибированию ангиогенеза, подавлению репара-

свидетельствовала также проведенная фаза I кли-

ции и достоверному торможению роста опухоли

нических испытаний CYN-6901.

по сравнению с применением только облучения

Авторы работы [57] исследовали радиосенси-

или цетуксимаба [53].

билизиующий эффект ПНЧЗ в виде стержней,

Культивирование клеток РМЖ (MCF-7 и

конъюгированных с гозерелином (аналог лютеи-

MDA-MB-231) с НЧЗ, конъюгированными с

низирующего рилизинг-гормона гипофиза, при-

AS1411 (олигонуклеотид, специфически связыва-

меняемый для лечения РПЖ). Показано, что при

ющийся с нуклеолиновым рецептором, гипер-

инкубации клеток РПЖ линии РС-3 с конъюги-

экспрессия которого наблюдается в мембране

рованными НЧЗ пиковая концентрация НЧЗ в

опухолевых клеток при небольшой экспрессии на

клетках после 24-часовой инкубации была в пять

нормальных клетках), привело к достоверному

раз выше по сравнению с применением НЧЗ без

увеличению аккумуляции НЧЗ в опухолевых

гозерилина, при этом конъюгированные НЧЗ

клетках по сравнению с применением «голых»

определялись преимуществвенно в эндосомах,

НЧЗ. Применение этого конъюгата в течение 24 ч

распределенных по цитоплазме, неконъюгиро-

до мегавольтного облучения клеток на линейном

ванные - в околомембранных областях. При ме-

ускорителе привело к достоверному увеличению

гавольтном облучении клеток в дозе 5 Гр на ли-

гибели клеток (оценка клоногенным тестом) по

нейном ускорителе после 24-часовой инкубации

сравнению с использованием только НЧЗ [54].

с конъюгированными НЧЗ при оценке выживае-

мости клеток клоногенным методом ФУД соста-

На клетках ПКРГШ показано, что комбина-

вил 1.36 ± 0.06, при применении неконъюгиро-

ция киловольтного облучения в дозе 4 Гр с при-

ванных НЧЗ - 1.19 ± 0.04. В опытах in vivo с ксе-

менением НЧЗ диаметром 60 нм, конъюгирован-

нографтами РС-3 сочетание облучения с в/в

ных с ингибитором тирозинкиназы AG14787,

введением конъюгированных НЧЗ в дозе

привела к более значительному цитотоксическо-

10 мг/Au/кг привело к замедлению роста опухо-

му эффекту по сравнению с сочетанием облуче-

лей на 17 ± 1 сутки, при применении одного облу-

ния и «голых» НЧЗ, хотя внутриклеточное содер-

чения или сочетания с неконъюгированными

жание золота при использовании конъюгирован-

НЧЗ в той же дозе - на 3 ± 2 суток.

ных НЧЗ не увеличилось [55]. Вероятно, эффект

усиления цитотоксичности при таком сочетании

Размер и заряд наночастиц золота. НЧЗ способ-

обусловлен аддитивным цитотоксическим дей-

ны повышать эффективность облучения протон-

ствием облучения и ингибитора тирозинкиназы.

ным пучком, при этом важное значение

имеет размер НЧЗ и степень их проникновения в

В работе [56] был исследован радиосенсибили-

клетку.

зирующий эффект препарата CYT-6091 (НЧЗ

диаметром 2.7 нм, конъюгированные с фактором

Зависимость биологического, в том числе ра-

некроза опухолей TNF-α) в опытах in vivo с транс-

диосенсибилизирующего действия НЧЗ, от их

плантированными мышиными опухолями

размера имеет сложный нелинейный характер.

(РМЖ линии 4Т1 и ПКРГШ линии SCCVII).

Например, в опытах in vitro и in vivo зарегистриро-

При сочетании CYN-6091 c однократным кило-

вано, что использование ПНЧЗ диаметром 12.1 и

вольтным облучением в дозе 20 Гр рост 4Т1 за-

27.3 нм приводит к большему повышению эффек-

медлился в 2.2-2.4 раза (при применении только

тивности гамма-облучения по сравнению с НЧЗ

облучения - в 1.8 раза), при этом эффект не

диаметром 4.8 и 46.6 нм. Этот результат связыва-

зависел от последовательности применения облу-

ют с большей аккумуляцией НЧЗ диаметром 12.1

чения и CYT-6091 (за 30 мин до облучения, од-

и 27.3 нм в опухолевых клетках [58].

новременно с облучением и через 24 ч после облу-

Показано, что при сочетании НЧЗ диаметром

чения). При сочетании CYN-6091 с фракциони-

50 нм с протонным пучком ФУД составляет 1.33,

рованным облучением

(12 Гр через день

а в тех случаях, когда все введенные НЧЗ были

трехкратно) рост 4Т1 замедлился в 5.3 раза (толь-

интернализованы в клетки - 1.81. При примене-

ко облучение - в два раза), рост SCCVII - в 8.5 ра-

нии НЧЗ диаметром 2 нм ФУД увеличился до

за (только облучение - в 3.5 раза), при этом у двух

3.98, что было объяснено способностью НЧЗ та-

животных опухоли регрессировали полностью и

кого размера проникать в ядро клетки [59].

не рецидивировали. Следует отметить, что при-

Данные разных исследований существенно

менение только CYN-6091 было неэффектив-

различаются по оптимальным для радиосенсиби-

ным. Считают, что синергетический эффект со-

лизации размерам НЧЗ.

четания облучения и CYN-6901 обусловлен био-

логическими эффектами TNF-α, в частности,

Показано в опытах in vitro, что сочетание рент-

влиянием на кровоснабжение опухолей и их мик-

геновского облучения клеток с применением

роокружение, при этом конъюгация с НЧЗ при-

НЧЗ диаметром 50 нм приводит к более значи-

вела к снижению токсичности TNF-α. Об этом

тельному усилению действия облучения (ФУД

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

1236

КОРМАН и др.

составлял 1.43) по сравнению с использованием

клеток линии Кα, культивируемых в течение 24 ч

НЧЗ диаметром 14 и 74 нм (ФУД равнялся соот-

с НЧЗ разной формы, установлено, что ФУД при

ветственно 1,20 и 1.26). При этом было установле-

использовании пегелированных сферических,

но, что наибольшее накопление золота в клетках

шиповидных и стержневидных НЧЗ составлял

происходило при использовании НЧЗ диаметром

1.62, 1.37 и 1.21 соответственно. С этим коррели-

50 нм [34, 46].

ровала интенсивность проникновения в клетки

НЧЗ разной формы. Наибольшее интрацеллю-

При сравнении эффективности сочетания ме-

лярное содержание золота зарегистрировано при

гавольтного облучения клеток РМЖ (MDA-MB-

применении сферических НЧЗ.

231) с покрытыми тиоглюкозой НЧЗ диаметром

16 и 49 нм обнаружено, что усиление гибели кле-

На клетках HeLa показано [22], что сферические

ток по сравнению с применением только облуче-

НЧЗ диаметром 14 или 75 нм на 350-500% эффек-

ния было более значительным при комбинации с

тивнее интернализируются опухолевыми клетками

НЧЗ диаметром 49 нм. Это связывают с более за-

по сравнению с НЧЗ размерами 74 × 14 нм в форме

метным блоком клеточного цикла в фазе G₂/M

стержня. Этот феномен объясняют более тесным

[39]. При сочетании киловольтного облучения в

контактом сферических НЧЗ с мембраной клеток

дозе 15 Гр с интратуморальным введением НЧЗ

благодаря особенностям их поверхности.

