ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ, 2023, том 93, № 5, с. 801-812

УДК 544.344.3

СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ

АЛЬГИНАТА НАТРИЯ И ВИОЛОГЕНОВОГО

КАЛИКС[4]РЕЗОРЦИНА ДЛЯ ИНКАПСУЛЯЦИИ

ГИДРОФОБНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

А. Д. Волошина¹, В. В. Сальников², Л. Я. Захарова¹

¹Институт органической и физической химии имени А. Е. Арбузова, Федеральный исследовательский центр

«Казанский научный центр Российской академии наук», ул. Академика Арбузова 8, Казань, 420088 Россия

² Казанский институт биохимии и биофизики, Федеральный исследовательский центр

«Казанский научный центр Российской академии наук», Казань, 420111 Россия

*e-mail: kashapov@iopc.ru

Поступило в редакцию 14 апреля 2023 г.

После доработки 14 апреля 2023 г.

Принято к печати 17 апреля 2023 г.

Работа посвящена исследованию супрамолекулярной системы на основе виологенового каликс[4]-

резорцина и альгината натрия в водной среде с привлечением набора физико-химических методов.

Установлено, что альгинат натрия и виологеновый каликс[4]резорцин в диапазоне концентрационных

соотношений макроцикл:полимер от 1:2 до 1:10 образуют стабильные наночастицы, способные ин-

капсулировать гидрофобные биологически активные вещества. Исследование цитотоксических свойств

данных наночастиц в присутствии инкапсулированных субстратов показало увеличение селективности

действия кверцетина и олеиновой кислоты по отношению к опухолевым клеткам M-HeLa в 2.47 и

1.14 раза соответственно.

Ключевые слова: каликсарен, полимер, самосборка, комплексообразование, солюбилизация, цитоток-

сичность

DOI: 10.31857/S0044460X23050153, EDN: DDCGOC

В настоящее время активно исследуются супра-

кой температуры, органический растворителей)

молекулярные системы на основе полиэлектроли-

получать нетоксичные функциональные системы

тов и противоположно заряженных ионных ПАВ,

с высокой эффективностью загрузки субстратов и

интерес к которым возрос в последние несколь-

стимул-чувствительными свойствами, что являет-

ко лет ввиду создания широкого спектра новых

ся актуальным для современной фундаментальной

функциональных систем для решения различных

науки и фармацевтической химии.

прикладных задач [1-4]. Способность к совмест-

Биополимер альгинат натрия, получаемый из

ной самоорганизации этих молекулярных блоков

морских водорослей, представляет собой линей-

с образованием функциональных наноразмерных

ный гетерополимер, содержащий 1,4-связанные

частиц лежит в основе супрамолекулярного под-

α-L-глюкуроновую кислоту и β-D-маннуроновую

хода к разработке новых многоцелевых агентов.

кислоту (схема 1) [5]. Он находит множество при-

Такой подход позволяет без применения специ-

менений в различных современных технологиях в

альных условий (синтетических процедур, высо-

области пищевой и биомедицинской промышлен-

801

802

КАШАПОВ и др.

Схема 1.

ности. Одним из основных преимуществ альги-

[24]. Кроме формирования супрамолекулярных

ната является простота приготовления гидрогеля

систем с противоположно заряженными полиме-

путем сшивания ионами многовалентных метал-

рами и наночастицами, молекулы ПАВ широко

лов без использования токсичных химических ве-

используются при создании полимер-коллоидных

ществ и жестких условий [6, 7]. В качестве сши-

комплексов [25,26], которые находят применение в

вающего агента применяется двухвалентный ион

медицине [3, 27], косметологии [28, 29], нефтяной

Ca²⁺[8, 9], а в недавних публикациях ион Zn²⁺

[30, 31] и пищевой промышленности [32, 33]. Для

также использовали для приготовления гелей, ми-

получения альгинатных наночастиц также могут

кро- и наночастиц [10, 11]. Альгинатные гидроге-

быть использованы противоположно заряженные

ли широко изучаются именно с перспективой при-

ПАВ. Миртич и соавторы сравнили комплексо-

менения для доставки лекарств [7, 9, 12]. Капсулы

образование альгината с катионами металлов, по-

альгината стабильны в кислой среде желудка, но

лимерами и ПАВ [34]. Было показано, что исполь-

набухают в основной среде кишечника и высвобо-

зование ПАВ приводит к формированию самых

ждают инкапсулированное лекарство [13], поэто-

маленьких частиц с наименьшей полидисперсно-

му представляют собой идеальный полисахарид

стью и с самым низким дзета-потенциалом среди

для доставки лекарств в толстую кишку. Кроме

исследованных сшивающих агентов. Янг и соавто-

этого, комплексы альгинатов с металлами важны

ры [35] показали, что во взаимодействиях между

для медицинской практики, поскольку они спо-

альгинатом и ПАВ преобладающую роль играет

собны укреплять иммунную систему [14] и пре-

электростатическое притяжение, а при понижении

дотвращать развитие онкологических [15], сердеч-

рН межмолекулярные взаимодействия дополни-

но-сосудистых [16] и почечных заболеваний [17].

