БИОФИЗИКА, 2022, том 67, № 4, с. 715-727

БИОФИЗИКА КЛЕТКИ

УДК 577.3

НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА - ЦИТОТОКСИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

И МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ

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

^#Е mail: larros@list.ru

Поступила в редакцию 11.05.2022 г.

После доработки 11.05.2022 г.

Принята к публикации 13.05.2022 г.

В обзоре обобщены экспериментальные данные, связанные с изучением цитотоксической,

противоопухолевой активности и механизма действия наночастиц серебра.

Ключевые слова: наночастицы серебра, цитотоксичность, противоопухолевая активность, клеточные

культуры опухолей человека и животных.

DOI: 10.31857/S000630292204010X, EDN: ITWGBQ

Задача представленного обзора состоит в ана-

Соединения, содержащие благородные метал-

лизе результатов экспериментального изучения

лы золото и серебро, на протяжении последних

цитотоксической активности, противоопухоле-

десятилетий широко исследуются в качестве ве-

вых свойств и механизмов действия наночастиц

ществ, обладающих разносторонней биологиче-

серебра (НЧС).

ской активностью. Показана, в частности, на экс-

периментальных опухолевых моделях в условиях

Отметим, что препараты серебра, вследствие

in vitro и in vivo способность такого рода соедине-

присущей данному металлу антимикробной ак-

ний вызывать гибель опухолевых клеток, ингиби-

тивности, давно находят практическое примене-

ровать развитие опухолей животных и ксенограф-

ние в различных областях. Наночастицы серебра

тов опухолей человека, оказывать радиосенсиби-

используются в медицинских целях (антисепти-

лизирующее действие [1-3].

ческие покрытия инструментов, катетеров), в

парфюмерной и текстильной промышленности,

Одним из направлений исследования веществ,

при изготовлении антисептических спреев, пред-

содержащих золото и серебро, является изучение

метов гигиены, при производстве контейнеров

возможностей их применения для биомедицин-

для хранения продуктов питания, некоторых

ских целей в виде наночастиц. Интенсивность

предметов электроники [2, 6-9].

развития этого направления исследований обу-

словлена уникальными физическими (размер,

форма, поверхностный заряд) и химическими

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ

(элементный состав покрытия поверхности, рас-

НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА

творимость) свойствами наночастиц золота и се-

ребра, которые создают условия для развития в

Существует целый ряд физических и химиче-

клетках живых организмов оксидативного стрес-

ских методов получения НЧС, в основе которых

са, ведущего к различным биологическим эффек-

лежат реакции химического восстановления нит-

там [1, 2, 4, 5].

рата серебра с помощью аскорбиновой кислоты,

этанола, гидрата бора, цитрата натрия и ряда дру-

Ранее нами были обобщены данные, характе-

гих восстанавливающих агентов, а также процес-

ризующие наночастицы золота в качестве цито-

сы фотохимического, электрохимического вос-

токсических и радиосенсибилизирующих аген-

становления, испарения, термального синтеза.

тов, имеющих определенную перспективу приме-

В последние годы серьезное развитие получил

нения в виде потенциальных противоопухолевых

так называемый биогенный синтез («зеленый

средств [1].

синтез») НЧС с использованием экстрактов раз-

Сокращения: НЧС - наночастицы серебра, АФК - актив-

нообразных растений, водорослей, грибов, бак-

ные формы кислорода.

терий.

715

716

КОРМАН и др.

Принято считать, что биогенный синтез обла-

Показана преимущественная цитотоксиче-

дает рядом преимуществ по сравнению с химиче-

ская активность НЧС, полученных биогенным

скими и физическими методами получения

путем, по сравнению с химически синтезирован-

НЧС - не требуется применения токсических хи-

ными частицами [18]. В цитируемом исследова-

мических реагентов, сложного дорогостоящего

нии проведено сравнение НЧС, полученных био-

оборудования, высоких температур и давления.

генным путем с использованием экстракта ли-

Такие факторы как доступность, безопасность,

стьев чая (НЧС-Ч) и синтезированных

простота и низкая стоимость биогенного синтеза

химическим способом с применением в качестве

способствовали его широкому распространению

восстановителя цитрата натрия (НЧС-Ц).

[9-12].

«Биогенные» НЧС оказывали более значи-

Методы биогенного получения НЧС могут

тельное цитотоксическое действие как на опухо-

быть разделены на экстрацеллюлярный и интра-

левые, так и на нормальные клетки по сравнению

целлюлярный синтез.

с химически синтезированными. При примене-

нии НЧС-Ч и НЧС-Ц индекс цитотоксичности

При экстрацеллюлярном биогенном синтезе в

IC₅₀для клеток рака легкого линии А549 составил

качестве восстанавливающих агентов обычно ис-

63.1 и 72.2 ppm, а для нормальных фибробластов

пользуются экстракты разных частей растений

(листья, стебли, корни, плоды), служащие источ-

мышей линии MRC-5 - 1.3 и 17.6 ppm соответ-

ником образующихся в них вторичных метаболи-

ственно. Для обоих типов НЧС характерно сни-

жение цитотоксичности с возрастанием степени

тов (фенольные соединения, алкалоиды, изопре-

их агрегации.

ноиды, различные минорные соединения). В

результате их действия ионы серебра восстанав-

Выявлены определенные различия также и в

ливаются до атомов металлического серебра, ко-

физико-химических характеристиках, сравнива-

торые формируют наночастицы разного размера,

емых наночастиц. НЧС-Ч и НЧС-Ц имели разме-

как правило, диаметром менее 100 нм. Варьируя

ры, равные 8.3 и 10.1 нм, сферическую форму у 96

условия протекания реакции - концентрацию

и 70% частиц, дзета-потенциал, составляющий

соли, величину рН и температуру - можно кон-

27.8 и 36.2 мВ соответственно.

тролировать размеры получаемых НЧС. Вторич-

Сравниваемые НЧС различались по характеру

ные метаболиты, содержащиеся в экстрактах рас-

и размерам покрытия, а также по склонности к

тений, покрывают образующиеся НЧС, имею-

агрегации. «Биогенные» НЧС обладали биологи-

щие, как правило, сферическую форму, что

ческой матрицей из элементов экстракта листьев

препятствует их агрегации. Такой процесс «есте-

чая и отличались меньшей склонностью к агрега-

ственного» покрытия наночастиц позволяет из-

ции по сравнению с химически синтезированны-

бежать этапа их специального покрытия, харак-

ми [18].

терного для химического синтеза.

При интрацеллюлярном синтезе нитрат сереб-

ЦИТОТОКСИЧНОСТЬ НАНОЧАСТИЦ

ра добавляют к культуре микроорганизмов либо

СЕРЕБРА В ОТНОШЕНИИ

грибов, где происходит его внутриклеточное вос-

ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК

становление с образованием НЧС.

Изучению цитотоксичности НЧС для опухо-

Среди НЧС, синтезированных биогенным пу-

левых клеток способствовало пристальное вни-

тем, ~72% получены при использовании экстрак-

мание к оценке токсичности соединений серебра,

тов растений и около 15% - при применении экс-

все более широко используемых в пищевой, ме-

трактов грибов [8, 10, 12-15].

дицинской, косметологической и парфюмерной

Биологическая активность НЧС, полученных

промышленности. Во многих подобных токсико-

при биогенном синтезе, подтверждена рядом экс-

логических исследованиях экспериментальными

периментальных данных.

моделями служили стабильные клеточные куль-

Так, НЧС, полученные с использованием экс-

туры опухолей человека различной природы.

тракта одного из видов малины (Rubus fairhol-

Очевидно, что полученные в этих исследованиях

mianus), покрытые слоем этого экстракта толщи-

данные можно рассматривать и для оценки по-

ной ~4.7 нм, индуцировали выраженную апопто-

тенциальных противоопухолевых свойств НЧС.

тическую гибель клеток рака молочной железы

Цитотоксичность НЧС исследована на широ-

человека линии MCF-7 (концентрация НЧС - 10

ком спектре клеточных культур опухолей челове-

мкг/мл, время инкубации - 24 ч) [16].

ка (рак молочной железы, шейки матки, легкого,

Сферические НЧС со средним диаметром,

предстательной железы, гепатоцеллюлярный, ко-

равным 38.5 нм, полученные путем биогенного

лоректальный, назофаренгиальный рак, глиобла-

синтеза с участием актинобактерий линии В5,

стома, фибросаркома). Показано, что НЧС вызы-

вызывали гибель клеток гепатокарциномы чело-

вают гибель клеток практически всех изученных

века линии HepG2 (IC₅₀составил 8.4 мкг/мл) [17].