диаметром 4 и 14 нм, соединенных с меркапто-

сукцинатом, мышам с трансплантированным

В то же время было показано [30], что в усло-

РМЖ линии MDA-MB-23, зарегистрировано до-

виях in vivo ПНЧЗ в форме стержня имеют более

стоверое замедление роста опухоли, практически

длительное время циркуляции в крови и более

одинаковое при использовании НЧЗ диаметром 4

интенсивно кумулируются в опухоли по сравне-

и 14 нм, более выраженное по сравнению с при-

нию со сферическими НЧЗ, что объясняют менее

менением только облучения на 19-30 сутки роста

интенсивным фагоцитозом таких НЧЗ.

опухоли. Однако достоверное увеличение выжи-

Для повышения концентрации НЧЗ в опухоли

ваемости мышей по сравнению с применением

может быть использовано интратуморальное вве-

только облучения обнаружено лишь при сочета-

дение НЧЗ. На ксенографтах КРР линии НСТ116

нии облучения с НЧЗ диаметром 14 нм [60].

показано, что сочетание интратуморального вве-

О роли внутриклеточного уровня НЧЗ в усиле-

дения НЧЗ средним диаметром 2.77 ± 0.69нм, по-

нии действия облучения свидетельствуют данные

крытых тиотропонином, с киловольтным рентге-

работы [61], в которой был зарегистрирован су-

новским облучением в дозе 10 Гр, подавляет рост

щественно больший радиосенсибилизирующий

более значительно, чем в/в введение этих НЧЗ

эффект от сочетания протонного облучения с

или использование только облучения. Время до-

НЧЗ диаметром 10 нм по сравнению с НЧЗ диа-

стижения четырехкратного увеличения началь-

метром 5 нм на клетках карциномы А431, при

ного объема опухоли в этом исследовании соста-

этом аккумуляция в клетках НЧЗ диаметром

вило 54, 32 и 37 дней соответственно [10].

10 нм была более чем в два раза выше.

Важную роль в радиосенсибилизирующем эф-

Однако в ряде исследований показано, что ма-

ленькие НЧЗ, способные пассивно проникать в

фекте НЧЗ играет не только их размер, но и заряд

их поверхности, который определяет электроста-

опухолевые клетки и накапливаться там в резуль-

тате эффекта EPR, обладают более высокой цито-

тические взаимодействия с белками сыворотки

крови (в частности, с факторами комплемента,

токсичностью и большим радиосенсибилизирую-

щим действием по сравнению с более крупными

которые распознают инородные вещества и

предъявляют их макрофагам) и с клеточными

НЧЗ [36].

мембранами, которые обычно заряжены отрица-

Наиболее часто в исследовании радиосенси-

тельно. В результате заряд НЧЗ определяет время

билизирующих свойств НЧЗ использовались

их циркуляции в крови после в/в введения и ве-

сферические НЧЗ, так как у них относительно

роятность интернализации [30].

легко изменять размер, характер поверхности и ее

химические свойства, позволяющие соединять их

На модельных системах (комплексы ДНК-

с различными лигандами. Cчитается, что малень-

НЧЗ) показано, что облучение комплексов с по-

кие сферические НЧЗ имеют преимущества пе-

ложительно заряженными НЧЗ диаметром 5 нм,

ред НЧЗ другой формы с точки зрения проникно-

тесно связывающимися с РО₄ группами ДНК,

вения и аккумуляции в опухолях [3, 15].

ФУД составил 4.5, тогда как использование НЧЗ

Показано [49], что сферические НЧЗ оказыва-

диаметром 15 нм, заряженных отрицательно (су-

ют более выраженный радиосенсибилизирую-

щественно слабее связывающихся с ДНК), при-

щий эффект по сравнению с НЧЗ другой формы.

водит к значительному меньшему радиосенсиби-

Так, при рентгеновском облучении опухолевых

лизирующему эффекту [11, 16].

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

НАНОЧАСТИЦЫ ЗОЛОТА

1237

Очевидно, что вопрос об оптимальном разме-

Сочетание сферических НЧЗ диаметром 25 нм

ре и форме НЧЗ для реализации радиосенсибили-

с мегавольтным облучением на линейном уско-

зирующего эффекта остается открытым.

рителе (18 МВ) в дозах 4-8 Гр клеток КРР линии

НТ-29 привело к достоверному снижению числа

Радиосенсибилизирующие эффекты НЧЗ за-

выживших клеток по сравнению с применением

регистрированы в опытах in vitro и in vivo, при

только облучения, однако при облучении дозой

этом в ряде исследований обнаружены различия в

2 Гр этого эффекта не наблюдали - ФУД соста-

радиосенсибилизирующем действии НЧЗ в усло-

вил 1.1 при дозе 2 Гр и 2.25 - при дозе 8 Гр [66].

виях in vitro и in vivo.

Однако на клетках глиомы Т98G не отмечено

Эффекты in vitro. Показано, что на клетках ме-

усиления эффекта при увеличении дозы облуче-

ланомы В16F10 мышей применение покрытых

ния в сочетании с НЧЗ (AuroVist^TM) - при дозе

цитратом сферических НЧЗ диаметром 18 нм

рентгеновского облучения 2 Гр ФУД составил 1.9,

приводит к небольшому (ФУД равен 1.08) повы-

при дозе 8 Гр - 1.35 [65].

шению эффективности облучения клеток на ли-

Киловольтное облучение клеток РПЖ (DU-

нейном ускорителе, однако в опытах in vivo при

145), инкубированных с НЧЗ, покрытыми тио-

сочетании этих НЧЗ с облучением (через 24 ч по-

глюкозой, привело к подавлению роста клеток на

сле в/в введения НЧЗ) мышей с перевитой мела-

45.7%, при использовании «голых» НЧЗ - на

номой В16F10 зарегистрировано достоверное за-

30.6%, только облучения - на 15.9%. Отмечено,

медление роста опухолей, при этом выживае-

что внутриклеточная концентрация была в три

мость мышей увеличилась с

55 суток при

раза больше при инкубации клеток с НЧЗ, соеди-

применении только облучения до 65 суток [13].

ненными с тиоглюкозой, по сравнению с «голы-

На клетках глиобластомы U-87 показано, что

ми» НЧЗ [67].

применение НЧЗ диаметром 18 нм, покрытых сы-

Эффекты in vivo. Установлено, что сочетание

вороточным альбумином, в сочетании с облуче-

в/в введения покрытых тропонином НЧЗ диамет-

нием приводит к увеличению числа апоптотиче-

ром 2.7 нм с рентгеновским облучением интраце-

ских клеток через 48 ч после облучения по срав-

ребрально перевитой глиомы мышей линии Tu-

нению с клетками, подвергнутыми только

2449 увеличивает выживаемость мышей на 50%

облучению. Усиление противоопухолевого е эф-

по сравнению с получившими только облучение.

фекта при сочетании этих НЧЗ с облучением по-

ФУД в этом эксперименте составлял ~300% [43].

казано также на ксенографтах глиобластомы

Сочетание гамма-облучения (Cs137) (5Гр) c вну-

U-87 [62]. Повышение эффективности рентге-

трибрюшинным введением мышам НЧЗ с ядром,

новского облучения при сочетании с НЧЗ показа-

содержащим 10-12 атомов золота, соединенным с

но на клетках ПКРГШ мышей линии SCCVII

глютатионом, на ксенографтах рака шейки матки

[63].