тельно стабилизировались гидрофобным эффек-

Помимо использования катионов металлов, воз-

том. В литературе также представлен ряд работ,

можно применение органических противоионов

посвященных исследованию агрегации катионных

для супрамолекулярных взаимодействий с про-

ПАВ в присутствии альгината. Взаимодействие

изводными альгината. Смешанные наночастицы

альгината с ПАВ индуцирует образование мицелл

можно получать в результате электростатических

при концентрациях ПАВ ниже их критической

взаимодействий между альгинатом и катионным

концентрации агрегации (ККА) [36-38]. Помимо

полимером, например, хитозаном [18, 19]. Данным

традиционных открытоцепных ПАВ макроцикли-

способом можно модифицировать поверхности на-

ческий амфифил, а именно катионный каликс[4]-

норазмерных частиц различной природы, а имен-

резорцин, может также электростатически вза-

но липосом [20], металлических [21] и полимер-

имодействовать с альгинатным полиэлектроли-

ных наночастиц [22, 23]. Полимерная оболочка в

том [39]. Как и в случае с традиционными амфи-

виде альгината способствует повышению стабиль-

филами, в присутствии полимера значение ККА

ности частиц [20, 23], улучшенному проникнове-

амфифила снижается, а в растворе формируются

нию в клетки и регулированию иммунного ответа

стабильные частицы, размер которых зависит от

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 93 № 5 2023

СУПР

АМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИСТЕМЫ

803

Рис. 1. УФ спектры водных растворов 0.01 мМ. VR в отсутствие и в присутствии различной доли Alg (оптический путь -

1 см) (а) и соответствующая им зависимость максимального поглощения (шкала слева) и длины волны этого поглощения

(шкала справа) от концентрации Alg (б).

длины гидрофобных заместителей и природы го-

способность образовывать смешанные агрегаты с

ловной группы макроцикла. Для сшивки альгина-

анионными ПАВ [49]. В данной работе набором

та можно использовать мицеллы цетилпиридиний

физико-химических методов была исследована

хлорида [40], которые проявляют антибактериаль-

агрегация в бинарной системе VR-Alg с образова-

ные свойства [40] и могут выступать в качестве

нием наночастиц, определены размеры агрегатов и

наноконтейнера для липофильного лекарства ибу-

оценены их биологические свойства. Полученные

профена [27]. Наночастицы на основе композиции

агрегаты были исследованы в качестве нанокон-

альгинат-Твин 80-геминальное катионное ПАВ

тейнеров для липофильных биологически актив-

использовали для связывания капсаицина [41].

ных веществ, а именно флавоноида кверцетина и

Как видно из представленных выше литературных

олеиновой кислоты.

данных, агрегация в смешанных системах альги-

На первом этапе исследований было изучено

ната и ПАВ широко изучена, однако применение

взаимодействие Alg с виологеновым каликс[4]-

этих композиций в качестве систем доставки ле-

резорцином при помощи спектрофотометрии.

карств недостаточно исследовано.

Виологеновый каликс[4]резорцин имеет характе-

Данная работа посвящена изучению надмоле-

ристическую полосу поглощения при 261 нм, в то

кулярных агрегатов, образующихся в растворах

же время поглощение Alg в этой области спектра

полианиона альгината натрия (Alg) и катионного

незначительно. Титрование водного раствора ви-

кавитанда, а именно виологенового каликс[4]-

ологенового каликс[4]резорцина с концентрацией

резорцина, содержащего н-додецильные заме-

0.01 мМ. показало, что с увеличением содержа-

стители на нижнем ободе (VR) (схема 1). Выбор

ния Alg наблюдается возрастание интенсивности

макроцикла обусловлен нацеленностью виологе-

поглощения с батохромным сдвигом его максиму-

новых групп на митохондрии клеток [42], кото-

ма, а затем снижение интенсивности поглощения

рые рассматриваются в качестве мишени в рамках

(рис. 1а). Если построить зависимость максиму-

новых перспективных методов лечения рака [43],

ма поглощения от молярной концентрации Alg,

сердечной недостаточности [44], резистентности

рассчитанной относительно мономерного звена

к инсулину [45] и нарушений в работе мозга [46].

Alg, то максимальное значение интенсивности

В предыдущих работах мы показали низкую ток-

на данной зависимости наблюдалось в смеси с

сичность виологенового макроцикла [47,48] и его

8-кратным избытком Alg (рис.

1б). Максимум

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 93 № 5 2023

804

КАШАПОВ и др.

нента к другому приводит к резкому возрастанию

мутности до достижения соотношения VR:Alg =

1:8 (рис. 2). При дальнейшем увеличении концен-

трации Alg эти агрегаты не разрушаются и мут-

ность не снижается, что отражается на отсутствии

снижения оптической плотности после достиже-

ния 8-кратного избытка полимера. Таким образом,

каждая молекула VR при связывании с Alg ориен-

тирует вокруг себя восемь мономерных звеньев

полимерной молекулы, что указывает на электро-

статическую природу взаимодействия между VR и

Alg.

Значение удельной электропроводности в во-

дных растворах индивидуального Alg линейно

Рис. 2. Зависимость мутности смешанной системы

VR-Alg от концентрации Alg при фиксированной

возрастает в диапазоне концентраций до 0.5 мМ.

концентрации VR 0.01 мМ. в воде (λ 450 нм, l 10 мм,

(рис. 3а). В присутствии VR при увеличении со-

25°С).

