1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Коллоидный журнал
  4. T. 85, № 5, 2023

Коллоидный журнал, 2023, T. 85, № 5, стр. 619-628

Наноэмульсии и твердые липидные наночастицы с инкапсулированным доксорубицином и тимохиноном

Е. В. Мищенко 1, *, А. М. Гилёва 2, Е. А. Марквичева 2, М. Ю. Королева 1, **

1 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
125047 Москва, Миусская пл., д. 9, Россия

2 Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
117997 Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 16/10, Россия

* E-mail: mishchenkoek@list.ru
** E-mail: m.yu.kor@gmail.com

Поступила в редакцию 06.07.2023
После доработки 30.07.2023
Принята к публикации 04.08.2023

Аннотация

Наноэмульсии (НЭ) и твердые липидные наночастицы (ТЛН) являются перспективными системами доставки лекарственных соединений. В данной работе были исследованы НЭ из парафинового масла и ТЛН из стеариновой кислоты, стабилизированные Tween 60 и Span 60. НЭ со средним диаметром капель ~50 нм и суспензии ТЛН со средним размером ~30 нм были устойчивы к агрегации более 90 сут. Скорость проникновения липидных частиц в раковые клетки (С6 и MCF-7) зависела от их размера. Липидные наночастицы размером ~50 нм через 1 ч инкубирования проникали внутрь клеток, распределялись в их внутреннем пространстве и концентрировались в ядрах. Цитотоксичность нагруженных доксорубицином или тимохиноном НЭ и ТЛН была выше, чем у данных лекарственных соединений в индивидуальном виде в отношении клеточных линий MCF-7 и HTC 116. При этом ненагруженные НЭ и ТЛН проявляли низкую цитотоксичность. Полученные результаты демонстрируют перспективность использования НЭ с парафиновым маслом и ТЛН из стеариновой кислоты в качестве носителей липофильных и амфифильных лекарственных соединений, в том числе доксорубицина и тимохинона. Накопление липидных наночастиц размером менее 100 нм в ядрах клеток является преимуществом таких систем при доставке противораковых лекарственных соединений, т.к. это будет приводить к остановке репликации ДНК и последующему апоптозу клеток.

Ключевые слова: твердые липидные наночастицы, наноэмульсии, доставка лекарственных соединений, тимохинон, доксорубицин

Список литературы

  1. McClements D.J., Decker E.A., Weiss J. Emulsion-based delivery systems for lipophilic bioactive components // J. Food Sci. 2007. V. 72. № 8. P. 109–124. https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2007.00507.x

  2. Salah E., Abouelfetouh M.M., Pan Y., Chen D., Xie S. Solid lipid nanoparticles for enhanced oral absorption: A review // Colloids Surf. B. 2020. V. 196. 111305. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2020.111305

  3. Koroleva M.Y., Yurtov E.V. Nanoemulsions: The properties, methods of preparation and promising applications // Russ. Chem. Rev. 2012. V. 81. № 1. P. 21–43. https://doi.org/10.1070/RC2012v081n01ABEH004219

  4. Koroleva M., Nagovitsina T., Yurtov E. Nanoemulsions stabilized by non-ionic surfactants: Stability and degradation mechanisms // PCCP. 2018. V. 20. P. 10369–10377. https://doi.org/10.1039/C7CP07626F

  5. Mirgorodskaya A.B., Koroleva M.Y., Kushnazarova R.A., Mishchenko E.V., Petrov K.A., Lenina O.A., Vyshtakalyuk A.B., Voloshina A.D., Zakharova L.Y. Microemulsions and nanoemulsions modified with cationic surfactants for improving the solubility and therapeutic efficacy of loaded drug indomethacin // Nanotechnology. 2022. V. 33. 155103. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac467d

  6. Koroleva M., Portnaya I., Mischenko E., Abutbul-Ionita I., Kolik-Shmuel L., Danino D. Solid lipid nanoparticles and nanoemulsions with solid shell: Physical and thermal stability // J. Colloid Interface Sci. 2022. V. 610. № 3. P. 61–69. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.12.010

  7. Мищенко Е.В., Тимофеева Е.Е., Артамонов А.С., Портная И.Б., Королева М.Ю. Наноэмульсии и нанокапсулы с олеиновой кислотой // Коллоид. журн. 2022. Т. 81. № 1. С. 67–73. https://doi.org/10.31857/S0023291222010086