человека линии U14 привело к выраженному усиле-

При комбинации in vitro мегавольтного облу-

нию действия облучения in vivo - торможение роста

чения на линейном ускорителе клеток меланомы

опухоли составило 65% против 8% при применении

B16F10 и применения сферических ПНЧЗ диа-

только облучения. Практически такие же результа-

метром 50 нм ФУД составил 1.22 при концентра-

ты получены в аналогичном эксперименте с исполь-

ции НЧЗ 30 мМ [64]. При сочетании киловольт-

зованием НЧЗ с ядром, содержащим 29-43 атома

ного облучения дозой 1-4 Гр клеток КРР челове-

золота [6, 68, 69].

ка (НСТ116) с применением НЧЗ диаметром

Авторы работы [70] в экспериментах in vivo c

2.7 нм, покрытых тиотропонином, ФУД состав-

гепатокарциномой Н22 использовали покрытые

лял 1.48-1.69 соответственно [10].

альбуминами бычьей сыворотки НЧЗ диаметром

8 и 50 нм. НЧЗ вводили в/в в дозе 4 мгAu/кг за

Применение in vitro НЧЗ диаметром 1.9 нм

30 мин до рентгеновского облучения в дозе 5 Гр.

(AuroVist^TM, Nanoprobes, США) с рентегенов-

Зарегистрировано усиление эффективности об-

ским облучением (225 кВ) в дозе 2 Гр привело к

лучения с ФУД, равным 1.93 и 2.02 соответствен-

увеличению эффективности облучения с ФУД,

но. Применение НЧЗ существенно усиливало

равным 1.2 ± 0.1 для клеток РМЖ MDA-MD-231 и

апоптоз опухолевых клеток по сравнению с ис-

1.9 ± 0.3 - для клеток глиомы Т98G. Однако на

пользованием только облучения. Следует отме-

клетках РПЖ DU-145 радиосенсибилизирующе-

тить, что как в опытах in vitro (клетки HeLa,

го эффекта не наблюдали [65].

HepG2, HeCat), так и in vivo (H22) не обнаружено

На клетках MDA-MB-231 показано, что Auro-

цитотоксичности и противоопухолевого эффекта

при применении этих НЧЗ без облучения.

Vist^TM cенсибилизирует клетки также к мегаволь-

ному обучению (6 МВ и 15 МВ) с ФУД, равным

Определенный интерес может представлять

1.29 и 1.16 соответственно [44].

изучение радиосенсибилизирующих свойств у зо-

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

1238

КОРМАН и др.

лотосодержащих комплексных соединений,

на нормальных клетках (L132) и клетках РПЖ

включающих одно- или трехвалентные ионы зо-

DU-145 эффект не наблюдался (ФУД - 0.97-

лота, которые уже применяются в клинической

1.08). При сочетании таких же НЧЗ и мегавольт-

практике, в частности при лечении ревматоидно-

ного облучения в дозе 2 Гр клеток глиобластомы

го артрита (препарат Ауранофин) и некоторых

человека линии U87 ФУД составил 1.27, тогда как

паразитарных заболеваний и широко исследуют-

на клетках РМЖ MCF-7 - 1.74 [74].

ся как противоопухолевые агенты [71, 72]. Обос-

Сочетание мегавольтного облучения в дозе 2

нованием для такого предположения могут слу-

или 4 Гр после четырех-шестичасовой инкубации

жить данные, согласно которым ионы золота мо-

клеток РПЖ (LNCaP и PC-3) с НЧЗ в форме

гут восстанавливаться до нейтрального золота с

стержня размером 50 нм не привело к увеличе-

образованием НЧЗ [73].

нию гибели клеток LNCaP (оценка с помощью

клоногенного теста) по сравнению с применени-

Тип облученных клеток. Радиосенсибилизиру-

ющее действие НЧЗ зависит от типа облученных

ем только облучения. На клетках РС-3 зареги-

стрировано достоверное снижение доли выжив-

клеток. В работе [40] была изучена возможность

радиосенсибилизации клеток лейкоза человека

ших клеток при облучении дозой 2 Гр, тогда как

сочетание НЧЗ с облучением в дозе 4 Гр не изме-

(линии HL-60 II и Jurkart D1.1) с помощью ПНЧЗ

диаметром 5 нм. Установлено, что рентгеновское

нило эффект одного облучения. Эффект от при-

менения НЧЗ также не наблюдали при облучении

облучение в дозах 1, 3 и 5 Гр клеток Jurkart (про-

миелоцитарный лейкоз), культивируемых с НЧЗ,

нормальных клеток ПЖ (линия PNT1A) [67].

не повысило чувствительность этих клеток к об-

Следует отметить, что способность НЧЗ уси-

лучению, тогда как эти же НЧЗ достоверно сни-

ливать эффект облучения зависит не только от

зили радиорезистентнось клеток HL-60 (Т-кле-

типа опухолевых клеток, но и от концентрации

точный лейкоз), но только при облучении в наи-

вводимых НЧЗ.

большей дозе (5 Гр). Относительное увеличение

Так, авторы работы [75] исследовали влияние

радиочувствительности клеток к облучению в до-

часовой инкубации с НЧЗ диаметром 1.9 нм (в до-

зе 5 Гр для клеток Jurkart составило 1.18, для кле-

зе 10 мкг/мл и 100 мкг/мл) на эффект киловольт-

ток HL-60 - 1.39, и это коррелировало со сниже-

ного облучения в дозе 2 Гр на клетках пяти разных

нием числа выживших клеток, зарегистрирован-

опухолей - РПЖ (Du-145, PC-3), РМЖ (MCF-7,

ным только у клеток HL-60. Облучение дозой 5 Гр

MDA-MB-231), глиобластомы человека (T98G) и

клеток HL-60, культивируемых с НЧЗ, привело

трех линиях нормальных клеток (AGO-1552B -

также к подавлению репродуктивного потенциа-

нормальные фибробласты человека, ASTRO -

ла выживших клеток, что следовало из значитель-

астроциты, L-132 - альвеолярный эпителий).

ного (статистически достоверного) снижения в

Значимое увеличение эффекта облучения отме-

культуре числа клеток в S-фазе через пять суток

чено на клетках MDA-MB-231 (ФУД составил

после облучения (0.16 ± 0.03% среди клеток, облу-

1.67 и 1.11 при дозах 10 и 100 мкг/мл соответствен-

ченных с НЧЗ, против 3.9 ± 0.1% в контроле). В

но), на клетках Т98G (ФУД - 1.3 и 1.91) и на клет-

клетках Jurkart этот феномен не регистрировался.

ках AGO-1552B (ФУД - 1.16 и 1.97). Интересно

По мнению авторов работы [40], различия во

отметить, что на клетках РМЖ эффект оказался

влиянии НЧЗ на радиочувствительность клеток

более значительным при меньшей дозе НЧЗ.

разных по гистогенезу типов лейкоза нельзя объ-

Особенности физико-химических свойств

яснить только физическими механизмами, по-

НЧЗ свидетельствуют об их потенциальной био-

скольку количество НЧЗ в клетках Jukart ко вре-

логической активности и возможной цитоток-

мени облучения было больше, чем в клетках HT-

сичности.