держания Alg в растворе до 8-кратного избыт-

ка значение электропроводности не меняется

и остается на уровне свободного макроцикла

поглощения при титровании смещается вправо с

(рис. 3а), что подтверждает формирование наноча-

261 до 268 нм, что говорит об изменении микро-

стиц за счет электростатического взаимодействии

окружения молекул VR в присутствии Alg. Стоит

макроцикла с полимером и взаимной компенсации

отметить, что соотношение VR:Alg = 1:8 является

заряда виологеновых групп макроцикла и ацетат-

эквизарядным, поскольку на одну молекулу макро-

ных групп полимера при соотношении VR:Alg =

цикла приходится восемь положительных зарядов

1:8. При последующем добавлении Alg электро-

четырех виологеновых групп, а каждое мономер-

проводность смешанных растворов идентична

ное звено Alg содержит по одной ацетатной группе

электропроводности растворам индивидуального

(схема 1). Метод турбидиметрического титрова-

полимера, что указывает на появлении свободных

ния также показал, что добавление одного компо-

молекул полимера, не участвующих во взаимо-

Рис. 3. Зависимость удельной электропроводности (а) и рН (б) от концентрации Alg для смешанной системы VR-Alg (1) и

индивидуального раствора Alg (2) при фиксированной концентрации VR (0.01 мМ.) при 25°С.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 93 № 5 2023

СУПР

АМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИСТЕМЫ

805

Рис. 4. Зависимость размера (а) и дзета-потенциала (б) частиц в смешанной системе VR-Alg от концентрации Alg при

фиксированной концентрации VR 0.01 мМ. при 25°С. 1 - свежеприготовленный образец, 2 - через 1 сут, 3 - через 7 сут,

4 - через 14 сут.

действии с виологеновым каликс[4]резорцином в

35 нм. Однако максимум значений гидродинамиче-

растворе.

ского диаметра наблюдается не при соотношении

VR:Alg = 1:8, которое соответствует перезарядке

Индивидуальный раствор 0.01 мМ. VR обла-

системы (рис. 4б), а при 50-80-кратном избытке

дает рН 6.77, а индивидуальный раствор Alg име-

полимера, что коррелирует с возрастанием мутно-

ет рН в нейтральной области, но добавление по-

сти в этом концентрационном диапазоне (рис. 2).

лимера к 0.01 мМ. VR приводит к снижению рН

Размер агрегатов в этих смешанных растворах в

с минимумом, наблюдаемым при соотношении

основном составляет 100-150 нм, но в то же вре-

VR:Alg = 1:8 (рис. 3б). Предполагаемой причиной

мя присутствует небольшая доля более крупных

снижения рН в этом концентрационном диапазоне

частиц с гидродинамическим диаметром 300-600

является то, что равновесное состояние нейтраль-

нм (рис. S1, см. Дополнительные материалы). Воз-

ной и анионной форм слабых α-L-глюкуроновой

можной причиной образования последних являет-

и β-D-маннуроновой кислот при взаимодействии

ся то, что вновь добавляемый полимер «склеивает»

с виологеновым каликс[4]резорцином сдвигается

агрегаты, образовавшиеся ранее, в более крупные

в сторону образования анионов. При дальнейшем

структуры. За одни сутки хранения при комнат-

увеличении избытка полимера значение рН воз-

ной температуре размер частиц, формируемых в

растает и приближается к нейтральному значению

растворах до достижения соотношения VR:Alg =

рН индивидуального полимера.

1:16, практически не изменяются, а в растворах

Формирование агрегатов в смешанном раство-

с 20-80-кратным избытком Alg происходит не-

ре было исследовано методом динамического рас-

монотонное изменение размеров. За две недели

сеяния света (ДРС) (рис. 4, S1, см. Дополнитель-

хранения наиболее стабильные частицы, сохра-

ные материалы). В индивидуальном растворе VR

няющие значения гидродинамического диаметра,

с концентрацией

0.01 мМ. наблюдаются только

наблюдались в растворах с избытком полимера в

неагрегированные молекулы, а образование агре-

диапазоне соотношений VR-Alg от 1:2 до 1:10. В

гатов начинается, когда концентрация Alg в сме-

течение этого срока значения дзета-потенциала

си превышает 0.01 мМ. (рис. 4а). При 8-кратном

данных растворов претерпевали незначительные

избытке Alg размер агрегатов составляет около

изменения.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 93 № 5 2023

806

КАШАПОВ и др.

Рис. 5. Изображение ПЭМ для агрегатов, образованных в водной среде VR:Alg = 1:1 (а) и VR:Alg = 1:20 (б).

Убедившись с помощью ДРС в том, что добав-

блюдается как для индивидуального амфифильно-

ление VR в водный раствор Alg приводит к фор-

го раствора виологена [51], так и для смешанных

мированию совместных агрегатов, для смешан-

агрегатов с сульфокаликс[4]ареном [52].

ных систем с соотношением VR:Alg = 1:1 (рис.

Измерение дзета-потенциала частиц в раство-

5а) и 1:20 (рис. 5б) были получены микрофотогра-

рах VR-Alg проводили методом электрофоре-

фии просвечивающей электронной микроскопии

тического рассеяния света. В смеси с избытком

(ПЭМ). На данных фотографиях видно наличие

VR наблюдается положительное значение дзе-

несферических агрегатов, размер которых воз-

та-потенциала, обусловленное присутствием ви-

растает при увеличении доли полимера, что со-

ологеновых групп макроцикла. Добавление пер-

относится с данными ДРС. Несферическая форма

вых порций Alg к постоянному количеству VR

агрегатов может свидетельствовать об образова-

(0.01 мМ.) до достижения соотношения 1:7 незна-

нии супрамолекулярных полимеров как в случае

чительно влияет на положительное значение дзе-

формирования комплексов каликс[4]арена с солью

та-потенциала агрегатов (рис. 4б) несмотря на то,

виологена [50]. Однако метод ДРС выявил нали-

что в этом диапазоне соотношений уже наблюда-

чие одномодального распределения частиц для эк-

ется формирование агрегатов и появление мутно-

вимолярной смеси и бимодального распределения

сти (рис. 1а). Затем с увеличением доли Alg наблю-

для смеси с избытком Alg с хорошими корреляци-

дается резкая перезарядка смешанной системы, и

онными функциями и низкими значениями индек-

при соотношении VR:Alg = 1:8 дзета-потенциал

са полидисперсности, что свидетельствует о нали-

частиц составляет уже -29 мВ. При последующем

чии в растворе однородных сферических частиц.