  8. Koroleva M.Yu., Tokarev A.M., Yurtov E.V. Simulations of emulsion stabilization by silica nanoparticles // Mendeleev Communications. 2017. V. 27. № 5. P. 518–520. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2017.09.030

  9. O’Shaughnessy J.A. Pegylated liposomal doxorubicin in the treatment of breast cancer // Clin. Breast Cancer. 2003. V. 4. P. 318−328. https://doi.org/10.3816/cbc.2003.n.037

  10. Perez A.T., Domenech G.H., Frankel C., Vogel C.L. Pegylated liposomal doxorubicin (Doxil) for metastatic breast cancer: the Cancer Research Network, Inc., experience // Cancer Invest. 2002. V. 20. P. 22–29. https://doi.org/10.1081/cnv-120014883

  11. Symon Z., Peyser A., Tzemach D., Lyass O., Sucher E., Shezen E., Gabizon A. Selective delivery of doxorubicin to patients with breast carcinoma metastases by stealth liposomes // Cancer. 1999. V. 86. P. 72–78.

  12. Ballout F., Habli Z., Rahal O.N., Fatfat M., Gali-Muhtasib H. Thymoquinone-based nanotechnology for cancer therapy // Drug Discov. Today. 2018. V. 23. № 5. P. 1089–1098. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2018.01.043

  13. Salem A.A., El Haty I.A., Abdou I.M., Mu Y. Interaction of human telomeric G-quadruplex DNA with thymoquinone: A possible mechanism for thymoquinone anticancer effect // Biochimica Biophysica Acta. 2015. V. 1850. № 2. P. 329–342. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2014.10.018

  14. Alaaeldin E., Mostafa M., Mansour H.F., Soliman G.M. Spanlastics as an efficient delivery system for the enhancement of thymoquinone anticancer efficacy: Fabrication and cytotoxic studies against breast cancer cell lines // J. Drug Delivery Sci. Technol. 2021. V. 65. 102725. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2021.102725

  15. Afrose S.S., Junaid M., Akter Y., Tania M., Zheng M., Khan M. A. Targeting kinases with thymoquinone: a molecular approach to cancer therapeutics // Drug Discovery Today. 2020. V. 25. № 12. P. 2294–2306. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2020.07.019

  16. Fatfat M., Fakhoury I., Habli Z., Mismar R., Gali-Muhtasib, H. Thymoquinone enhances the anticancer activity of doxorubicin against adult T-cell leukemia in vitro and in vivo through ROS-dependent mechanisms // Life Sci. 2019. V. 232. P. 116628. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2019.116628

  17. Zheng G., Zheng M., Yang B., Fu H., Li Y. Improving breast cancer therapy using doxorubicin loaded solid lipid nanoparticles: Synthesis of a novel arginine-glycine-aspartic tripeptide conjugated, pH sensitive lipid and evaluation of the nanomedicine in vitro and in vivo // Biomed. Pharmacotherapy. 2019. V. 116. P. 109006. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2019.109006

  18. Ying X.Y., Cui D., Yu L., Du Y.Z. Solid lipid nanoparticles modified with chitosan oligosaccharides for the controlled release of doxorubicin // Carbohydrate Polym. 2011. V. 84. P. 1357–1364. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.01.037

  19. Jain A., Kesharwani P., Garg N.K., Jain A., Jain S.A., Jain A.K., Jain A.K., Nirbhavane P., Ghanghoria R., Tyagi R.K., Katare O.P. Galactose engineered solid lipid nanoparticles for targeted delivery of doxorubicin // Colloids Surf. B. 2015. V. 134. P. 47–58. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2015.06.027

  20. Subedi R.K., Kang K.W., Choi H.K. Preparation and characterization of solid lipid nanoparticles loaded with doxorubicin // Eur. J. Pharm. Sci. 2009. V. 37. № 3. P. 508–513. https://doi.org/10.1016/j.ejps.2009.04.008

  21. Oliveira M.S., Aryasomayajula B., Pattni B., Mussi S.V., Ferreira L.A.M., Torchilin V.P. Solid lipid nanoparticles co-loaded with doxorubicin and α-tocopherol succinate are effective against drug-resistant cancer cells in monolayer and 3-D spheroid cancer cell models // Int. J. Pharm. 2016. V. 512. № 1. P. 202–300. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2016.08.049