60. Считают, что это обусловлено и различными

биологическими факторами. В качестве подтвер-

ждения приводится известный факт дефектности

ЦИТОТОКСИЧНОСТЬ НАНОЧАСТИЦ

клеток НТ-60, в отличие от клеток Jurkart, по р53

ЗОЛОТА

и механизмам гибели, которая для клеток НТ-60

В большом числе экспериментальных иссле-

состоит преимущественно в митотической ги-

дований показано, что применение НЧЗ может

бели.

вызывать гибель опухолевых клеток in vitro и тор-

В работе [44] было показано, что при исполь-

можение роста опухолей in vivo.

зовании в качестве радиосенсибилизатора НЧЗ

Очевидно, что цитотоксический и противо-

диаметром 1.9 нм (AuroVist^TM) усиление эффек-

опухолевый эффект золотосодержащих соедине-

тивности облучения обнаружено только на клет-

ний следует учитывать при оценке радиосенсиби-

ках РМЖ MDA-MB-231: ФУД составил 1.16-1.41

лизирующего действия НЧЗ и при рассмотрении

в зависимости от характера облучения, тогда как

механизмов этого явления.

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

НАНОЧАСТИЦЫ ЗОЛОТА

1239

Цитотоксичность НЧЗ связывают прежде все-

ция клеток плоскоклеточного рака полости рта

го с развитием оксидативного стресса в результате

человека с такими НЧЗ приводит к блокирова-

взаимодействия НЧЗ с кислородом (О₂), что при-

нию клеточного цикла в фазе G₁, накоплению

водит к генерации супероксид радикала и продук-

клеток в фазе G₀/G₁и уменьшению клеток в фа-

ции различных АФК. В результате возникают по-

зах S и G₂/M [84, 85].

вреждения мембран, митохондрий, ДНК, белков

Влияние НЧЗ на клеточный цикл может раз-

и гибель клетки.

личаться для клеток разных опухолей. Например,

Следует заметить, что разработка препаратов,

показано, что культивирование клеток РПЖ

индуцирующих оксидативный стресс, рассматри-

(DU-145) с НЧЗ диаметром 1.9 нм, связанными с

вается в настоящее время как одна из новых стра-

тиолом (AuroVist^TM), ведет к блокированию кле-

тегий лекарственного лечения злокачественных

ток в фазе G₁, тогда как на клетках РМЖ (MDA-

опухолей [76].

MB-231) изменения в клеточном цикле не наблю-

В ряде исследований показано, что характер

даются [75].

гибели клеток (в результате апоптоза, аутофагии

или некроза) под действием НЧЗ зависит от раз-

Важное значение для реализации цитотокси-

меров, формы и особенностей поверхности НЧЗ

ческого эффекта НЧЗ имеет их биодоступность.

[11, 16, 77-82].

Биодоступность «голых» НЧЗ снижается из-за

Так, например, установлено, что НЧЗ диамет-

быстрого поглощения клетками ретикулоэндоте-

ром 1.4 нм, покрытые тиоглюкозой, вызывают

лиальной системы и короткого времени циркуля-

преимущественно некротическую гибель клеток

ции в крови.

рака яичников человека (SKOV-3), поскольку

Модификация поверхности НЧЗ является

применение ингибитора каспаз (Z-VAD-fmk) не

важным этапом создания эффективных НЧЗ. Це-

предупреждало гибель клеток. При этом отмеча-

лью модификации является обеспечение недо-

лись повреждения митохондрий и повышение

ступности для фагоцитов, усиление проникнове-

уровня АФК [82].

ния в клетку, направленность к мишени (tartget-

Цитотоксичность НЧЗ может быть связана с

ing), контролируемое биораспределение.

их влиянием на уровень антиоксидантных фер-

Выделяют две стратегии усиления таргетинга -

ментов.

пассивный и активный таргетинг. Пассивный

Известно, что к развитию оксидативного

таргетинг подразумевает усиление эндоцитоза и

стресса может вести подавление золотом актив-

выхода НЧЗ из сосудов опухолевого окружения,

ности антиоксидантного фермента тиоредоксин-

что ведет к увеличению аккумуляции НЧЗ в опу-

редуктазы 1 [71].

холи. Активный таргетинг состоит в соединении

НЧЗ со специфическими молекулами, мишеня-

Показано, что кластеры Au₂₅, стабилизиро-

ми для которых могут быть углеводороды, антиге-

ванные тридекапептидами, проходят через кле-

ны и рецепторы поверхностной мембраны кле-

точную мембрану с локализацией в цитоплазме и

ток. В качестве лигандов, связанных с НЧЗ и

оказывают дозозависимый, ингибирующий ак-

обеспечивающих активный таргетинг НЧЗ, ис-

тивность тиоредоксинредуктазы 1 эффект в ре-

пользуются фолиевая кислота, моноклональные

зультате связывания с содержащим глютамино-

антитела, гормоны, различные функциональные

вую кислоту доменом тиоредоксинредуктазы 1,

полипетиды и олигопептиды, глюкоза [3].

что ведет к повышению интрацеллюлярного

уровня АФК [83].

Характер окружающих НЧЗ лигандов наряду с

размером и формой частиц также определяет ци-

Зарегистрировано достоверное снижение

тотоксичность и радиосенсибилизирующий эф-

уровня глутатионредуктазы и супероксидисмута-

фект НЧЗ. Эти параметры определяют транспор-

зы при повышении уровня глутатионпероксида-

тировку НЧЗ в опухоль после в/в введения и по-

зы и восстановленного глутатиона в разных орга-

падание в опухолевые клетки. В зависимости от

нах (печень, легкие, почки, сердце) после трех-

этих особенностей НЧЗ проникают в клетку с по-

или семисуточного внутрибрюшинного введения

мощью разных механизмов — простой диффузии

крысам НЧЗ диаметром 10 нм в дозе 50 мкл [79,

(для очень маленьких НЧЗ), рецептор-опосредо-

80].

ванного эндоцитоза, макропиноцитоза (для

Еще одним механизмом цитотоксичности

крупных НЧЗ). Наиболее часто НЧЗ проникают в

НЧЗ может быть блок клеточного цикла.

клетку с помощью рецептор-опосредованного

С помощью специально синтезированных

эндоцитоза, активность которого зависит от раз-

НЧЗ, конъюгированных со специфическими

мера, формы и свойств поверхности НЧЗ. Эти

пептидами, способными селективно проникать в

особенности разных НЧЗ определяют также их

ядра опухолевых клеток, показано, что инкуба-

внутриклеточную аккумуляцию и распределение

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

1240

КОРМАН и др.

внутри опухоли. Выведение НЧЗ из клетки осу-

они влияют на характер взаимодействия НЧЗ с

ществляется преимущественно путем лизосо-

плазматической мембраной клеток [30].

мального экзоцитоза, при этом его активность

Показано, что содержание золота в клетке (эпи-

также зависит от особенностей НЧЗ [15, 16, 22,

дермального рака линии А43) после инкубирования

86].

(24 ч) с НЧЗ диаметром 10 нм (концентрация

О влиянии природы лигандов на способность

0.05 мг/мл) составило 0.78 пг/клетку, при этом НЧЗ

НЧЗ проникать в клетку свидетельствуют следу-

локализовались в цитоплазме клеток. При инкуби-

ющие экспериментальные данные.

ровании клеток с НЧЗ меньшего размера, диамет-

ром 5 нм (в такой же концентрации) содержание зо-

Показано с помощью метода трансмиссион-

лота было примерно вдвое меньше - 0.30 пг/клетку,

ной электронной микроскопии достоверно боль-

но НЧЗ определялись как в цитоплазме, так и в ядре

шее внутриклеточное накопление НЧЗ, покры-

[61].