опухолей с индексом цитотоксичности IC₅₀, на-

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА

717

ходящемся в диапазоне, соответствующем при-

сической активностью в отношении клеток

нятым критериям цитотоксичности химических

MCF-7. Однако НЧС достоверно превосходили

соединений [19].

по цитотоксичности «чистый» экстракт - IC₅₀ со-

Например, при исследовании цитотоксично-

ставлял 12.35 и 25.09 мкг/мл соответственно. Оба

сти сферических НЧС диаметром 7-20 нм IC₅₀

агента индуцировали в клетках продукцию АФК,

для клеток фибросаркомы человека (линия

усиливали активацию каспаз 3 и 9, вызывали апо-

НТ-1080) составил 10.6 мкг/мл, а для клеток эпи-

птоз, при этом выраженность этих эффектов так-

дермальной карциномы (А431) - 11.1 мкг/мл. Ги-

же была достоверно более значительной при при-

менении НЧС [10].

бель клеток происходила в результате индукции

оксидативного стресса - уровень глютатиона

Высокая дозозависимая цитотоксичность для

снизился в 1.6 и 3.0 раза, уровень супероксид дис-

клеток MCF-7 обнаружена у НЧС, полученных

мутазы - в 2.5 и в 2.0 раза, пероксидация липидов

биогенным синтезом с использованием экстракта

усилилась в 2.5 и 2.9 раза соответственно. Кон-

листьев черного чая, содержащего большие коли-

центрация каспазы-3, требуемой для индукции

чества полифенолов, в том числе катехинов, об-

апоптоза, составила 0.78 и 1.5 мкг/мл [20].

ладающих противоопухолевой активностью. Ин-

В то же время в ряде исследований не удалось

кубация клеток с этими НЧС приводила к почти

100%-й гибели клеток [23].

зарегистрировать цитотоксический эффект у не-

которых изученных НЧС. Так, при 24-часовом

НЧС (средний размер 12 нм), полученные с

культивировании клеток MCF-7 c НЧС диамет-

использованием экстракта цветов одного из ви-

ром 20 нм в концентрации 0.39-100 мкг/мл не на-

дов тысячелистника (Achielea biebersteinii), обла-

блюдали гибель клеток, хотя при концентрации

дающего противоопухолевыми свойствами, вы-

НЧС, равной 25 и 50 мкг/мл, регистрировали уси-

зывали дозо- и время-зависимую гибель клеток

ление продукции активных форм кислорода

MCF-7 с индексом цитотоксичности IC₅₀, рав-

(АФК), но не наблюдали изменений потенциала

ным 20 мкг/мл (время инкубации - 24 ч) [24].

митохондриальной мембраны. В то же время об-

Сообщалось о получении НЧС биогенным

наружены индукция эпителиально-мезенхималь-

синтезом с использованием экстракта зеленой

ного перехода по усилению экспрессии ряда бел-

шелухи грецкого ореха, содержащего большое ко-

ков, регулирующих эпителиально-мезенхималь-

личество полифенолов, в том числе эллаговую

ный переход (МТА3, β-катенина), и усиление

кислоту, обладающую противоопухолевой актив-

способности клеток к миграции [21].

ностью. При инкубации клеток MCF-7 с этими

Особый интерес представляют НЧС, получае-

НЧС зарегистрирована дозозависимая гибель

мые биогенным синтезом с использованием экс-

клеток с максимальным эффектом (гибель 70%

трактов растений, обладающих собственной ци-

клеток) при концентрации НЧС, равной

тотоксической активностью. Предполагается,

60 мкг/мл. При применении в такой концентра-

что при таком подходе можно добиться усиления

ции стандартных НЧС погибло 56% клеток, при

противоопухолевого действия за счет суммации

применении экстракта - 40% клеток. Цитоток-

действия ионов серебра и этих растений, в том

сичность «биогенных» НЧС в отношении фиб-

числе, за счет более значительного накопления в

робластов мышей линии L-929 была незначи-

опухолевых клетках экстрактов растений, достав-

тельной (гибель 15% клеток) [22].

ляемых НЧС [22].

Была исследована цитотоксичность НЧС, по-

Следует отметить, что антипролиферативная

лученных в реакции нитрата серебра с водным

активность НЧС, полученных биогенным синте-

экстрактом листьев крапивы индийской (Acaly-

зом, изучена на разных линиях опухолевых кле-

pha indica), в отношении культуры клеток рака

ток; при этом в большинство исследований вклю-

молочной железы MDA-MB-231 [25]. Зарегистри-

чались клетки рака молочной железы, для кото-

рована умеренная дозозависимая гибель клеток с

рых НЧС оказались высокотоксичными [14].

максимумом гибели (40%) после 48-часовой ин-

Усиление цитотоксического действия экс-

кубации при максимальной изученной дозе

трактов растений при использовании для их до-

(100 мкг/мл). Такой же эффект зарегистрирован

ставки в клетки НЧС показано в экспериментах

при инкубация этих клеток с такими же дозами

по сравнительному изучению эффективности чи-

нитрата серебра [25].

стого экстракта листьев индийской конопли (Fa-

Более значительная цитотоксичность на клет-

gonica indica), обладающей значимой противоопу-

ках MCF-7 зарегистрирована для НЧС, получен-

холевой активностью, и НЧС, полученных био-

ных с использованием экстракта листьев центел-

генным путем с применением этого экстракта.

лы азиатской (Centella asiatica). Культивирование

Установлено, что как НЧС (диаметром 10-60

клеток MCF-7 в течение 48 ч с этими НЧС в кон-

нм с дзета-потенциалом -16.3 мВ), покрытые

центрации 100 мкг/мл привело к гибели 93% кле-

экстрактом, так и «чистый» экстракт обладают

ток. Однако при концентрации НЧС, равной

существенной дозо- и время-зависимой цитоток-

3 мкг/мл, гибель клеток составила всего 18.5%.

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

718

КОРМАН и др.

Определенное значение для эффективности НЧС

лярное содержание НЧС также наблюдалось при

имеет и длительность воздействия. При культи-

применении НЧС диаметром 5 нм, с чем и связы-

вировании клеток с этими НЧС в течение 24 ч

вают наибольшую цитотоксичность НЧС такого

IC₅₀ составил 8.8 мкг/мл, в течение 48 ч -

размера [30].

5.0 мкг/мл [26].

Оценка влияния размера НЧС на их эффек-

тивность проведена на примере изучения цито-

НЧС, полученные с использованием экстрак-

токсичности НЧС, полученных биогенным син-

та корневища растения семейства имбирных

тезом с использованием экстракта черного чая.

(Kaempferia rotunda), обладающего противо-

Показано, что в отношении клеток линии MCF-7

опухолевой активностью, вызывали дозозависи-

НЧС диаметром 5 нм обладали существенно бо-

мую гибель стволовых клеток глиобластомы че-

лее высокой цитотоксичностью, чем НЧС диа-

ловека

- при концентрации НЧС, равной

метром 15 нм [23].

40 мкг/мл, регистрировалась гибель 100% клеток,

IC₅₀ равнялся 6.8 мкг/мл [27].

В сравнительном исследовании НЧС диамет-

ром 20 и 110 нм, покрытых цитратом или поливи-

Сферические НЧС (диаметром 3-36 нм c по-

нилпирролидоном, также обнаружена суще-

верхностным зарядом -18.7 мВ), полученные при

ственно более высокая цитотоксичность НЧС

смешивании раствора нитрата серебра с автоли-

меньшего размера в отношении клеток легочного

затом актинобактерий линии SF₂₃M, обладают

эпителия [31].

цитотоксичностью как в отношении клеток рака

В другом исследовании показано, что самые

молочной железы MCF-7, так и нормальных мак-

малые (диаметром 4 нм) из изученных НЧС про-

рофагов линии RAW264.7. Индекс цитотоксично-

являли наибольшую эффективность (подавление

сти IC₅₀ составлял соответственно

12.9 и

роста клеток, развитие оксидативного стресса) в

16.3 мкг/мл [28].

отношении клеток лейкоза U937 [29].

Однако в работе других авторов, проведенной

на клетках HeLa и U397, показано, что размер

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ

изученных ими НЧС не влиял на их цитотоксич-

НА ЦИТОТОКСИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

ность [32]. При сравнении апоптотического эф-

НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА

фекта НЧС диаметром 5 и 35 нм в отношении

Существует представление, согласно которому

клеток остеосаркомы также было показано, что

НЧС следует рассматривать лишь как систему на-

этот эффект не зависит от размера НЧС в случае

правленной доставки ионов серебра в высоких

одинаковой интернализации НЧС разного разме-

концентрациях к клеткам-мишеням. Предпола-

ра [9].