  22. Battaglia L., Gallarate M., Peira E., Chirio D., Muntoni E., Biasibetti E., Capucchio M.T., Valazza A., Panciani P.P., Lanotte M., Schiffer D., Annovazzi L., Caldera V., Mellai M., Riganti C. Solid lipid nanoparticles for potential doxorubicin delivery in glioblastoma treatment: Preliminary in vitro studies // J. Pharm. Sci. 2014. V. 103. № 7. P. 2157–2165. https://doi.org/10.1002/jps.24002

  23. Kuo Y.C., Lee I.H. Delivery of doxorubicin to glioblastoma multiforme in vitro using solid lipid nanoparticles with surface aprotinin and melanotransferrin antibody for enhanced chemotherapy // J. Taiwan Institute Chem. Eng, 2016. V. 61. P. 32–45. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2015.12.012

  24. Kuo Y.C., Liang C.T. Catanionic solid lipid nanoparticles carrying doxorubicin for inhibiting the growth of U87MG cells // Colloids Surf. B. V. 85. № 2. P. 131–137. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2011.02.011

  25. Miglietta A., Cavalli R., Bocca C., Gabriel L., Gasco R.M. Cellular uptake and cytotoxicity of solid lipid nanospheres (SLN) incorporating doxorubicin or paclitaxel // Int. J. Pharm. 2000. V. 210. № 1–2. P. 61–67. https://doi.org/10.1016/s0378-5173(00)00562-7

  26. Ramachandran S., Thangarajan S. A novel therapeutic application of solid lipid nanoparticles encapsulated thymoquinone (TQ-SLNs) on 3-nitroproponic acid induced Huntington’s disease-like symptoms in wistar rats // Chem. Biol. Interact. 2016. V. 256. P. 25–36. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2016.05.020

  27. Ali A., Ali S., Aqil M., Imam S.S., Ahad A., Qadir A. Thymoquinone loaded dermal lipid nano particles: Box Behnken design optimization to preclinical psoriasis assessment // J. Drug Delivery Sci. Technol. 2019. V. 52. P. 713–721. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2019.05.041

  28. Alam M., Zameer S., Najmi A.K., Ahmad F.J., Imam S.S., Akhtar M. Thymoquinone loaded solid lipid nanoparticles demonstrated antidepressant-like activity in rats via indoleamine 2,3-dioxygenase pathway // Drug Research. 2020. V. 70. № 5. P. 1131–7793. https://doi.org/10.1055/a-1131-7793

  29. Qizilbash F.F., Ashhar M.U., Zafar A., Qamar Z., Annu A.J., Baboota S., Ghoneim M.M. Alshehri S., Ali A. Thymoquinone-enriched naringenin-loaded nanostructured lipid carrier for brain delivery via nasal route: In vitro prospect and in vivo therapeutic efficacy for the treatment of depression // Pharm. 2022. V. 14. № 3. P. 656. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14030656

  30. Radwan M.F., El-Moselhy M.A., Alarif W.M., Orif M., Alruwaili N.K., Alhakamy N.A. Optimization of thymoquinone-loaded self-nanoemulsion for management of indomethacin-induced ulcer // Dose-Response. 2021. V. 19. № 1. 15593258211013655. https://doi.org/10.1177/15593258211013655

  31. Desai J., Thakkar H. Enhanced oral bioavailability and brain uptake of Darunavir using lipid nanoemulsion formulation // Colloids Surf. B. 2018. V. 175. P. 143–149. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2018.11.057

  32. Chawla J.S., Amiji M.M. Biodegradable poly(ε-caprolactone) nanoparticles for tumor-targeted delivery of tamoxifen // Int. J. Pharm. 2002. V. 249. № 1–2. P. 127–138. https://doi.org/10.1016/s0378-5173(02)00483-0

  33. Granja A., Nunes C., Sousa C.T., Reis S. Folate receptor-mediated delivery of mitoxantrone-loaded solid lipid nanoparticles to breast cancer cells // Biomed. Pharmacotherapy. 2022. V. 154. P. 113525. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2022.113525