тых тиоглюкозой, по сравнению с «голыми» НЧЗ

(культура клеток рака молочной железы MCF-7).

Установлено на примере исследования много-

Обнаружено также, что НЧЗ, покрытые тиоглю-

клеточных сфероидов из опухолевых клеток, что

козой, проникают в клетку и распределяются в

НЧЗ диаметром 2 нм проникают в клетки в три

цитоплазме, тогда как НЧЗ, покрытые цистами-

раза интенсивнее, чем НЧЗ диаметром 4 нм [87].

ном, в основном связываются мембраной клеток

Показано, что НЧЗ диаметром 27-30 нм про-

MCF-7 [48].

никают в клетку преимущественно путем рецеп-

тор-опосредованного эндоцитоза, в то время как

Культивирование клеток с НЧЗ, покрытыми

НЧЗ диаметром ~5 нм способны проникать в

тиоглюкозой, как показано с помощью метода

клетку путем прямой диффузии [26].

атомной эмиссионной спектроскопии, повысило

интрацеллюлярное содержание НЧЗ на 31% по

Обнаружено, что наибольшее накопление

сравнению с «голыми» НЧЗ (культура клеток ра-

НЧЗ в опухоли (ксенографты меланомы линии

ка яичников человека SKOV-3) [9].

MDA-MB-435) достигается после в/в введения

НЧЗ диаметром 100 нм. НЧЗ размером 60-80 нм

Соединение НЧЗ с трансферрином увеличива-

накапливаются в 4.3 раза меньше, НЧЗ диамет-

ет накопление НЧЗ в клетках благодаря усиле-

ром 40 нм - в 9 раз меньше, а НЧЗ диаметром 20

нию эффекта EPR [22].

нм - в 38 раз меньше. При этом установлено, что

На роль лигандов в реализации цитотоксиче-

более крупные НЧЗ аккумулировались около со-

ского действия НЧЗ указывает отсутствие цито-

судистой сети опухоли, тогда как маленькие НЧЗ

токсичности НЧЗ, покрытых глютатионом, что

быстро проникали в опухолевые клетки [22].

связывают с подавлением индукции оксидатив-

По данным ряда исследований оптимальным

ного стресса [24].

размером для проникновения НЧЗ в клетку явля-

Соединение НЧЗ с различными функциональ-

ется диаметр 25-50 нм как in vitro, так и in vivo. У

ными группами (пептиды, антитела), направлен-

НЧЗ диаметром менее 10 нм и более 100 нм по-

ными на разные опухолевые мишени, ведет к ак-

тенциал проникновения в клетку снижен [12].

тивному транспорту НЧЗ к опухоли и увеличива-

Важное значение для реализации эффекта

ет их селективность и интрацеллюлярную

НЧЗ имеет скорость их проникновения в клетку,

концентрацию [12, 30]. Однако это не всегда при-

которая также зависит от размера НЧЗ - чем

водит к увеличению интернализации НЧЗ. Так,

меньше НЧЗ, тем быстрее она попадает в клетку.

показано, что конъюгирование покрытых цитра-

Показано, что максимальное проникновение в

том НЧЗ диаметром 60 нм с ингибитором тиро-

клетку НЧЗ диаметром 1.9 нм происходит в пер-

зин киназы AGF1478 не увеличивает внутрикле-

вые часы после контакта НЧЗ с клетками с выхо-

точное содержание золота по сравнению с приме-

дом на плато через 6 ч [12, 88, 89].

нением «голых» НЧЗ (культура клеток ПКРГШ)

Имеются данные о способности НЧЗ селек-

[55].

тивно аккумулироваться в опухолевых клетках,

Размер НЧЗ считается наиболее важным фак-

что связывают с эффектом EPR [12, 16]. Выра-

тором, определяющим интрацеллюлярную кон-

женность этого эффекта также зависит от размера

центрацию НЧЗ, а следовательно, их цитоток-

НЧЗ. Для всех НЧЗ диаметром менее 100 нм акку-

сичность.

муляция в опухоли определяется преимуществен-

Данные о влиянии размера НЧЗ на их проник-

но EPR-эффектом [3]. Показано, что НЧЗ диа-

новение в клетки весьма противоречивы. Боль-

метром 10-30 нм аккумулируются в опухолевых

шинство исследователей считает, что оптималь-

клетках быстрее и более значительно, чем НЧЗ

ный диаметр НЧЗ составляет 10-50 нм, но при

большего размера [36]. НЧЗ диаметром менее

этом важное значение имеет также форма НЧЗ и

50 нм обладают дополнительно способностью

природа присоединенных лигандов, поскольку

легко проходить через клеточные мембраны, а

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

НАНОЧАСТИЦЫ ЗОЛОТА

1241

НЧЗ диаметром менее 20 нм могут проникать че-

ров, следует учитывать при применении НЧЗ

рез эндотелий сосудов [3].

in vivo [91].

Степень проникновения НЧЗ в клетки зависит

Степень и скорость проникновения НЧЗ в

от вида клеток. Так, содержание ПНЧЗ диамет-

клетку зависит от заряда их поверхности, при этом

незаряженные НЧЗ попадают в цитозоль путем

ром 5 нм составило 3.0⋅10³ и 6.9⋅10³ в культурах

медленной диффузии, тогда как заряженные НЧЗ

Т-клеточного лейкоза (линия HL-60) и промие-

проникают в цитозоль в результате эндоцитоза

лоцитарного лейкоза (линия Jurkart) соответ-

[88].

ственно. При этом ПНЧЗ определялись, как пра-

вило, в околоядерных участках клеток, но не в яд-

На нескольких линиях нормальных клеток

ре [40].

(COS-1, эритроциты, E.coli) цитотоксичность об-

Исследование поступления в клетку и внутри-

наружена для катионных НЧЗ диаметром 2 нм,

клеточного распределения НЧЗ диаметром 1.9 нм

тогда как такие же НЧЗ, несущие на поверхности

отрицательный заряд, оказались нетоксичными.

(AuroVist^TM) при инкубации с разными типами

Этот феномен связывают со способностью кати-

клеток (нормальные клетки линии L132, клетки

онных наночастиц взаимодействовать с отрица-

РПЖ линии DU-145, РМЖ MDA-MB-231), пока-

тельно заряженными клеточными мембранами,

зало существенные различия в аккумуляции НЧЗ

что ведет к их повреждению [26].

в разных клетках. При этом наибольшее накопле-

ние НЧЗ отмечено в цитоплазматических лизосо-

Важное значение для реализации цитотокси-

мах клеток MDA-MB-231 [44].

ческого и радиосенсибилизирующего действия

НЧЗ имеет их внутриклеточное распределение.

Считается, что НЧЗ, попавшие в клетку, находят-

ФАРМАКОКИНЕТИКА НАНОЧАСТИЦ

ся в везикулах и не способны проникать в ядро. С

ЗОЛОТА

помощью трансмиссионной электронной микро-

Реализация радиосенсибилизирующего и ци-

скопии показано, что покрытые цитратом НЧЗ

тотоксического эффекта НЧЗ при применении

диаметром 16 нм после двухчасовой инкубации с

in vivo зависит также от их фармакокинетики, ко-

клетками HeLa находятся в эндосомах и не опре-

торая определяется размерами НЧЗ и связанны-

деляются в цитозоле и ядре [90]. В то же время об-

ми с ними лигандов.

наружено, что 25% таких же НЧЗ, но меньшего

размера (5 нм), попавших в клетки HeLa, реги-

При сравнении фармакокинетики ПНЧЗ раз-

стрируются в ядрах клеток. При использовании

мерами 4-13 нм и 100 нм установлено, что после

НЧЗ такого же диаметра, покрытых пептидами,

в/в введения маленьких НЧЗ высокая концентра-

способными проникать в ядро, внутриядерное

ция НЧЗ в крови сохранялась в течение 24 ч с ис-

содержание наночастиц увеличилось в два раза

чезновением из крови через семь суток. НЧЗ диа-

[26]. НЧЗ диаметром 1.4 нм обнаружены в ядрах

метром 100 нм полностью исчезали из крови че-

клеток меланомы, где они с высокой эффектив-

рез 24 ч. Пик концентрации маленьких НЧЗ в

ностью связываются с ДНК (24.5% интернализи-

печени и селезенке определялся через семь суток

рованных НЧЗ оказались связанными с ДНК)

после введения, а в мезентериальных лимфоузлах

[89]. В работе [13] после 20-часовой инкубации

- через один месяц, тогда как максимум концен-

НЧЗ диаметром 18 нм авторы обнаружили их в

трации в этих тканях НЧЗ диаметром 100 нм до-

эндоплазматическом ретикуломе и комплексе

стигался через 30 мин с более короткой последу-

Гольджи клеток меланомы В16F10.

ющей элиминацией. Выявленные различия

Следует отметить, что цитотоксичность НЧЗ

связывают с разной реакцией клеток ретикулоэн-

для культивируемых опухолевых клеток и для

дотелиальной системы на НЧЗ разного размера, а

клеток сформированной многоклеточной опухо-

также с различным влиянием на метаболические

ли, растущих in vitro, может различаться. При

ферменты печени [92].

сравнении цитотоксичности НЧЗ диаметром

При в/в введениии крысам НЧЗ размерами 10,

3.5 нм в отношении обычной (2D) культуры кле-

50, 100 и 250 нм и определении в тканях разных

ток гепатоцеллюляроного рака линии HepG2 и

органов тотального содержания элементарного

культуры сфероидов (3D) этих клеток (диаметр

сфероида 5.5 нм) обнаружено, что цитотоксич-

золота методом ICP-MS (inductively coupled plas-

ность НЧЗ в два-три раза меньше в отношении

ma mass spectrometry) обнаружена зависимость

сфероидов по сравнению с 2D-культурой клеток.

характера распределения по органам от размера

Меньшая цитотоксичность в отношении сферои-

НЧЗ. При введении НЧЗ диаметром 10 нм золото

дов может быть обусловлена плохим проникнове-

детектировалось практически во всех исследо-

нием НЧЗ внутрь сфероида, что, по мнению авто-

ванных органах (кровь, легкие, печень, селезен-

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

1242

КОРМАН и др.

ка, почки, сердце, тимус, головной мозг, репро-

мышам. С помощью трансмиссионной электрон-

дуктивные органы) [93].

ной микроскопии обнаружены многочисленные

НЧЗ в клетках Купфера и макрофагах печени

Дозозависимое накопление золота во всех ор-

[96].

ганах зарегистрировано в экспериментах, в кото-

рых мышам в/в вводили НЧЗ диаметром 12.5 нм в

Через две недели после длительного (ежене-

дозах 40, 200 и 400 мкг/кг/день ежедневно в тече-

дельно в течение семи недель) в/в введения кры-

ние восьми суток. Установлено, что небольшое

сам НЧЗ диаметром 14 нм в виде коллоидальной

количество золота аккумулируется в ткани голов-

суспензии в дозах 0.9, 9 и 90 мкг наиболее значи-

ного мозга, что свидетельствовало о способности

тельное накопление золота отмечено в ткани пе-

НЧЗ такого размера проходить сквозь гематоэн-

чени и селезенки. Дозозависимая аккумуляция

цефалический барьер. Подчеркивается, что ток-

золота (в мкг/г) в тканях разных органов умень-

сические явления при всех изученных режимах

шалась в ряду печень > селезенка > легкие >

введения НЧЗ не отмечались, не выявлены от-

> кости > целая тушка, при этом накопление зо-

клонения от нормы при биохимическом исследо-

лота при применении НЧЗ в дозе 0.9 мкг было не-

вании крови и морфологическом исследовании

значительным во всех тканях. Однако наблюде-

органов [94].

ние за животными в течение эксперимента,

биохимическое исследование крови и патомор-

Однако в опытах на крысах с внутрибрюшин-

фологическое исследование органов не выявили

ным введением в течение трех-семи суток НЧЗ

признаков острой и подострой токсичности со

диаметром 10, 20 и 50 нм зарегистрировано ток-

стороны всех исследованных органов, включая

сическое действие НЧЗ на печень; наиболее ток-

почки [97].

сичными оказались НЧЗ наименьшего размера,

при этом выраженность эффекта зависела от дли-

Через четыре недели после четырехнедельного

тельности применения НЧЗ. При гистологиче-

в/в введения крысам НЧЗ диаметром 12.8 нм в до-

ском исследовании регистрировалась дегенера-

зах 10 и 100 мкг/кг/сутки дозозависимое накопле-

ция цитоплазмы и разрушение ядра гепатоцитов.

ние золота регистрировалось в печени, почках,

На основании полученных данных высказывает-

селезенке и легких, а в ткани головного мозга,

ся предположение, что токсическое действие

яичках и крови золото не обнаруживалось [98].

НЧЗ может быть обусловлено их взаимодействи-

Через 24 ч после однократного в/в введения сфе-

ем с белками и ферментами ткани печени, обес-

рических НЧЗ диаметром 18 нм мышам с транс-

печивающими механизмы антиоксидантной за-

плантированной подкожно меланомой В16F10

щиты, что ведет к генерации АФК и индукции ок-

наибольшее содержание НЧЗ обнаружено в селе-

сидативного стресса [95].

зенке (350.5 мкг/мг ткани), печени (147 мкг/мг) и

опухоли (74.2 мкг/мг), при этом уровень НЧЗ в

По данным авторов работы [46] зависимость

опухоли в 6.4 раза превышал уровень в окружаю-

токсического действия НЧЗ на нормальные орга-

щих нормальных тканях [23].

ны от размера НЧЗ нелинейна. Была изучена ток-

сичность сферических НЧЗ размером от 3 до

НЧЗ способны проникать через гематоэнце-

100 нм, покрытых цитратом, при внутрибрюшин-

фалический барьер и селективно накапливаться в

ном введении в дозе 8 мг/кг/неделю мышам с

опухоли мозгах. На мышах с перевиваемой глио-

Balb/С. Обнаружено, что НЧЗ диаметром 3 и

мой Тu-2449 показано, что через 4 ч после в/в вве-

5 нм, как и 50 и 100 нм, не токсичны, тогда как

дения сферических НЧЗ диаметром 11.2 ± 8.6 нм

введение НЧЗ размерами 8-37 нм приводило к

в дозе 4 г Au/кг (LD₅₀ для этих НЧЗ >5 г Au/кг)

развитию токсического поражения печени, селе-

опухоль мозга приобрела черный цвет, тогда как

зенки, легких и гибели мышей с медианой 21 сут-

окружающая нормальная ткань мозга оставалась

ки. При исследовании пораженных органов с

розовой. С помощью микроскопической ком-

помощью рамановской спектроскопии регистри-

пьютерной томографии через полтора часа после

ровалось присутствие в них НЧЗ. Интересно от-

инъекции НЧЗ обнаружено селективное негомо-

метить, что в этом же исследовании применение

генное накопление золота в ткани опухоли, что

таких «летальных» НЧЗ in vitro с клетками HеLa

связывают с эффектом EPR. С помощью атомной

оказалось нетоксичным.