гается, что, воздействуя на эту систему разными

Необходимо отметить, что имеются данные,

способами (варьируя размеры, природу связан-

указывающие на способность НЧС в зависимо-

ных с ними лигандов, тип покрытия), можно су-

сти от размера оказывать либо цитотоксический

щественно повысить эффективность действия

эффект, либо вызывать стимуляцию пролифера-

НЧС за счет повышения интрацеллюлярного

ции опухолевых клеток. При культивировании

уровня ионов серебра [6, 9].

клеток гепатоцеллюлярного рака HepG2 с НЧС

Показано, что цитотоксичность НЧС, так же,

диаметром 20 нм регистрировалась дозозависи-

как и наночастиц других благородных металлов,

мая цитотоксичность с повреждением ДНК и ми-

зависит от их размера, характера поверхности, ее

тохондрий, а также с развитием оксидативного

заряда, а также от концентрации и длительности

стресса. В то же время применение НЧС диамет-

воздействия [1, 9, 29].

ром 10 и 100 нм индуцировало пролиферацию

Размер и форма наночастиц. Предполагается,

клеток, активацию митоген-активируемой кина-

зы (MAPK), повышение экспрессии c-Jun и c-Foc

что чем меньше размер наночастиц, тем выше их

[29].

цитотоксичность вследствие усиления эндоцито-

за. Однако в результате проведенных в этом на-

Сферические НЧС проявляют максимальную

правлении экспериментальных исследований

цитотоксичность по сравнению с НЧС другой

НЧС получены неоднозначные данные.

формы, благодаря свойственному им оптималь-

ному, наиболее высокому соотношению между

При исследовании действия трех видов НЧС

площадью поверхности и объемом частицы.

размерами 5, 20 и 50 нм, на четырех клеточных

Характер поверхности наночастиц. Цитоток-

моделях разных опухолей человека (А549, SGC-

7901, HepG2, MCF-7) установлено, что наиболее

сичность НЧС зависит от характера их поверхно-

выраженные эффекты (гибель клеток, генерация

сти. При этом полагают, что характер покрытия

АФК, развитие оксидативного стресса, блок кле-

влияет на способность НЧС образовывать ионы

точного цикла в S-фазе, индукция апоптоза) ре-

серебра [31].

гистрировались при применении НЧС диамет-

Было проведено сравнительное изучение дей-

ром 5 нм. Наиболее значительное интрацеллю-

ствия химически синтезированных НЧС, покры-

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА

719

тых цитратом (НЧС-Ц), с частицами, дополни-

кают в клетку, несмотря на отрицательный заряд

тельно модифицированными покрытием лактозой

поверхностной мембраны клеток [35].

(НЧС-Ц-Л) или олигонуклеотидом (НЧС-Ц-О),

Необходимо отметить, что НЧС при попада-

на клетки рака легкого линии А549. Наиболее вы-

нии в среду, содержащую белки, в частности, в

раженная гибель клеток и гиперэкспрессия белка

кровь, подвергаются электростатическому взаи-

р53 зарегистрированы при действии исходных

модействию с белками, что может приводить к

НЧС-Ц. В то же время НЧС-Ц-Л проявили более

образованию белковой «короны» (биомолекуляр-

значительную цитотоксичность, чем НЧС-Ц-О.

ная корона) на поверхности НЧС. Образование

Отмечено, что модифицированные наночастицы

такой белковой короны способно оказывать вли-

(НЧС-Ц-Л и НЧС-Ц-О) вызывают меньшую ги-

яние на физические свойства НЧС, их абсорб-

бель нормальных фибробластов кожи человека

цию, аккумуляцию, интрацеллюлярный эффект.

линии HDF, чем исходные наночастицы (НЧС-Ц).

Обнаруженные различия связывают с разной сте-

Показано, что НЧС с белковыми коронами

пенью проникновения НЧС в клетки, зависящей

могут попадать в клетку путем рецептор-опосре-

от химических особенностей поверхности НЧС

дованного эндоцитоза, а характер короны являет-

[33, 34].

ся важной предпосылкой для проявления высо-

кой цитотоксичности НЧС [9, 11].

Влияние характера покрытия на цитотоксич-

ность НЧС подтверждается данными, получен-

Тип опухолевых клеток. Зависимость цитоток-

ными при сравнительном изучении активности

сичности НЧС от типа опухолевых клеток пока-

НЧС диаметром 20 и 110 нм, покрытых цитратом

зана в ряде исследований.

или поливинилпирролидоном. Показана пре-

имущественная цитотоксичность НЧС, покры-

Так, было установлено, что цитотоксичность

тых цитратом, в отношении клеток рака легкого,

НЧС, диаметром 40 нм, примененных в концен-

вне зависимости от размера НЧС [31].

трации 10 мкг/мл, снижалась в зависимости от

вида опухолевых клеток в следующем ряду: А2780

Заряд наночастиц. Влияние величины заряда

(рак яичников) > MDA-MB-231 (трижды негатив-

на цитотоксичность НЧС было показано в срав-

ный рак молочной железы) > MCF-7 (эстроген-

нительном исследовании двух видов НЧС диа-

зависимый рак молочной железы) [29].

метром 30 и 50 нм, полученных путем восстанов-

ления дубильной кислотой (НЧС-Д) или боргид-

В то же время цитотоксичность НЧС, полу-

ратом натрия (НЧС-Б), которые различались по

ченных с использованием тропического растения

величине дзета-потенциала (30.6 и 22.2 мВ соот-

семейства тыквенных (Cucumis prophetarum), ме-

ветственно) [35].

нялась в другой последовательности - MCF-7

(IC₅₀ = 65.6 мкг/мл) > MDA-MB-231 (81.1 мкг/мл) >

Цитотоксичность НЧС оценивали на клетках

> HepG2 (94.2 мкг/мл) > A549 (105.8 мкг/мл). Как

эпителия кожи человека (А-431), легочного эпи-

видно, к действию этих НЧС наиболее чувстви-

телия человека (А-459) и на макрофагах

тельными оказались клетки рака молочной желе-

мышей (RAW264.7) по маркерам оксидативного

зы линии MCF-7 [36].

стресса - генерация АФК, гиперэкспрессия рр38,

TNF-α, HSP-70. Показано, что цитотоксичность

Культивирование трех разных линий клеток

НЧС-Д была существенно выше цитотоксично-

рака яичников человека со сферическими НЧС

сти НЧС-Б.

диаметром 25 нм, покрытыми поливинилпирро-

лидоном, показало, что клетки двух линий (А2780

Цитотоксичность НЧС-Д оказалась дозозави-

симой в диапазоне всех изученных концентра-

и SCOV3) высокочувствительны к цитотоксиче-

ций, тогда как для НЧС-Б зависимость эффекта

скому действию НЧС (IC₅₀ составлял

7.2 и

от дозы сохранялась в пределах концентраций, не

9.4 мкг/мл соответственно), а клетки линии

превышающих 50 мкг/мл, при дальнейшем повы-

OVCAR3 оказались практически нечувствитель-

шении концентрации цитотоксичность этого ви-

ными к их действию (IC₅₀ равнялся 320.6 мкг/мл).

да частиц уменьшалась.

Показано, что клетки этих линий различались

С помощью трансмиссионной электронной

по базальному уровню АФК - он был высоким в

микроскопии показано, что при концентрации,

клетках А2780 и SCOV3 и незначительным в клет-

равной 5 мкг/мл, оба типа НЧС не агрегируют,

ках OVCAR3. Применение НЧС приводило к воз-

но при концентрации, равной 100 мкг/мл, агрега-

растанию уровня АФК в чувствительных клетках

ция наблюдалась только для НЧС-Б, тогда как

и не меняло его в нечувствительных клетках.

НЧС-Д, имеющие более высокий дзета-потенци-

ал, при этой концентрации не образовывали аг-

Следует отметить, что все три линии клеток

ломератов. С такими особенностями сравнивае-

рака яичников были одинаково чувствительными

мых НЧС связывают их разную цитотоксичность,

к цитотоксическому действию цисплатины (IC₅₀

поскольку не агрегировавшие НЧС легче прони-

составлял 2.9, 5.3 и 4.6 мкМ соответственно) [37].

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

720

КОРМАН и др.

Рис. 1. Мишени и механизмы цитотоксического действия наночастиц серебра.

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ

- повреждение плазматической и митохон-

НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА

дриальной мембран вследствие воздействия на

мембранные белки, обусловленного высокой аф-

Цитотоксическое действие НЧС на опухоле-

финностью серебра к сере, что приводит к увели-

вые клетки может реализоваться путем апоптоза

чению пероксидации и проницаемости мембран,

или некроза, индуцируемых разрушением уль-

активации сигнальных путей;

траструктуры клеток в результате усиления про-

- повреждение дыхательной цепи митохон-

дукции АФК, повреждения митохондрий, ДНК,

дрий, подавление продукции АТФ;

инактивации ферментов и нарушения регулятор-

ных сигнальных путей.

- усиление продукции АФК;

Предполагается, что НЧС способны блокиро-

- снижение уровня глютатиона, подавление

вать инвазию опухолевых клеток и метастазиро-

активности антиоксидантных ферментов;

вание путем ингибирования ангиогенеза.

- развитие оксидативного стресса;

Селективность попадания НЧС в опухолевые

- повреждение ДНК с нарушением экспрес-

клетки может обеспечиваться эффектом «усиле-

сии ключевых генов, регулирующих важные сиг-

ния проникновения и задержки», характерным

нальные пути, в частности р53, р21, HIF-1, JNK,

для опухолей и обусловленным особенностями

STAT-3, VEGF и др.;

архитектуры ткани опухоли [7, 9, 11].

- экспрессия про- и антиапоптотических бел-

Реализация цитотоксического действия НЧС

ков (Bax, BCL-2), что ведет к индукции апоптоза;

включает в себя несколько основных этапов:

- выход из митохондрий в цитозоль цитохрома с,

- проникновение НЧС в клетку путем диффу-

гиперэкспрессия каспаз 3, 8, 9;

зии, фагоцитоза, простого эндоцитоза или рецеп-

- блок клеточного цикла;

тор-опосредованного эндоцитоза;

- ингибирование теломеразы и дисфункция

- интрацеллюлярная генерация АФК под дей-

теломер;

ствием самой НЧС или выделяемого из нее иона

- снижение активности металлопротеиназ

серебра, развитие оксидативногоо стресса;

ММР-2 и 9;

- подавление разных антиапоптотических

- повреждение эндоплазматического рети-

белков, экспрессия проапоптотических белков,

кулума, индукция автофагии.

активация сигнальных путей, регулирующих апо-

Схематически мишени и механизмы действия

птоз [9, 29].

НЧС показаны на рис. 1.

Результаты многочисленных исследований

В первую очередь цитотоксичность НЧС свя-

указывают на большое разнообразие мишеней и

зывают с увеличением продукции АФК и разви-

механизмов действия НЧС, которые могут участ-

тием оксидативного стресса. О важной роли ги-

вовать в реализации их цитотоксичности [7, 9, 11,

перпродукции АФК в цитотоксическом действии

29, 38].

НЧС свидетельствуют выявленные на клетках ра-

Среди наиболее часто упоминаемых мишеней

ка легкого А549 корреляции между уровнем АФК

и механизмов действия отметим следующие:

и степенью повреждения ДНК, митохондрий и

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА

721

ранним апоптозом. Об этом же свидетельствует

О роли эндоцитоза в реализации цитотоксиче-

снижение цитотоксичности НЧС при предвари-

ского действия НЧС могут свидетельствовать ре-

тельной обработке этих клеток антиоксидантом

зультаты экспериментов, в которых показано, что

N-ацетилцистеином [39].

предварительная обработка клеток рака молоч-

ной железы MBA-MB-231 цитохолазином Д (ин-

Следует заметить, что индукция в опухолевых

гибитор большинства форм эндоцитоза) ингиби-

клетках оксидативного стресса рассматривается в

рует цитотоксическое действие на эти клетки

настоящее время как одно из новых перспектив-

НЧС (диаметром 25 нм), покрытых поливинил-

ных направлений в лекарственной терапии рака

пироллидоном [41].

[40].

Эти результаты были подтверждены в анало-

Известно, что наночастицы серебра могут ин-

гичном эксперименте с клетками рака яичников

дуцировать двойные разрывы ДНК.

линии А2780, чувствительными к цитотоксиче-

Культивирование опухолевых и нормальных

скому действию НЧС. Применение цитохолазина

клеток с НЧС (диаметром 23 нм), покрытыми по-

Д в опытах с клетками рака яичников линии

ливинилпироллидоном, в дозе 10 и 25 мкг/мл

OVCAR3, нечувствительными к действию НЧС,

приводило к достоверному увеличению уровня

не оказало никакого эффекта [37].

маркера двойных разрывов - гистона γH2AX, при

Не исключается прямое попадание НЧС в

этом эффект был наибольшим в клетках MDA-

клетку через ионные каналы [29].

MB-231, меньшим - в клетках MCF-7 и еще

меньшим - в нормальных клетках молочной же-

Как уже отмечалось, дозозависимая гибель

лезы линии MCF-10A [41].

опухолевых клеток под влиянием НЧС может

происходить путем как апоптоза, так и некроза.

Увеличение уровня гистона γH2AX зареги-

стрировано также после 24-часового культивиро-

Показано, в частности, что НЧС диаметром 18

вания с НЧС клеток рака яичников линий А2780

нм, полученные в реакции c гидрохлорид гидрок-

и SCOV3 (чувствительны к цитотоксическому

силамином, вызывали преимущественно некро-

действию) и не обнаружено в клетках рака яични-

тическую, а не апоптотическую гибель клеток

ков линии OVCAR3 (нечувствительны к дей-

MCF-7 (IC₅₀ составил 40 мг/мл). При этом доля

ствию наночастиц) [37].

некротических клеток превосходит долю клеток в

апоптозе при воздействии всех испытанных кон-

О способности НЧС повреждать ДНК могут

свидетельствовать и обнаруженные при действии

центраций НЧС. Отмечено, что при возрастании

НЧС (в концентрации 25 мкг/мл) хромосомные

концентрации НЧС количество апоптотических

аберрации как в опухолевых (глиобластома чело-

клеток практически не меняется, тогда как число

некротических клеток постоянно [34].

века U251), так и в нормальных (легочные фиб-

робласты человека IMR-90) клетках. При этом

частота аберраций в опухолевых клетках была су-

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ

щественно больше, чем в нормальных (0.32 и 0.18

НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА

на клетку соответственно). На этих клетках пока-

И НИТРАТА СЕРЕБРА

зано также, что НЧС подавляют клеточную про-

лиферацию, вызывая блок клеточного цикла в

При исследовании механизмов цитотоксиче-

митозе, при этом в нормальных клетках происхо-

ского действия НЧС возникает вопрос, чем обу-

дит быстрое восстановление пролиферации, то-

словлен этот эффект - действием ионов серебра

гда как в опухолевых клетках подавление проли-

Ag(I), которые могут образовываться из НЧС,

ферации регистрировалось в течение длительного

или особенностями действия НЧС как таковых.

времени [42].

Результаты проведенных исследований весьма

противоречивы [9, 29].

Механизмы цитотоксического действия НЧС

могут включать также нарушение интрацеллю-

Ответ на этот вопрос пытаются найти в срав-

нительных экспериментах при одновременной

лярного транзита Са²⁺, снижение экспрессии ак-

оценке цитотоксичности НЧС и ионов серебра.

тинсвязывающего белка и филамина [42].

При этом полагают, что в случае, если эффекты

Важным условием реализации цитотоксиче-

будут одинаковыми, то можно считать, что дей-

ского действия НЧС является их способность

ствие НЧС обусловлено ионами серебра, образу-

проникать внутрь клетки. Показано, что НЧС по-

ющимися интрацеллюлярно из НЧС.

падают как в нормальные (легочные фибробла-

Считается, что механизмы цитотоксического

сты человека IMR-90), так и в опухолевые (глиоб-

действия НЧС в отношении опухолевых клеток

ластома человека U251) клетки путем кларитин-

могут быть близки механизмам действия на мик-

опосредованного эндоцитоза и макропиноцито-

робные клетки.

за, а выводятся путем время-зависимого экзоци-

тоза. После попадания в клетку НЧС равномерно

Исследования на бактериальных клетках по-

распределяются в цитоплазме и в ядре [42].

казали, что биологическая активность НЧС обу-

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

722

КОРМАН и др.

словлена, в основном, действием катиона сереб-

Авторы интерпретируют эти результаты, как ука-

ра, выделяющегося из НЧС.