увеличении концентрации полимера значение дзе-

На полученных микрофотографиях также иденти-

та-потенциала постепенно снижается в сторону

фицируется небольшое количество сферических

отрицательных значений, что обусловлено избыт-

частиц, поэтому не стоить исключать их образо-

ком отрицательно заряженных ацетатных групп

вание в растворе. Преобладание удлиненных агре-

Alg. Таким образом, комплексом физико-химиче-

гатов на изображениях ПЭМ обусловлено тем, что

ских методов показано то, что в супрамолекуляр-

удаление растворителя во время пробоподготовки

ных системах на основе VR и Alg формируются

изменяет реальные концентрации компонентов.

наночастицы за счет межмолекулярных электро-

статических взаимодействий.

Уменьшение содержания воды в образце сопрово-

ждается дегидратацией полярных групп молекул и

Наночастицы на основе VR-Alg были проте-

сближением агрегатов. Аналогичный эффект на-

стированы в качестве солюбилизаторов биологи-

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 93 № 5 2023

СУПР

АМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИСТЕМЫ

807

Рис. 6. Солюбилизация кверцетина в растворах Alg (1) и 0.01 мМ. VR-Alg (2, а), VR (1) и 0.1 мМ. Alg-VR (2, б) при 25°С.

чески активных субстратов. В качестве одного из

В отличие от кверцетина другой липофильный

них был использован гидрофобный антиоксидант

субстрат, олеиновая кислота, не имеет характери-

кверцетин. Кверцетин может связываться с инди-

стических полос поглощения и не флуоресцирует,

видуальным макроциклом в водной среде даже

поэтому было исследовано влияние олеиновой

при концентрациях макроцикла ниже ККА не

кислоты на интенсивность полосы поглощения

только за счет солюбилизации в гидрофобной об-

при 264 нм, относящейся к вVR в составе смеси с

ласти агрегатов VR, но также благодаря взаимо-

Alg при различных соотношениях VR-Alg. Добав-

действию с виологеновыми группами [47]. В ряде

ление олеиновой кислоты к макроциклу снижает

опубликованных работ было показано, что квер-

интенсивность его поглощения при 264 нм. Были

цетин может инкапсулироваться в наночастицы

исследованы три смешанных системы VR-Alg с

на основе Alg за счет водородных связей [53, 54].

соотношением компонентов 1:1, 1:8 и 1:50 (рис. 7,

Тем не менее проведенный нами эксперимент по-

S3, см. Дополнительные материалы). Для систем

казал, что количество субстрата, связываемого ин-

с избытком Alg влияние олеиновой кислоты на

дивидуальным Alg, очень мало, что указывает на

интенсивность полосы поглощения макроцикла

отсутствие гидрофобных доменов в структуре по-

очень слабое, и наибольшее влияние олеиновой

лимера вследствие его малой концентрации (рис.

кислоты наблюдается на эквимолярную смесь,

6а, S2, см. Дополнительные материалы). Было по-

причем поглощение снижается при добавлении

казано, что присутствие Alg в смеси 0.01 мМ. VR-

олеиновой кислоты так же, как и в случае инди-

Alg приводит к увеличению солюбилизационней

видуального VR. Вероятно, основным фактором,

емкости (рис. 6а), что свидетельствует об увели-

обусловливающим возможность взаимодействия

ченном объеме гидрофобного домена смешанных

олеиновой кислоты и VR в составе комплекса c

систем по сравнению с агрегатами на основе ин-

Alg, являются положительный дзета-потенциал

дивидуального макроцикла. При сравнении солю-

совместных агрегатов, способствующий взаимо-

билизационной емкости индивидуального VR и

действию с карбоксильной группой олеиновой

смеси с постоянной долей Alg (0.1 мМ.) наблюда-

кислоты, и наличие гидрофобных доменов, фор-

мируемых н-додецильными группами VR (рис. 5а).

ется незначительное увеличение количества рас-

творенного кверцетина в смеси, но после дости-

После проведения исследования супрамолеку-

жения эквимолярного соотношения компонентов

лярной системы на основе VR и Alg обширным ком-

солюбилизация флавоноида в этой смеси иден-

плексом физико-химических методов были подго-

тична наблюдаемой в индивидуальном растворе

товлены образцы для скрининга биологических

(рис. 6б).

свойств. Водные растворы индивидуальных квер-

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 93 № 5 2023

808

КАШАПОВ и др.

нове эквимолярного комплекса не оказывает

существенного влияния на проявление цитотокси-

ческого действия, за исключением случая инкапсу-

лированной олеиновой кислоты по отношению к

Chang liver. Небольшое усиление клеточной ток-

сичности в данном случае, согласно литературным

данным, может быть обусловлено способностью

олеиновой кислоты увеличивать продукцию АТФ

и одновременно расширять митохондрии [55].

Таким образом, изучена агрегация Alg в сме-

шанной системе VR-Alg в водной среде. Благодаря

электростатическим взаимодействиям между вио-

логеновыми группами VR и ацетатными группами

Alg самопроизвольно формируются функциональ-

Рис. 7. Зависимость поглощения при 264 нм в водных

ные наночастицы без использования органических

растворах индивидуального раствора VR и смесей

растворителей, температурного и ультразвукового

VR-Alg с различными соотношениями компонентов

от концентрации олеиновой кислоты (l 10 мм, 25°С).

воздействия. Размер и свойства данных частиц

1 - 0.01 мМ. VR-OK, 2 - 0.01 мМ. VR-0.01 мМ.

зависят от соотношения компонентов в системе,

Alg-OK, 3 - 0.01 мМ. VR-0.08 мМ. Alg-OK, 4 -

прежде всего, от соотношения их зарядов. Полу-

0.01 мМ. VR-0.50 мМ. Alg-OK.

ченные наночастицы способны инкапсулировать

липофильные биологически активные вещества и

значительно улучшать их растворимость в воде и,

цетина и олеиновой кислоты были приготовлены

как следствие, биодоступность. Возможность ре-

с использованием 2%-ного этанола и обладали по-

гулировать физико-химические свойства агрегатов

ниженным индексом селективности, которое рас-

на основе VR-Alg, контролируя соотношение ком-

считывается как отношение значения концентра-

понентов, предлагает путь к рациональному полу-

ции, вызывающей гибель 50% нормальных клеток

чению биосовместимых композиций, способных

Chang liver (IC₅₀), к значению IC₅₀для опухолевых

повысить растворимость липофильных биологи-

клеток М-HeLa. Индивидуальный Alg не цитоток-

чески активных веществ в водных растворах.

сичен, а его эквимолярный комплекс с VR проявля-

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ет цитотоксическое действие c небольшой селек-

тивностью по отношению к опухолевым клеткам

Подробности синтеза VR описаны в работе

(табл. 1). Наличие гидрофобных субстратов (квер-

[47]. Альгинат натрия (Acros Organics), кверцетин

цетина и олеиновой кислоты) в агрегатах на ос-

(95%, Acros Organics) и олеиновую кислоту (99%,

Таблица 1. Цитотоксичность индивидуальных растворов Alg, кверцетина и олеиновой кислоты, эквимолярной

системы VR-Alg в отсутствие и в присутствии солюбилизированных субстратов кверцетина и ОК, а также значения

индекса селективности (ИС)

IC₅₀(Alg), мМ.

Композиция

ИС

M-HeLa

Chang liver

Alg

>0.05

Кверцетин

0.07±0.006

0.03±0.001

0.42

Oлеиновая кислота

0.33±0.2

0.22±0.1

0.66

VR-Alg

0.046±0.004

0.051±0.004

1.11

VR-Alg-кверцетин

0.048±0.003

0.05±0.004

1.04

VR-Alg-олеиновая кислота

0.048±0.003

0.036±0.002

0.75

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 93 № 5 2023

СУПР

АМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИСТЕМЫ

809

Alfa Aesar) использовали без дополнительной

точной пролиферации - МТТ-теста [56]. Клетки

очистки. Растворы готовили в деионизированной

высевали на 96-луночный планшет фирмы Nunc

воде (18.2 MΩ), полученной на системе очистки

в концентрации 5×10³ клеток на лунку в объеме

воды Millipore Direct-Q 5 UV (Molsheim, Фран-

100 мкл среды и культивировали в СО₂-инкубато-

ция). Растворы полимера и макроцикла готовили

ре при 37°С до образования монослоя. Затем пи-

путем растворения твердой навески вещества в

тательную среду удаляли, и в лунки вносили по

определенном объеме воды при перемешивании

100 мкл растворов испытуемых образцов в за-

на магнитной мешалке в течение 30 мин. Сме-

данных разведениях, которые готовили непо-

шанные растворы VR-Alg готовили простым сме-

средственно в питательной среде. Через 24 ч ин-

шиванием различных объемов исходных водных

кубации клеток с тестируемыми соединениями

растворов полимера и макроцикла в определенном

питательную среду удаляли с планшетов, добавляли

соотношении.

100 мкл питательной среды без сыворотки с МТТ

Для определения электропроводности исполь-

в концентрации 0.5 мг/мл и инкубировали 4 ч при

зовался кондуктометр InoLab Cond 720 (WTW

37°С. Затем в каждую лунку к кристаллам фор-

GmbH, Германия), оснащенный графитовым элек-

мазана добавляли по 100 мкл ДМСО. Оптиче-

тродом. Для измерения рН растворов использовали

скую плотность регистрировали при длине волны

рН-метр HI 2110 (Hanna Instruments, США). Все из-

540 нм на планшетном-ридере Invitrologic (Рос-

мерения проводили при 25°C, повторяли не менее

сия). Значения IC₅₀ были рассчитаны с использо-

трех раз и определяли среднее значение. Размеры

ванием онлайн-калькулятора MLA - Quest Graph™

частиц и их дзета-потенциал измеряли на анали-

IC50 Calculator AAT Bioquest, Inc. (AAT Bioquest

заторе частиц Zetasizer Nano (Malvern Instruments,

Inc. Quest Graph™ IC₅₀ Calculator https://www.

Великобритания). Спектры поглощения измеряли

aatbio.com/tools/ic50-calculator).

Эксперименты

в кварцевых кюветах толщиной 1 и 10 мм с помо-

были повторены трижды, и результаты представ-

щью спектрофотометра Specord 250 Plus (Analytic

лены как среднее значение ± стандартное отклоне-

Jena, Германия) при 25 °C. Изображения ПЭМ по-

ние. Эксперименты с животными не проводились.

лучали с помощью просвечивающего электронно-

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

го микроскопа Hitachi HT7800 (Hitachi, Япония).

Микроскоп работал при ускоряющем напряжении

Кашапов Руслан Равилевич, ORCID: https://

80 кВ. Перед съемкой 5 мкл раствора помещали на

orcid.org/0000-0002-8019-353X

покрытую формваром медную сетку диаметром

Разуваева Юлия Сергеевна, ORCID: https://

3 мм, после чего высушивали при комнатной тем-

orcid.org/0000-0003-1417-7416

пературе в течение 24 ч.

Зиганшина Альбина Юлдузовна, ORCID:

Для экспериментов по цитотоксичности ис-

https://orcid.org/0000-0003-4507-9923

пользовали культуру опухолевых клеток М-HeLa

Сапунова Анастасия Сергеевна, ORCID: https://

клон 11 (эпителиоидный рак шейки матки, субли-

orcid.org/0000-0002-4355-1430

ния HeLa, клон М-HeLa из коллекции Института

Волошина Александра Дмитриевна, ORCID:

цитологии РАН (Санкт-Петербург) и линию кле-

https://orcid.org/0000-0002-3540-8554

ток печени человека (Chang liver) из коллекции На-

учно-исследовательском институте вирусологии

Сальников Вадим Владимирович, ORCID:

РАМН (Москва). Клетки культивировали на стан-

https://orcid.org/0000-0002-2367-672X

дартной питательной среде Игла, изготовленной в

Захарова Люция Ярулловна, ORCID: https://

Институте полиомиелита и вирусных энцефали-

orcid.org/0000-0002-2981-445X

тов им. М.П. Чумакова РАН (компания «ПанЭко»),

ФИНАНСОВАЯ ПОДДЕРЖКА

с добавлением 10% эмбриональной телячьей сы-

воротки и 1% незаменимых аминокислот.

Работа выполнена при финансовой поддерж-

Цитотоксическое действие на клетки опреде-

ке Российского научного фонда (грант № 22-73-

ляли с помощью колориметрического метода кле-

10050).

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 93 № 5 2023

810

КАШАПОВ и др.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Wong M. // Biomater. Sci. 2017. Vol. 5. P. 1756. doi

10.1039/c7bm00341b

Л.Я. Захарова является членом редколлегии

15.

Dang W., Wang Y., Chen W.C., Ju E., Mintz R.L., Teng Y.,

Журнала общей химии. Остальные авторы заявля-

Zhu L., Wang K., Lv S., Chan H.F., Tao Y., Li M. // ACS

ют об отсутствии конфликта интересов

Appl. Mater. Interfaces. 2023. Vol. 15. P. 4911. doi

10.1021/acsami.2c18494

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

16.

Biopolymer Membranes and Films / Eds M.A. de

Moraes, C.F. da Silva, R.S. Vieira. New York: Elsevier,

Дополнительные материалы для этой статьи

2020. P. 273.

доступны по doi

10.31857/S0044460X23050153

17.

Eroǧlu M., Kurşaklioǧlu H., Misirli Y., Iyisoy A., Acar A.,

для авторизованных пользователей.

Işin Doǧan A., Denkba E.B. // J. Microencapsul. 2006.

Vol. 23. P. 367. doi 10.1080/02652040500286318

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

18.

Lawrie G., Keen I., Drew B., Chandler-Temple A.,

Rintoul L., Fredericks P., Grøndahl L.

/ /

Kashapov R., Gaynanova G., Gabdrakhmanov D.,

Biomacromolecules. 2007. Vol. 8. P. 2533. doi 10.1021/

Kuznetsov D., Pavlov R., Petrov K., Zakharova L.,

bm070014y

Sinyashin O. // Int. J. Mol. Sci. 2020. Vol. 21. P. 6961.

19.

Yoncheva K., Tzankov B., Yordanov Y., Spassova I.,

doi 10.3390/ijms21186961

Polymer-Surfactant Systems / Ed. J.C.T. Kwak. New

Kovacheva D., Frosini M., Valoti M., Tzankova V. // J.

York: CRC Press, 2020. 500 p.

Drug. Deliv. Sci. Technol. 2020. Vol. 59. P. 101870. doi

10.1016/j.jddst.2020.101870

Chavanpatil M.D., Khdair A., Panyam J. // Pharm. Res.

2007. Vol. 24. P. 803. doi 10.1007/s11095-006-9203-2

20.

Azumah J., Smistad G., Hiorth M. // Colloids Surf.

Khan N., Brettmann, B. // Polymers. 2019. Vol. 11.

(A). 2022. Vol. 653. P. 129924. doi 10.1016/j.

P. 51. doi 10.3390/polym11010051

colsurfa.2022.129924

Lee K.Y., Mooney D.J. // Prog. Polym. Sci. 2012.

21.

Prabha G., Raj V. // Mater. Sci. Eng. (C). 2017. Vol. 79.

Vol. 37. P. 106. doi 10.1016/j.progpolymsci.2011.06.003

P. 410. doi 10.1016/j.msec.2017.04.075

Gurikov P., Smirnova I. // Gels. 2018. Vol. 4. P. 14. doi

22.

Maity S., Mukhopadhyay P., Kundu P.P., Chakra-

10.3390/gels4010014

borti A.S. // Carbohydr. Polym. 2017. Vol. 170. P.124.

Uyen N.T.T., Hamid Z.A.A., Tram N.X.T., Ahmad N. //

doi 10.1016/j.carbpol.2017.04.066

Int. J. Biol. Macromol. 2020. Vol. 153. P. 1035. doi

23.

Khan M.A., Yue C., Fang Z., Hu S., Cheng H.,

10.1016/j.ijbiomac.2019.10.233

Bakry A.M., Liang L. // J. Food Eng. 2019. Vol. 258.

Massana Roquero D., Bollella P., Katz E., Melman A. //

P. 45. doi 10.1016/j.jfoodeng.2019.04.010

ACS Appl. Polym. Mater. 2021. Vol. 3. P. 1499. doi

24.

Ayaz F., Alas M.O., Genc R. // Inflammation. 2020.

10.1021/acsapm.0c01358

Vol. 43. P. 777. doi 10.1007/s10753-019-01165-0

Abasalizadeh F., Moghaddam S.V., Alizadeh E.,

25.

Guzmán E., Llamas S., Maestro A., Fernández-

Akbari E., Kashani E., Fazljou S.M.B., Torbati M.,

Peña L., Akanno A., Miller R., Ortega F., Rubio R.G. //

Akbarzadeh A. // J. Biol. Eng. 2020. Vol. 14. P. 17. doi

Adv. Colloid. Interface Sci. 2016. Vol. 233. P. 38. doi:

10.1186/s13036-020-00239-0

10.1016/j.cis.2015.11.001

10.

Sabater I Serra R., Molina-Mateo J., Torregrosa-

26.

Holmberg K., Jönsson B., Kronberg B., Lindman B.

Cabanilles C., Andrio-Balado A., Dueñas J.M.M.,

Surfactants and Polymers in Aqueous Solutions.

Serrano-Aroca Á. // Polymers. 2020. Vol. 12. P. 702.

Chichester: Wiley, 2002. 545 p.

doi 10.3390/polym12030702

27.

Mirtič J., Paudel A., Laggner P., Hudoklin S.,

11.

Straccia M.C., D’Ayala G.G., Romano I., Laurienzo P. //

Kreft M.E., Kristl J. // Int. J. Pharm. 2020. Vol. 580.

Carbohydr. Polym. 2015. Vol. 125. P. 103. doi 10.1016/j.

P. 119199. doi 10.1016/j.ijpharm.2020.119199

carbpol.2015.03.010

28.

Somasundaran P., Chakraborty S., Qiang Q., Deo P.,

12.

Li S., Wang X., Chen J., Guo J., Yuan M., Wan G., Yan C.,

Wang J., Zhang R. // Int. J. Cosmet. Sci. 2005. Vol. 27.

Li W., Machens H.G., Rinkevich Y., Yang X., Song H.,

P. 135. doi 10.1111/j.1467-2494.2005.00257_2.x

Chen Z. // Int. J. Biol. Macromol. 2022. Vol. 202.P. 657.

29.

Llamas S., Guzmán E., Ortega F., Baghdadli N.,

doi 10.1016/j.ijbiomac.2022.01.080

Cazeneuve C., Rubio R.G., Luengo G.S. // Adv. Colloid.

13.

Pasparakis G., Bouropoulos N. // Int. J. Pharm. 2006

Interface Sci. 2015. Vol. 222. P. 461.

Vol. 323. P. 34. doi 10.1016/j.ijpharm.2006.05.054

30.

Zhao L., Wang J., Zhang X., Guo X., Chen L., Zhang

14.

Kerschenmeyer A., Arlov Ø., Malheiro V., Steinwachs M.,

A., Cao K., Li J. // J. Pet. Explor. Prod. Technol. 2022.

Rottmar M., Maniura-Weber K., Palazzolo G., Zenobi-

Vol. 13. P. 853. doi 10.1007/s13202-022-01564-4

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 93 № 5 2023

СУПР

АМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИСТЕМЫ

811

31.

Wu Q., Ding L., Zhang L., Ge J., Rahman M.A.,

45.

Carvalho C., Moreira P.I. // Curr. Opin. Neurobiol. 2023.

Economou I.G., Guérillot D. // Energy. 2023. Vol. 264.

Vol. 79. P. 102694. doi 10.1016/j.conb.2023.102694

P. 126256. doi 10.1016/j.energy.2022.126256

46.

Hazra R., Novelli E.M., Hu X. // CNS Neurosci. Ther.

32.

Kralova I., Sjöblom J. // J. Dispers. Sci. Technol. 2009.

2023. Vol. 29. P. 783. doi 10.1111/cns.14068

Vol. 30. P. 1363. doi 10.1080/01932690902735561

47.

Kashapov R., Razuvayeva Y., Ziganshina A., Sapunova A.,

33.

Handbook of Nutraceuticals and Natural Products:

Lyubina A., Amerhanova S., Kulik N., Voloshina A.,

Biological, Medicinal, and Nutritional Properties and

Nizameev I., Salnikov V., Zakharova L. // J. Mol.

Applications / Eds P. Balakrishnan, S. Gopi. Hoboken:

Liq. 2022. Vol. 345. P. 117801. doi 10.1016/j.

Wiley, 2022. P. 363.

molliq.2021.117801

34.

Mirtič J., Ilaš J., Kristl J. // Carbohydr. Polym. 2018.

48.

Kashapova N.E., Kashapov R.R., Ziganshina A.Y.,

Vol. 181. P. 93. doi 10.1016/j.carbpol.2017.10.040

Nikitin D.O., Semina I.I., Salnikov V.V., Khutoryan-

35.

Yang J., Chen S., Fang Y. // Carbohydr. Polym. 2009.

skiy V. V., Moustafine R.I., Zakharova L.Y. //

Vol. 75. P. 333. doi 10.1016/j.carbpol.2008.07.037

Pharmaceutics. 2023. Vol. 15. P. 921. doi 10.3390/

36.

Degen P., Paulus M., Zwar E., Jakobi V., Dogan S.,

pharmaceutics15030921

Tolan M., Rehage H. // Surf. Interface. Anal. 2019.

49.

Kashapov R., Razuvayeva Y., Ziganshina A., Lyubina A.,

Vol. 51. P. 1051. doi 10.1002/sia.6691

Amerhanova S., Sapunova A., Voloshina A.,

37.

Neumann M.G., Schmitt C.C., Iamazaki E.T. //

Carbohydr. Res. 2003. Vol. 338. P. 1109. doi 10.1016/

Nizameev I., Salnikov V., Zakharova L. // Colloids

S0008-6215(03)00051-X

Surf. (A). 2022. Vol. 648. P. 129330. doi 10.1016/j.

38.

Hoque M.A., Mahbub S., Khan M.A., Eldesoky G.E.

colsurfa.2022.129330

// J. Dispers. Sci. Technol. 2022. Vol. 43. P. 1039. doi

50.

Pescatori L., Arduini A., Pochini A., Secchi A.,

10.1080/01932691.2020.1847661

Massera C., Ugozzoli F. // Org. Biomol. Chem. 2009.

39.

Morozova J.E., Myaldzina C.R., Voloshina A.D.,

Vol. 7. P. 3698. doi 10.1039/B906409E

Lyubina A.P., Amerhanova S.K., Syakaev V.V.,

51.

Lv Z.-P., Chen B., Wang H.-Y., Wu Y., Zuo J.-L. // Small.

Ziganshina A.Yu., Antipin I.S. // Colloids Surf. (A). 2022.

2015. Vol. 11. P. 3597. doi 10.1002/smll.201500090

Vol. 642. P. 128622. doi 10.1016/j.colsurfa.2022.128622

52.

Wang K., Guo D.-S., Wang X., Liu Y. // ACS Nano. 2011.

40.

Mirtič J., Kogej K., Baumgartner S., Smistad G.,

Vol. 5. P. 2880. doi 10.1021/nn1034873

Kristl J., Hiorth M. // Int. J. Pharm. 2016. Vol. 511.

53.

Chen Y.-B., Zhang Y.-B., Wang Y.-L., Kaur P.,

P. 774. doi 10.1016/j.ijpharm.2016.07.065

Yang B.-G., Zhu Y., Ye L., Cui Y.L. // J. Nanobiotechnol.

41.

Ahmady A.R., Solouk A., Saber-Samandari S.,

2022. Vol. 20. P. 272. doi 10.1186/s12951-022-01452-3

Akbari S., Ghanbari H., Brycki B.E. // J. Colloid.

54.

Qi Y., Jiang M., Cui Y.L., Zhao L., Zhou X. // Nanoscale

Interface. Sci. 2023. Vol, 638. P. 616. doi 10.1016/j.

Res. Lett. 2015. Vol. 10. P. 408. doi 10.1186/s11671-

jcis.2023.01.139

015-1117-7

42.

Zhao G., Cao K., Xu C., Sun A., Lu W., Zheng Y., Li H.,

55.

Park E.-J., Lee A.Y., Chang S.-H., Yu K.-N., Kim J.-H.,

Hong G.L., Wu B., Qiu Q.M., Lu Z. // Int. J. Biol. Sci.

Cho M.-H. // Toxicol. Lett. 2014. Vol. 224. P. 114. doi

2017. Vol. 13, P. 888. doi 10.7150/ijbs.18468

10.1016/j.toxlet.2013.09.018

43.

Liu A.-R., Lv Z., Yan Z.-W., Wu X.-Y., Yan L.-R.,

Sun L.-P., Yuan Y., Xu Q. // J. Transl. Med. 2023.

56.

Smolobochkin A.V., Gazizov A.S., Yakhshilikova

Vol. 21. P. 27. doi 10.1186/s12967-023-03878-1

L.J., Bekrenev D.D., Burilov A.R., Pudovik M.A.,

44.

Yu X., Yang Y., Chen T., Wang Y., Guo T., Liu Y., Li H.,

Lyubina A.P., Amerhanova S. K., Voloshina A.D. //

Yang L. // Front. Cell. Dev. Biol. 2023. Vol. 11.

Chem. Biodiversity. 2022. Vol. 19. P. e202100970. doi

P. 1075917. doi 10.3389/fcell.2023.1075917

10.1002/cbdv.202100970

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 93 № 5 2023

812

КАШАПОВ и др.

Supramolecular Systems Based on Sodium Alginate

and Viologen Calyx[4]resorcinol for Encapsulation

of Hydrophobic Compounds

R. R. Kashapova,*, Yu. S. Razuvaeva^a, A. Yu. Ziganshina^a, A. S. Sapunova^a,

A. D. Voloshina^a, V. V. Salnikov^b, and L. Ya. Zakharova^a

^a A.E. Arbuzov Institute of Organic and Physical Chemistry, Federal Research Center

“Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”, Kazan, 420088 Russia

^b Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Federal Research Center

“Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”, Kazan, 420111 Russia

*e-mail: kashapov@iopc.ru

Received April 14, 2023; revised April 14, 2023; accepted April 17, 2023

The work is devoted to the study of a supramolecular system based on viologen calix[4]resorcinol and sodium

alginate in an aqueous medium using a set of physicochemical methods. It was established that sodium alginate

and viologen calix[4]resorcinol form stable nanoparticles capable of encapsulating hydrophobic biologically

active substances in the range of macrocycle:polymer concentration ratios from 1:2 to 1:10. The study of the

cytotoxic properties of these nanoparticles in the presence of encapsulated substrates showed an increase in

the selectivity of the action of quercetin and oleic acid against M-HeLa tumor cells by 2.47 and 1.14 times,

respectively.

Keywords: calixarene, polymer, self-assembly, complexation, solubilization, cytotoxicity

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 93 № 5 2023