абсорбционной спектроскопии показано, что со-

Токсическое поражение печени связывают

держание золота в опухоли составляет 10.0 ± 0.6%

также с развитием острого воспаления и апопто-

введенной дозы на 1 г опухоли(1.2 ± 0.1% w/w зо-

тической гибелью гепатоцитов, вызванных

лота); отношение содержания золота в опухоли к

ПНЧЗ, которые определялись в печени и селе-

содержанию в нормальной ткани мозга составило

зенке до семи суток после однократного введения

18.8 : 1 [43].

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

НАНОЧАСТИЦЫ ЗОЛОТА

1243

Установлена возможность всасывания НЧЗ

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

после перорального введения, скорость которого

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

также зависит от их размера - чем меньше НЧЗ,

интересов.

тем быстрее они всасываются. С помощью элек-

тронной микроскопии обнаружено, что всасыва-

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

ние происходит в тонком кишечнике путем пер-

сорбции через поры в сосочках, образующихся в

Настоящая работа не содержит описания ис-

результате деградации отдельных энтероцитов.

следований с использованием людей и животных

в качестве объектов.

После введения мышам коллоидальных НЧЗ раз-

мером 4 нм они обнаруживались в тканях почек,

печени, селезенки, легких, головного мозга, тогда

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

как введение наибольших из изученных НЧЗ

С. В. Канаев, Практич.медицина 9, 1 (2008).

(58 нм) они обнаруживались только внутри желу-

K. Bromma and D. B. Chithani, Nanomaterials (Basel)

дочно-кишечного тракта, т.е. не всасывались [99].

10, 1671 (2020).

Y. Chen, J. Yang, S. Fu, and J. Wu, Int. J. Nanomedi-

Практически не исследована фармакокинетика

cine 15, 9407 (2020).

НЧЗ, соединенных с функционально активными

S. Siddique and C. L. Chow, Appl. Sci. 10, 3824 (2020).

лигандами, хотя такая модификация поверхности

W. Najahi-Missaui, R. D. Arnold, and B. Cummings,

Int. J. Mol. Sci. 22, 385 (2021).

НЧЗ может значительно влиять на их фармакоки-

E. Porret, X. L. Guevel, and J. L. Coll, J. Mater. Chem.

нетику [26].

13, 2216 (2020).

C. Gerosa, G. Crisponi, V. M. Nurchi, et al., Pharma-

Следует подчеркнуть сложность однозначной

ceuticals 13, 192 (2020).

интерпретации экспериментальных данных о сте-

J. F. Hainfeld, D. N. Slatkin, and H. M. Smilowitz,

пени проникновения и накопления НЧЗ в клет-

Phys. Med. Biol. 49, 309 (2004).

ках, обусловленную значительным разнообразием

F. Geng, K. Song, J. Z. Xing, et al., Nanotechnology

изучаемых НЧЗ, типов клеток, используемых ме-

22, 501 (2011).

тодов определения внутриклеточного содержания

10.

M. Shi, B. Paquette, T. Thippayamentri, et al., Int. J.

Nanomedicine 11, 5323 (2016).

НЧЗ, которое колебалось в разных исследованиях

11.

S. Her, D. A. Jaffray, and C. Allen, Adv. Drug Delivery

от десятков до нескольких тысяч [26].

Rev. 109, 84 (2017).

12.

S. Rosa, C. Connolly, G. Schettino, et al., Cancer

Nanothechnol. 8, 2 (2017).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

13.

M. Y. Chang, Y. H. Shiau, C. J. Chang, et al., Cancer

Sci. 99, 1479 (2008).

В заключение отметим, что исследования воз-

14.

W. Roia, X. Zhang, L. Guo, et al., Nanothechnology

можностей применения НЧЗ в лучевой терапии

20, 5101 (2009).

опухоли интенсивно продолжаются. Однако, не-

15.

S. Penninckx, A. C. Heuskin, C. Michiels, and S. Lu-

cas, Cancer (Basel) 12, 2021 (2020).

смотря на большой массив экспериментальных

16.

X. Bai, Y. Wang, Z. Song, et al., Int. J. Mol. Sci. 21,

данных, полученных за прошедшие 20 лет в опы-

2480 (2020).

тах in vitro и in vivo, клинические исследования

17.

A. Vilchis-Juarez, G. Ferro-Flores, S. Santos-Cuevas,

эффективности сочетания лучевой терапии с

et al., Biomed. Nanotechnol. 10, 393 (2014).

применением НЧЗ пока не проводились.

18.

S. Shrestha, L. N. Cooper, O. A. Andreev, et al., Jacobs

J. Radiat. Oncol. 3, 026 (2016).

Очевидно, что это связано с противоречиво-

19.

W. Cai, T. Cao, H. Hong, and J. Sun, Nanothenol. Sci.

стью результатов разных исследований, обуслов-

Appl. 1, 17 (2008).

ленной, по-видимому, значительными различия-

20.

Y. Tang, Y. Shen, L. Huang, et al., Environ. Toxicol.

ми в изученных НЧЗ и способах их сочетания с

Pharmacol. 39, 871 (2015).

облучением. Все это не позволяет пока сделать

21.

R. I. Beelbeco, H. Korideck, W. Ngwa, et al., Rad. Res.

однозначный вывод о способности определенных

178, 604 (2012).

22. W. Ngwa, R. Kumar, S. Sridhar, et al., Nanomedicine

НЧЗ повышать эффективность лучевой терапии,

(London) 9, 1063 (2014).

необходимый для обоснования целесообразности

23. E. Connor, J. Nwamuka, H. Gole, et al., Small 1, 325

клинических испытаний.

(2005).

24. Y. Pan, S. Neuss, A. Leifert, et al., Small 3, 1941

Несомненно, исследования в этой области

(2007).

весьма перспективны, но до перехода к клиниче-

25. S. Jain, M. B. Bch, D. G. Hirst, and L. M. O`Sullivan,

ским испытаниям требуется значительное про-

Br. J. Radiol. 85, 101 (2012).

должение целенаправленных эксперименталь-

26. A. M. Alkilany, C. J. Murphy, J. Nanopart. Res. 12,

ных исследований [6, 97].

2313 (2010).

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

1244

КОРМАН и др.

27. В. Н. Морозов, Ф. В. Белоусов, В. И. Зверев и др.,

59. V. Lin, S. McMahon, H. Paganetti, J. Schuemann,

Биофизика 5, 629 (2020).

Phys. Med. Biol. 60, 4149 (2015).

28. J. Zheng, D. J. Hunting, P. Ayotte, and L. Sanche, Ra-

60. B. Janic, S. L. Brown, R. Nelf, et al., Cancer Biol. Ther.

diat. Res. 169, 19 (2008).

22, 124 (2021).

29. C. J. Liu, C. Y. Wang, S. T. Cheng, et al., Phys. Med.

61. S. Li, S. Penninckx, L. Karmani, et al., Nanotechnolo-

Biol. 55, 931 (2010).

gy 27, 455101 (2016).

30. J. Scheumann, R. Berbeco, B. D. Chithrani, et al. Int.

62. N. Chen, W. Yang, Y. Bao, et al., RSC Adv. 5, 40514

J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 94, 189 (2016).

(2015).

31. F. Xiao, J. Zheng, P. Cloutier, et al., Nanothechnology

63. J. F. Hainfeld, F. A. Dilmanian, Z. Zhong, et al., Phys.

22, 465101 (2011).

Med. Biol. 55, 3045 (2010).

32. K. T. Buttarworth, J. McMahon, F. J. Curreli, and

64. M. Mousavi, H. A. Nedali, S. Khoei, et al., Int. J. Ra-

K. M. Prise, Nanoscale 4, 4830 (2012).

diol. Biol. 93, 214 (2017).

33. S. Farahani, N. P. Alam, S. Haghgoo, et al., J. Biomed.

65. L. Taggart, S. I. McMahon, F. J. Currell, et al., Cancer

Phys. Engl. 9, 199 (2019).

Nanotechnol. 5, 5 (2014).

34. D. B. Chithrani, S. Jelveh, F. Jalali, et al., Radiat. Res.

66. M. Zabihzadeh, M. Hoseini-Chahfarokhi, V. Bayati,

173, 719 (2010).

et al., Nanomedicine 5, 111 (2018).

35. L. E. Taggart, S. J. McMahon, K. T. Butterworth, et

67. X. Zhang, J. Z. Xing, J. Chen, et al., Clin. Invest. Med.

al., Nanotechnology 27, 215001 (2016).

31, 3 (2008).

36. P. Jawaid, M. Rehman, and Q. L. Zhao, Cell Death

68. X. D. Zhang, Z. Luo. J. C. Chen, et al., Adv. Mater. 26,

Discow. 6, 83 (2020).

456 (2014).

37. S. Penninckx, A. C. Yeuskin, C. Michiels, and S. Lu-

69. X. D. Zhang, Z. Luo, J. Chen, et al., Sci. Rep. 5, 8669

cas, Nanomedicine (London) 13, 2917 (2018).

(2015).

38. K. Rieck, K. Bromma, W. Sung, et al., Br. J. Radiol. 92,

70. S. Liu, J. Piao, Y. Liu, et al., Nanomedicine (London)

1100 (2019).

13, 1371 (2018).

39. C. Wang, Y. Jiang, X. Li, and L. Hu, Breast Cancer 22,

71. Д. Б. Корман, Л. А. Островская и В. А. Кузьмин,

413 (2015).

Вопр. онкологии, № 6, 78 (2018).

40. B. P. Coughlin, P. T. Lawrence, I. Lui, et al., J.

72. Л. А. Островская, Д. Б. Корман, Н. В. Блюхтерова

Nanopart. Res. 22, 53 (2020).

и др., Рос. биотерапевтич. журн. 19 (4), 74 (2020).

41. N. Ma, P. Liu, N. He, et al., ACS Appl. Mater Interfac-

73. К. А. Абзаева, Л. В. Жилицкая, Г. Г. Белозерская

es 9, 31526 (2017).

и др., Изв. РАН. Сер. хим. 66 (12), 2314 (2017).

42. L. Cui, K. Tse, P. Zahedi, et al., Radiat. Res. 182, 475

74. R. Ahmad, G. Schettino, G. Royle, et al., Part. Part.

(2014).

Syst. Charact. 37, 1900411 (2020).

43. J. F. Hainfeld, H. M. Smilovitz, M. J. O`Connor, et al.,

75. K. T. Butterworth, J. A. Coulter, S. Jain, et al., Nano-

Nanomedicine 8, 1601 (2013).

technology 21, 295101 (2010).

44. S. Jain, J. A. Coulter, A. R. Hounsell, et al., Int. J. Rad.

76. Д. Б. Корман, Л. А. Островская и В. А. Кузьмин,

Oncol. Biol. Phys. 79, 531 (2011).

Биофизика 64, 552 (2019).

45. S. Yook, Z. Cai, Y. Lu, et al., J. Nucl. Med. 57, 936

77. J. J. Li, D. Hartono, C. Orig, et al., Biomaterials 31,

(2016).

5996 (2010).

46. Y. S. Chen, Y. C. Hung, I. Lian, and G. S. Huang, Na-

78. Y. J. Gu, J. Cheng, C. C. Lin, et al., Toxicol. Appl.

noscale Res. Lett. 4, 858 (2009).

Pharmacol. 237, 196 (2009).

47. G. Maltzahn, J. H. Park, A. Agrawal, et al., Cancer

79. M. Musielak, A. Bos-Liedke, I. Piotrowski, et al., Int.

Res. 69, 3892 (2009).

J. Mol. Sci. 22, 16 (2021).

48. T. Kong, J. Zeng, X. Wang, et al., Small 4, 1537 (2008).

80. J. C. Dellavechia, B. T. Steiuer, M. L. Freitas, et al., J.

49. N. Ma, F. G. Wu, X. Zhang, et al., ACS Appl. Mater.

Nanoparticle Res. 22, 133 (2020).

Interfaces 9, 13037 (2017).

81. A. Chakraborty, A. Das, S. Raha, and A. Burui, J. Pho-

50. M. Enferadi, S. Y. Fu, J. H. Heng, et al., Int. J. Radiat.

tochem. Photobiol. B: Biology 203, 11778 (2020).

Biol. 94, 124 (2018).

82. Y. Pan, A. Leifert, D. Ruan, et al., Small 5, 20657

51. C. Villiers, H. Freitas, R. Couderc, et al., J. Nanopart.

(2009).

Res. 12, 55 (2010).

83. R. Liu, Y. Wang, Q. Yuan, et al., Chem. Commun. 50,

52. S. Li, S. Bouchy, S. Penninckx, et al., Nanomedicine

10687 (2014).

(London) 14, 317 (2019).

84. M. A. Mackey, F. Saira, M. A. Mahmond, and

53. A. Popovtzer, A. Mizrachi, M. Moteli, et al. Nanoscale

M. A. El-Sayed, Bioconijugate Chem. 24, 897 (2013).

8, 2678 (2016).

85. B. Kang, M. A. Mackey, and M. A. El-Sayed, J. Amer.

54. S. S. Mehrnia, B. Hashemi, S. J. Mowia, et al., Radiat.

Chem. Soc. 132, 1517 (2010).

Oncol. 16, 33 (2021).

86. L. Ding, C. Yao, X. Yin, et al., Small 14, e1801451

55. M. Kashin, Y. Kakei, S. Teraoka, et al., Biomed. Res.

(2018).

Int. 2020, 1281645 (2020).

87. J. Bugno, M. J. Pollemann, and K. Sokolowski, Nano-

56. N. H. Koonce, M. C. Quick, M. E. Hardel, et al., Int.

medicine 21, 102059 (2019).

J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 93, 588 (2015).

88. D. B. Chithrani, Mol. Membrane Biol. 27, 299 (2010).

57. T. Wolfe, D. Chatteriee, J. Lee, et al., Nanomedicine

89. M. Tsoli, H. Kuhn, W. Brandau, et al., Small 1, 841

11, 1277 (2015).

(2005).

58. X. D. Zhang, D. Wu, X. Shen, et al., Biomaterials 33,

90. P. Navito, I. Prior, and M. Brust, ACS Nano 2, 1639

6408 (2012).

(2008).

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021