зание на зависимость участия ионов серебра в ре-

Ион серебра связывается с тиоловыми группа-

ализации цитотоксичности НЧС от типа опухо-

левых клеток, который может влиять на способ-

ми ферментов, участвующими в дыхательной це-

ность интрацеллюлярного выделения ионов

пи бактериальной клетки, в результате чего гене-

рируются АФК, что ведет к развитию оксидатив-

серебра из НЧС [32].

ного стресса и повреждению клетки. Показано,

Следует отметить, что в этих экспериментах

что ионы серебра генерируют также пероксиды,

клетки U397 оказались более чувствительны, чем

которые могут окислять липиды и повреждать

клетки HeLa к цитотоксическому действию как

клеточные мембраны [6, 34].

НЧС, так и нитрата серебра - значительное сни-

Методом катионного обмена установлено, что

жение выживаемости клеток начиналось с кон-

центрации 0.5 мкг/мл. Одним из объяснений это-

растворы НЧС содержат лишь незначительное

количество свободных ионов серебра. Однако

го факта, по мнению авторов, может быть разли-

культивирование клеток рака печени человека с

чие в характере роста культур этих клеток. В

НЧС сопровождалось цитотоксичностью, сопо-

отличие от культуры HeLa, которая является ад-

ставимой с цитотоксичностью нитрата серебра,

гезионной культурой, культура клеток U397 от-

являющегося источником Ag(I). По мнению ав-

носится к суспензионным культурам, что обеспе-

торов исследования, это свидетельствует о роли

чивает более значительный контакт клеток с НЧС

интрацеллюлярного образования из НЧС ионов

и с ионами серебра [32].

серебра в реализации цитотоксического действия

Показано, что при кратковременном инкуби-

НЧС [43].

ровании (в течение 4 ч) НЧС и нитрат серебра вы-

Предполагается, что усилению этого эффекта

зывали практически одинаковую гибель клеток

при действии серебра в виде НЧС, по сравнению

Т-клеточного лейкоза человека Jurkart. Уровень

с применением серебросодержащих соединений,

АФК в клетках также был одинаков. Однако при

могут способствовать особенности поверхности

более длительной экспозиции (24 ч) применение

НЧС, благодаря которым они способны более

НЧС приводило к генерации более высокого

интенсивно генерировать АФК или катализиро-

уровня АФК, активации сигнальных путей с уча-

вать окисление компонентов клетки [30, 34].

стием р38-митоген активируемой протеин кина-

зы, ядерных факторов Е2 и κВ-NF, что вело к по-

Однако при инкубации (в течение 24 ч) клеток

вреждению ДНК, блоку клеточного цикла и апо-

линии HeLa53 с НЧС диаметром 5-10 нм или с

птозу [45].

нитратом серебра обнаружено, что цитотоксич-

ность НЧС более чем в пять раз меньше цито-

Изучалось влияние количества ионов серебра,

токсичности нитрата серебра. Индекс цито-

содержащихся в НЧС, на выживаемость клеток

токсичности IC₅₀ составлял соответственно 92 и

рака легкого А549 [46]. Показано, что цитоток-

сичность суспензии НЧС зависит от уровня со-

17 мкг Ag/мл. Максимальное (близко к 100%)

число клеток в апоптозе отмечено при концен-

держащегося в ней катиона серебра (Ag⁺). При

трации НЧС, равной 120 мкг Ag/мл, и при кон-

фракции Ag⁺, cоставляющей 39%, выжило 92%

центрации нитрата серебра, равной 32 мкг Ag/мл.

клеток, при фракции 69% выживаемость клеток

Исследование влияния этих агентов на стрессо-

составила 54%. В то же время при сравнении ци-

вые гены показало, что как НЧС, так и нитрат се-

тотоксичности суспензии НЧС и ее супернатанта

ребра индуцируют гиперэкспрессию генов mt-2A

оказалось, что при содержании в них ионов се-

и ho-1 и не меняют экспрессию гена hsp70, но по

ребра в количестве, равном 5.5% и более, цито-

степени влияния на экспрессию этих генов НЧС

токсичность суспензии и супернатанта была оди-

также уступали нитрату серебра [44].

наковой. Однако при уровне ионов серебра, рав-

В то же время при сравнении цитотоксичности

ном 2.6% и менее, цитотоксичность суспензии

для клеток HeLa нитрата серебра и сферических

превосходила цитотоксичность супернатанта.

НЧС (средний диаметр 13.4 нм, дзета-потенциал -

Авторы считают, что реализация цитотоксиче-

61.9 мВ), полученных восстановлением нитрата

ского действия наночастиц, как таковых, по срав-

серебра кверцетином, было обнаружено, что

нению с ионами серебра может происходить

НЧС оказывают более выраженный цитотокси-

только при низком содержании последних [46].

ческий эффект - значительное снижение выжи-

При сравнении цитотоксичности нативных

ваемости клеток начинается при концентрации

НЧС, полученных после фильтрации 30-суточно-

НЧС, равной 2 мкг/мл, тогда как нитрат серебра

го раствора НЧС, и фильтрата (предполагается,

при всех концентрациях незначительно снижал

что в нем должны быть ионы серебра, выделив-

выживаемость клеток [32].

шиеся в процессе хранения раствора НЧС) гибель

Однако на клетках гистиоцитарной лимфомы

клеток рака яичников (А2780) зарегистрирована

человека (линия U397) цитотоксичность этих

только при применении нативных наночастиц

НЧС и нитрата серебра оказалась очень близкой.

[37].

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА

723

В аналогичном эксперименте с клетками рака

листьев артишока (Cynara Scolymus). Показано,

молочной железы MDA-MB-231 цитотоксичны-

что сочетанное применение этих НЧС и облуче-

ми оказались также только НЧС, но не фильтрат

ния красным светом приводит к существенному

[41]. Возможно, это обусловлено слишком низ-

дозозависимому снижению выживаемости кле-

ток MCF-7 по сравнению с использованием толь-

ким содержанием ионов серебра Ag⁺ в фильтрате,

которое в этих экспериментах количественно не

ко НЧС. Обнаружено, что в результате такой

сочетанной терапии значительно (более чем в че-

оценивалось.

тыре раза) увеличивается внутриклеточное содер-

Не выявлено различий в цитотоксичности

жание АФК, достоверно снижается уровень анти-

НЧС и нитрата серебра на клетках рака молочной

оксидантных ферментов (супероксиддисмутаза,

железы MCF-7 [25].

каталаза, глютатионпероксидаза), резко увеличи-

Цитотоксичность НЧС и нитрата серебра ока-

вается соотношение про- и антиапоптотических

залась одинаковой для клеток рака яичников ли-

белков (Bax/Bcl-2) и значительно возрастает ак-

нии А2780, чувствительных к действию НЧС. Од-

тивность каспазы-3 по сравнению с действием

нако клетки рака яичников линии OVCAR3, не-

только НЧС. Следует заметить, что в этих экспе-

чувствительные к цитостатическому НЧС,

риментах при применении только НЧС регистри-

проявили весьма значительную чувствительность

ровались те же эффекты, но они были менее вы-

к нитрату серебра [37].

раженными, чем при сочетанном воздействии

Обнаружено, что НЧС (диаметром 5 нм) и

обоих факторов [49].

нитрат серебра, примененные в одинаковых кон-

В ряде экспериментальных исследований был

центрациях (1.00-1.75 мкг/мл), обладают равной

показан радиосенсибилизирующий эффект НЧС.

генотоксичностью и цитотоксичностью, опреде-

Культивирование в течение 24 ч клеток рака

ляемыми с помощью микроядерного теста и из-

молочной железы (MDA-MB-231; MCF-7) и нор-

мерения уровня оксидативного стресса, в отно-

мальных эпителиальных клеток молочной желе-

шении лимфобластов селезенки человека линии

зы (MCF-10A) с НЧС диаметром 25 нм, покрыты-

ТК6.

ми поливинилпирролидоном, в концентрациях

Однако добавление в культуру клеток N-аце-

10-25 мкг/мл, с последующим рентгеновским об-

тилцистеина (хелатор Ag⁺) снижало генотоксич-

лучением в дозе 4 Гр достоверно увеличивало во

ность нитрата серебра и не влияло на эффект

всех клетках повреждение ДНК (через 1 ч после

наночастиц серебра, тогда как добавление пере-

облучения) по сравнению с эффектом только об-

хватчика радикалов (тролокса) уменьшало гено-

лучения (оценено по уровню маркеров двойных

токсичность обоих агентов.

разрывов ДНК - гистону γH2AX).

Установлено, что в культуральной среде, со-

Наиболее чувствительными к комплексному

держащей НЧС, ионизируется только 0.5% нано-

воздействию НЧС и облучения оказались клетки

частиц. Показано, что такая концентрация Ag(I)

MDA-MB-231. С помощью клоногенного теста

не оказывает на клетки цитотоксического и гено-

показано, что применение НЧС в дозе 1 мкг/мл в

токсического действия. С помощью ЭПР анализа

сочетании с облучением (2 Гр) усиливает эффект

показано, что гидроксильные радикалы прямо

облучения в два раза, а применение НЧС в более

продуцируются только НЧС. Авторы исследова-

высоких концентрациях (5 и 10 мкг/мл) при облу-

ния приходят к выводу, что цитотоксическое дей-

чении приводит к полному ингибированию обра-

ствиe НЧС не связано с образованием ионов се-

зования клеточных колоний [41].

ребра [47].

На клетках гепатокарциномы HepG2 индекс

усиления цитотоксичности при комбинации

НЧС с облучением (6 Гр) составил величину, рав-

ФОТО- И РАДИОСЕНСИБИЛИЗИРУЮЩИЕ

ную 1.98 [51].

СВОЙСТВА НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА

Наряду с этим имеются данные, свидетель-

Согласно представлениям о физических меха-

ствующие об отсутствии радиосенсибилизирую-

низмах биологического действия наночастиц,

щих свойств НЧС.

можно полагать, что НЧС, аналогично наноча-

Так на ксенографтах рака молочной железы

стицам золота, также могут обладать фото- и ра-

диосенсибилизирующими свойствами. Обнару-

MDA-MB-231 было показано, что внутриопухо-

жение таких свойств у наночастиц благородных

левое введение мышам НЧС не приводило к уси-

металлов позволяет рассчитывать на потенциаль-

лению действия облучения (4 Гр, дважды с интер-

валом в 21 сутки) [41].

ную возможность их использования при фотоди-

намической и лучевой терапии опухолей [48].

Важно отметить, что к НЧС проявляют чув-

Фотосенсибилизирующее действие обнаруже-

ствительность клетки, находящиеся в состоянии

но у НЧС, диаметром 98.5 нм, полученных био-

гипоксии. Так, показано, что индекс цитотоксич-

генным синтезом с использованием экстрактов

ности IC₅₀НЧС составил для клеток глиомы U251

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

724

КОРМАН и др.

в условиях гипоксии (1% О₂) 30.3 мкг/мл, а в

В то же время НЧС, полученные с использова-

условиях нормоксии - 34.7 мкг/мл. Для клеток

нием экстракта фруктов тропического фруктово-

глиомы С6 этот показатель равнялся

27.5 и

го растения Zizyphus mauritiana (противоопухоле-

32.5 мкг/мл соответственно [51].

вой активности не имеет), при применении в дозе

12 мг/кг/сутки тормозили рост опухоли Эрлиха

Предполагается, что НЧС могут повышать

всего на

20%, а при применении в дозе

чувствительность гипоксических опухолевых

6 мг/кг/сутки оказались полностью неэффектив-

клеток к лучевой терапии.

ны [53].

При сочетанном воздействии НЧС (диамет-

Одним из направлений доклинического изу-

ром 27 нм, получены электрохимическим мето-

чения новых потенциальных противоопухолевых

дом) и облучения (линейный ускоритель) на

агентов является изучение их цитотоксичности в

клетки глиомы U251 и глиомы С6, культивируе-

отношении опухолевых клеток, резистентных к

мые в условиях гипоксии (1% О₂), индекс радио-

стандартным противоопухолевым препаратам.

сенсибилизации составил 1.78 и 1.84 соответ-

Предполагается, что применение НЧС может по-

ственно. При этом для клеток, культивируемых в

давлять некоторые механизмы развития множе-

условиях нормоксии, индекс радиосенсибилиза-

ственной лекарственной устойчивости раковых

ции имел значения, равные 1.34 и 1.45 соответ-

клеток, такие как повышение толерантности к

ственно.

оксидативному стрессу, усиление репарации

Радиосенсибилизирующий эффект НЧС свя-

ДНК, активация P-гликопротеина Pgp, обеспе-

зывают с более значительным их накоплением в

чивающего выброс препаратов из клетки.

гипоксических клетках по сравнению с другими

На клетках рака толстой кишки Colo320 c ги-

опухолевыми клетками в популяции [51].

перэкспрессией Pgp, резистентных к химиотера-

пии, показано, что комбинация НЧС с разными

противоопухолевыми препаратами (метотрексат,

ПРОТИВООПУХОЛЕВАЯ АКТИВНОСТЬ

цисплатин, кармустин, блеомицин, винбластин,

НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА

вепарамил) привела к синергетическому усиле-

Определенная противоопухолевая активность

нию цитотоксичности всех изученных противо-

некоторых НЧС показана в ряде исследований,

опухолевых препаратов. Это дало основание счи-

выполненных на экспериментальных моделях

тать, что преодоление множественной лекар-

опухолей животных и ксенографтах опухолей че-

ственной устойчивости с помощью наночастиц

ловека в условиях in vivo.

обусловлено подавлением активности Pgp, веду-

щим к повышению интрацеллюлярной концен-

В этих экспериментах использовали как пере-

трации препаратов [9].

виваемые (меланома В-16, рак молочной железы

4Т1, глиома С6, опухоль Эрлиха), так и канцеро-

Однако на клетках рака молочной железы, ре-

ген-индуцированные (индуцированная диэтил-

зистентных к тамоксифену (MCF-7/TAMR-1),

нитрозоамином гепатокарцинома, индуцирован-

цитотоксичность сферических НЧС, диаметром

ная метилхолантреном фибросаркома) опухоли

5-30 нм, полученных с использованием экстрак-

мышей, а также ксенографты опухолей человека

та листьев Гарцинии атровидис (Garcinia atrovirid-

(рак молочной железы MDA-MB-231, рак пред-

ic), оказалась значительно меньше эффекта та-

стательной железы РС-3) [9].

моксифена (IC₅₀ равнялся 32.0 и 11.5 мкг/мл соот-

ветственно). В то же время на клетках рака

Определенная чувствительность опухолей в

молочной железы (MCF-7), чувствительных к та-

условиях in vivo к НЧС (диаметром 25 нм, покры-

моксифену, эти НЧС оказались более эффектив-

тие поливинилпирролидоном) продемонстриро-

ными, чем тамоксифен. Индекс цитотоксично-

вана в экспериментах с ксенографтами рака мо-

сти IC₅₀в отношении этих клеток составлял для

лочной железы человека MDA-MB-231. Зареги-

стрирована выживаемость всех подопытных

НЧС и тамоксифена 2.0 м и 8.8 мкг/мл соответ-

мышей на протяжении 100 суток при внутривен-

ственно (время инкубации - 72 ч) [12].

ном введении НЧС в дозе 6 мг Ag/кг трижды в не-

Одним из путей применения НЧС в лекар-

делю в течение 10 недель. Выживаемость кон-

ственном лечении опухолей может быть включе-

трольных мышей к этому сроку составила 30%

ние их в разные схемы комбинированной тера-

[52].

пии. В этом отношении несомненный интерес

представляют результаты исследования цитоток-

Показано, что НЧС, полученные с использо-

сичности совместного применения НЧС и цис-

ванием экстракта корневища растения из семей-

платины, проведенного на трех разных линиях

ства имбирных (обладает противоопухолевой ак-

тивностью), вызывали при применении в дозе 12

рака яичников человека.

мг/кг/сутки на протяжении пяти суток торможе-

Показано, что для клеток двух линий (А2780 и

ние развития асцитной опухоли Эрлиха на 55% по

OVCAR3) эффект комбинации оказался синерге-

сравнению с контролем.

тическим по сравнению с применением каждого

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА

725

препарата в отдельности, а на клетках линии

ЦИТОТОКСИЧНОСТЬ НАНОЧАСТИЦ

SCOV3 зарегистрирован лишь небольшой адди-

СЕРЕБРА В ОТНОШЕНИИ

тивный эффект [37]. Вероятно, эффективность

НОРМАЛЬНЫХ КЛЕТОК

этой комбинации не связана с чувствительностью

В связи с достаточно широким использовани-

клеток к действию НЧС - клетки А2789 и SCOV3

ем НЧС при изготовлении предметов бытового и

чувствительны к НЧС, тогда как клетки OVCR3 -

медицинского назначения были проведены ис-

нечувствительны. Следует также отметить, что

следования по безопасности их применения и, в

клетки всех трех линий одинаково чувствительны

частности, по изучению токсичности НЧС для

к цитотоксическому действию цисплатины.

нормальных клеток и органов.

В ряде исследований показано, что НЧС спо-

Синергетическое усиление цитотоксичности

собны оказывать цитотоксическое действие на

показано на клетках рака яичников человека ли-

некоторые нормальные клетки.

нии А2780 при комбинации НЧС с антимикроб-

Так, установлено, что НЧС диаметром 15, 30 и

ным препаратом салиномицином, обладающим

55 нм вызывали дозозависимое снижение выжи-

противоопухолевой активностью [54].

ваемости альвеолярных макрофагов при инкуба-

На клетках HeLa зарегистрировано усиление

ции в течение 24 ч. При этом зарегистрировано

гибели клеток рака шейки матки при сочетании

десятикратное увеличение внутриклеточного

НЧС с камптотецином (ингибитор топоизомера-

уровня АФК после применения НЧС диаметром

15 нм в концентрации 50 мкМ [4].

зы) [55], трихостатином (ингибитор гистондеаце-

тилазы) [56]. Эффективность сочетания НЧС с

На нормальных клетках печени крыс (BRL 3A)

еще одним ингибитором гистондеацетилазы MS-

показано, что НЧС диаметром 15 и 100 нм, при-

275 показана на клетках рака легкого А549 [57].

мененные в концентрациях 5-50 мкг/мл, при ин-

кубации в течение 24 ч вызывали гибель клеток в

Показана определенная способность наноча-

результате развития оксидативного стресса (уве-

стиц серебра оказывать антиканцерогенное дей-

личение генерации АФК, снижение уровня глю-

ствие.

татиона и потенциала мембран митохондрий)

[59].

Пероральное введение крысам НЧС, получен-

Применение НЧС в опытах с фибробластами

ных биогенным синтезом с использованием ак-

линии NIH₃T₃ индуцировало в этих клетках вы-

тинобактерий В5, в дозах 25-50 мг/кг дважды в

ход цитохрома с в цитозоль и транслокацию проа-

неделю в течение 21 недели одновременно с кан-

поптотических белков Bax в митохондрии. Пока-

церогеном диэтилнитрозоамином, привело к до-

зано также, что индукция в фибробластах апопто-

стоверному подавлению частоты возникновения

за в результате действия НЧС ассоциирована с

гепатокарцином. Число развившихся опухолей

активацией JNK-киназы [38].

при применении НЧС в дозах 25 мг/кг и 50 мг/кг

Цитотоксичность НЧС диаметром 5-10 нм,

составило 4.0 ± 0.4% и 3.0 ± 0.4% соответственно,

полученных в импульсно-плазменном реакторе,

при развитии 5.0 ± 1.0 опухолей в контроле. Заре-

показана в отношении стволовых герминативных

гистрировано также достоверное снижение сред-

клеток мышей линии С18-4. Инкубация клеток с

ней массы опухоли - с 0.56 г в контроле до 0.2-

этими НЧС приводила к выраженной гибели кле-

0.18 г при применении НЧС [17].

ток с показателем IC₅₀, равным 8.75 мкг/мл [60].

Клинические испытания противоопухолевых

В то же время в ряде исследований не зареги-

свойств НЧС, по-видимому, пока не проводи-

стрирована цитотоксичность НЧС для нормаль-

лись.

ных клеток.

Культивирование мышиных гепатоцитов ли-

Было опубликовано одно сообщение о случае

нии AML₁₂в течение 24 ч с НЧС диаметром 15 и

успешного применения НЧС у больного 78 лет с

6 нм (в концентрации 5 и 10 мкг/мл) сопровожда-

метастазами плоскоклеточного рака полости рта

ется лишь незначительной цитотоксичностью

в легкие и печень, резистентными к терапии цис-

для клеток (гибель 10-30% клеток). Не обнаруже-

платиной и таксанами. После лечения перораль-

но появление серебра в митохондриях и не заре-

ным приемом раствора НЧС диаметром 3 и 12 нм

гистрированы нарушения дыхательной функции

рентгенологически зарегистрирована полная ре-

митохондрий [61].

грессия метастазов длительностью 18+ месяцев.

Наночастицы серебра диаметром 25 нм, по-

Показано, что содержание Ag⁺ в крови через 1 ч

крытые поливинилпирролидоном, не оказывали

после приема 60 мл раствора НЧС возросло с 32

существенного влияния на нормальные эпители-

до 46 нг/г; в моче ионы Ag⁺ не были обнаружены

альные клетки молочной железы линии MCF-

[58].

10A (IC₅₀ = 83.3 мкг/мл), будучи высокотоксич-

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

726

КОРМАН и др.

ными для клеток рака молочной железы линии

12. N. I. Zulklifli, M. Muhamad, M. N. Zain, et al., Mol-

MDA-MB-231 (IC₅₀ = 11.9 мкг/мл) [52].

ecules,

25,

4432

(2020). DOI:

10.3390/mole-

cules25184332

Местное применение на инфицированную ра-

13. C. E. Escrcega-Gonzalez, J. A. Garza-Cervantes, A.

ну крыс НЧС, полученных с помощью биогенно-

Vazquez-Rodiguez, et al., Int. J. Nanomedicine, 13,

го синтеза с применением экстракта стебля и кор-

2349 (2018). DOI: 10.2147/ijn.s160605

ней растения Acacia rigidula, растущего в северо-

восточных регионах Мексики, не сопровожда-

14. H. Barabadi, M. A. Mahjoub, B. Tajani, et al., J. Clus-

лось какими-либо функциональными изменени-

ter Sci., 30, 259 (2019). DOI: 10.1007/s10876-018-

ями со стороны печени и почек [62].

014917

15. O. Erdogan, M. Abbak, G. M. Demitbolat, et al., PLoS

One, 14 (6), e0216496 (2019). DOI: 10.1371/jour-

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

nale.pone.0216496

Анализ накопленной информации о цитоток-

16. B. P. Georg, N. Kumar, H. Abrahams, and S. S. Ray,

сических свойствах НЧС и механизме их дей-

Sci. Rep., 8, 14368 (2018). DOI: 10.1038/s41598-018-

ствия позволяет рассматривать эти субстанции в

32480-5

качестве возможной основы для разработки по-

17. T. Shanmugasundaram, M. Radhakrishnan, V. Go-

тенциальных лекарственных противоопухолевых

pikrishnan, et al., Nanoseale, 9, 16773 (2017). DOI:

средств. Большинство исследователей, работаю-

10.1039/c7nr04979

щих в этом направлении, считает, что наиболее

перспективными могут быть экспериментальные

18. P. Belteky, A. Rohavari, N. Igaz, et al., Int. J.

доклинические исследования противоопухоле-

Nanomed.,

14,

667

(2019).

DOI:

вой активности НЧС, полученных биогенным

10/2147/IJNN.s185965

путем.

19. Е. М. Трещалина, О. С. Жукова, Г. К. Герасимова

и др., в сб. Руководство по проведению доклини-

ческих исследований лекарственных средств, под

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ред. А. Н. Миронова и др. («Гриф и К», М., 2012),

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

ч. 1, с. 642.

и др., Биофизика,

(6),

1229

(2021). DOI:

20. S. Arora, J. Jain, J. M. Rajwade, and K. M. Paknikar,

10.31857/S000630292106020X

Toxicol. Lett.,

179

(2),

(2008).

DOI:

Л. А. Островская, Д. Б. Корман, Е. И. Некрасова и

10.1016/j.toxlet.2008.04.009

др., Биофизика,

(5),

978

(2021). DOI:

21. M. Rakowski, S. Porebski, A. Grzelak, Int. J. Mol. Sci.,

10.31857/S0006302921050161

22 (9), 9203 (2021). DOI: 10.3390/ijms22179203

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

22. S. Khorrami, A. Zarrabi, M. Khaleghi, et al., Int. J.

Вопр. онкологии, 64 (6), (697 (2018)

Nanomedicine,

13,

8013

(2018).

DOI:

C. Carlson, S. M. Hussain, A. M. Schrand, et al. J.

10.2147/IJN.s189295

Phys. Chem. B,

112,

13608

(2008). DOI:

23. S. Rajawat, R. Kurchania, K. Rajukumar, et al., Green

10.1021/j/p712087m

Process Synth., 5, 173 (2016). DOI: 10.1515/gps-2015-

W. Yang, H. Veroniania, X. Qi, et al., Adv. Ther.

0104

(Weint),

(1),

201900102

(2020).

DOI:

24. J. Baharara, F. Namvar, I. Ramerzani, et al., Mole-

10.1002/adtp.201900102

cules, 20 (3), 2693 (2015). DOI.org/10.3390/mole-

J. Liu, D. A. Sonshine, S. Shervani, and P. H. Hurt,

cules20022693

AcsNano,

(11),

6903

(2010).

DOI:

25. C. Krishnaraj, P. Muthukumaran, R. Ramachandran,

10.1021/nn102272n

et al., Biotechnol. Rep.,

(2014). DOI:

S. Dasari, C. Yedjon, R. T. Brodell, et al., Nanotech-

10/1016/j.btre.2914.08.002

nol. Rew., 9 (1), 1500 (2020). DOI: 10.1515/intrev-

26. S. E. Fard, F. Tafvizr, and M. B. Tozbati, IET-Nano-

2020-0117

biotechnol., 12 (7), 994 (2018). DОI: 10.1049/iet-

M. Rai, A. P. Ingle, J. Trzcinska-Wencel, et al., Nano-

nbt.2018.5069

materials, 11, 2901 (2021). DOI: 10.3390/nanj11112901

27. S. R. Kabir, Z. Dai, M. Nurujjaman, et al., J. Cell Mol.

Med., 24, 13223 (2020). DOI: 10.1111/jcmm15934

D. Kovacs, N. Igaz, M. K. Gopisetty, and M. Kiricsi,

Int. J. Mol. Sci.,

23,

839

(2022).

DOI:

28. M. Wypij, T. Jedrzemnewski, J. Trzcinska-Wencel,

10.3390/ijms230020839

et al., Front. Microbiol., 12, 632505 (2021). DOI:

10.3389/fmicb.2021.632505

10.

I. Ullah, A. T. Khalie, M. Ali, et al., Oxidative Med.

and Cell. Longevity, 2020, ID1215395 (2020). DOI:

29. M. Acter, M. T. Sikder, M. M. Rahman, et al., J. Adv.

10.1155/2020/1215395

Res. 9 (1), 1 (2018). DOI: 10.1016/j.jare.2017.10.008

11.

L. Xu, Y. Y. Wang, J. Huang, et al., Theranostics, 10

30. W. Liu, Y. Wu, C. Wang, et al., Nanotoxicology, 4 (3),

(20), 8996 (2020). DOI: 10.7150/Thno.45413

319 (2010). DOI: 10.3109/117435390.2020.483745

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА

727

31. X. Wang, Z. Ji, C. H. Chang, et al., Small, 10 (2), 385

48. D. B. Korman, L. A. Ostrovskaya, N. V. Bluhterova, et

(2014). DOI: 10.1002/small.201301597

al., Biophysics,

(6),

1046

(2021). DOI:

10.1134/s0006350921060063

32. S. I. Kaba and E. M. Egorova, Nanotechnol. Sci. Appl.,

8, 19 (2015). DOI: 10.2147/NSA.5578134

49. O. Erdogan, M. Abbak, G. M. Demirbolat, et al., PLoS

One, 14 (6), eo216496 (2019). DOI: 10.1371/jour-

33. I. Sur, M. Altunbak, H. Kahraman, and M. Culha,

nale.pone.0216496

Nanotechnology,

(37),

375

(2012). DOI:

10.1088/0957-4484/23/37/372102

50. Q. Zheng, H. Yang, J. Wei, et al., Biomed. Pharmaco-

ther.,

(7),

569

(2013). DOI:

10.1016/j.bio-

34. H. Ciftci, M. Turk, U. Tamer, et al., Turkish J. Biol.,

pha.2013.04.003

37, 573 (2013). DOI: 10.3906/biu-1302-21

51. Z. Liu, H. Tam, X. Zhang, et al., Artif. Cells Nanomed.

35. J. Kaur and K. Tikoo, Food Chem.Toxicol., 51, 1

Biothechnol.,

(s3),

922

(2018).

DOI:

(2013). DOI: 10.106/j.fct.2012.08.044

10/1080/21691401.2018.1518912

36. Hemlata, P. R. Meena, A. P. Singh, and K. K. Tejav-

52. J. Swanner, C. D. Fahrenholtz, I. Tenvooren, et al.,

cath. Acs Omega, 5, 5520 (2020). DOI: 10.1021/ac-

FASEB BioAdvances,

639

(2019).

DOI:

somega.0c00155

10.1096/fba.2019-00021

37. C. D. Fahrenholtz, J. Swanner, M. Ramirez-Prez, and

53. S. R. Kabir, A. K. Asaduzzanan, R. Amin, et al., Acs

R. N. Singh, J. Nanomaterials, 2017, ID5107485

Omega, 5,

20599

(2020). DOI: 10.1021/acsokme-

(2017). DOI: 10.1155/2017/5107485

ga.0c02878

38. Y. H. Hsin, C. F. Chen, S. Huang, et al., Toxicol. Lett.,

54. X. F. Zhang and S. Gurunathan, Int. J. Nanomedici-

179 (3), 130 (2008). DOI: 10.1016/j.toxlet.2008.04.015

one, 11, 3655 (2016). DOI: 10.2147/IJN,S111279

39. R. Foldbjerg, D. A. Dang, and H. Autrup, Arch. Toxi-

55. Y. Yuan, S. Zhang, J. Hwang, and I. K. Kong, Oxid.

col., 85 (7), 743 (2011). DOI: 10.1007/S00204-010-

Med. Cell Longev.,

2018,

5121328

(2018). DOI:

0545-5.

10.1155/2018/6121328

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

56. N. Igaz, D. Kovasc, Z. Razga, et al., Coloids Surf. B

Биофизика,

(3),

552

(2019).

DOI:

Biointerfaces, 146, 670 (2016). DOI: 10.1016/j.colsurf

10.1134/S000302919030165

b.2016.07.004

41. J. Swanner, J. Mims, D. Carell, et al., Int. J.

57. S. Guranathan, M. Kang, and J. Kim, Molecules, 23

Nanomed., 10, 3937 (2015). DOI: 10.2147/IJN.S80349

(2), 2046 (2018). DOI: 10.3390/molecules23082046

58. J. Singh, W. Moore, F. Fattah, et al., Head Neck, 41

42. P. V. AshaRani, M. P. Hnde, and S. Valiyaveettie,

BMC Cell Biol., 10, 65 (2009).

(1), E11 (2019). DOI: 10.1002/hed.25492

59. S. M. Hussain, K. L. Hess, J. M. Gearhart, et al., Tox-

43. S. Kim, J. E. Choi, J. Choi, et al., Toxicol. in vitro, 33

icol. in vitro,

(7),

975

(2005).

DOI:

(6), 1076 (2009). DOI: 10.1016/j.tiv.2009.06.001

10.1016/j.tiv.2005.06.034

44. N. Miura and Y. Shinohara, Biochem. Biophys. Res.

60. L. Braydich-Stolle, S. Hussain, J. J. Schlager, et al.,

Comm.,

390

(3),

733

(2009).

DOI:

Toxicol. Sci., 88 (2), 412 (2005). DOI: 10.1093/toxs-

10.1016/j.bbrc.2009.10.039

ci/kfi256

45. H. J. Eom and J. Choi, Environ. Sci. Technol., 44 (21),

61. L. Wang, D. F. Mello, R. M. Zucker, et al., Envoron.

8337 (2010). DOI: 10.1021/es1020668

Sci. Technol.,

(16),

111

(2021).

DOI:

46. S. Beer, R. Fuldbjerg, Y. Hayashi et al. Toxicol. Lett.

10.1021/asc.ets.1c02295

208 (3) 286 (2012). DOI: 10.1016/j/tox.let.2011.11.002

62. C. E. Escrcega-Gonzeler, J. A. Garza-Cervantes,

47. Y. Li, T. Qin, T. Ingle, et al., Arch. Toxicol., 91 (1), 509

A. Vazquez-Rodiguez, et al., Int. J. Nanomedicine, 13,

(2017). DOI: 10.1007/s00204-016-1730-y

2349 (2018). DOI: 10.2147/IJN.S160605

Silver Nanoparticles - Cytotoxic Activity and Mechanism of Action

D.B. Korman*, L.A. Ostrovskaya*, N.V. Bluhterova*, V.A. Rikova*, and M.M. Fomina*

*Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences, ul. Kosygina 4, Moscow, 119334 Russia

The review presents experimental data obtained in the study of the cytotoxic and antitumor activity, and the

mechanism of action of silver nanoparticles.

Keywords: silver nanoparticles, cytotoxicity, antitumor activity, cell cultures of human and animal tumors

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022