  34. Parvez S., Karole A., Mudavath S.L. Transport mechanism of hydroxy-propyl-beta-cyclodextrin modified solid lipid nanoparticles across human epithelial cells for the oral absorption of antileishmanial drugs // BBA. 2022. V. 1866. № 8. P. 130157. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2022.130157

  35. Vighi E., Montanari M., Ruozi B., Tosi G., Magli A., Leo E. Nuclear localization of cationic solid lipid nanoparticles containing Protamine as transfection promoter // Eur. J. Pharm. Biopharm. 2010. V. 76. № 3. P. 384–393. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2010.07.012

  36. Gao Y., Cheng X., Wang Z., Wang J., Gao T., Li P., Kong M., Chen X. Transdermal delivery of 10,11-methylenedioxycamptothecin by hyaluronic acid based nanoemulsion for inhibition of keloid fibroblast // Carbohydr. Polym. 2014. V. 112. P. 376–386. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.05.026

  37. Periasamy V.S., Athinarayanan J., Alshatwi, A.A. Anticancer activity of an ultrasonic nanoemulsion formulation of Nigella sativa L. essential oil on human breast cancer cells // Ultrason. Sonochem. 2016. V. 31. P. 449–455. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2016.01.035

  38. Miyake M., Kakizawa Y., Tobori N., Kurioka M., Tabuchi N., Kon R., Shimokawa N., Tsujino, Y., Takagi M. Membrane permeation of giant unilamellar vesicles and corneal epithelial cells with lipophilic vitamin nanoemulsions // Colloids Surf. B. 2018. V. 169. P. 444–452. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2018.05.052

  39. Rodrigues G.B., Brancini G.T.P., Pinto M.R., Primo F.L., Wainwright M., Tedesco A.C., Braga G.Ú.L. Photodynamic inactivation of Candida albicans and Candida tropicalis with aluminum phthalocyanine chloride nanoemulsion // Fungal Biology. 2020. V. 124. № 5. P. 297–303. https://doi.org/10.1016/j.funbio.2019.08.004

  40. Izquierdo P., Feng J., Esquena J., Tadros T.F., Dederen J.C., Garcia M.J., Azemar N., Solans C. The influence of surfactant mixing ratio on nano-emulsion formation by the pit method // J. Colloid Interface Sci. 2005. V. 285. № 1. P. 388–394. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.10.047

  41. Joshi M.D., Muller R.H. Lipid nanoparticles for parenteral delivery of actives // Eur. J. Pharm. Biopharm. 2009. V. 71. № 2. P. 161–172. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2008.09.003

  42. Salmani J.M., Asghar S., Lv H., Zhou J. Aqueous solubility and degradation kinetics of the phytochemical anticancer thymoquinone; Probing the effects of solvents, pH and light // Molecules. 2014. V. 19. № 5. P. 5925–5939. https://doi.org/10.3390/molecules19055925

  43. Motaghed M., Al-Hassan F.M., Hamid, S.S. Cellular responses with thymoquinone treatment in human breast cancer cell line MCF-7 // Pharmacognosy Res. 2012. V. 5. № 3. P. 200–206. https://doi.org/10.4103/0974-8490.112428

  44. Parisi C., Moret F., Fraix A., Menilli L., Failla M., Sodano F., Conte C., Quaglia F., Reddi E., Sortino S. Doxorubicin–NO releaser molecular hybrid activatable by green light to overcome resistance in breast cancer cells // ACS Omega. 2022. V. 7. № 9. P. 7452–7459. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c03988

  45. Tian Y., Tam M.K., Hatton, T.A., Bromberg, L. Titration microcalorimetry study: Interaction of drug and ionic microgel system // Chemistry. 2004. P. 1–5. http://hdl.handle.net/1721.1/3953.

  46. Akter H., Rashid Md.M., Islam Md.S., Hossen Md.A., Rahman Md.A., Algheshairy R.M., Almujaydil M.S., Alharbi H.F., Alnajeebi A.M. Biometabolites of Tamarindus indica play a remarkable cardioprotective role as a functional food in doxorubicin-induced cardiotoxicity models // J. Func. Foods. 2022. V. 96. P. 105212. https://doi.org/10.1016/j.jff.2022.105212

  47. Hansch C., Leo A., Hoekman D. Exploring QSAR: Hydrophobic, Electronic, and Steric Constants. Washington: American Chemical Society, 1995.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Коллоидный журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал