Журнал неорганической химии, 2020, T. 65, № 4, стр. 554-563

Количественная оценка радикал-перехватывающих свойств и СОД-подобной активности наночастиц диоксида церия в биохимических моделях

М. М. Созарукова a*, М. А. Шестакова b, М. А. Теплоногова c, Д. Ю. Измайлов c, Е. В. Проскурнина d, В. К. Иванов a

a Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
119991 Москва, Ленинский пр-т, 31, Россия

b Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова
117997 Москва, ул. Островитянова, 1, Россия

c Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
119991 Москва, Ленинские горы, 1, Россия

d Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова
115522 Москва, ул. Москворечье, 1, Россия

* E-mail: S_MadinaM@bk.ru

Поступила в редакцию 13.11.2019
После доработки 21.11.2019
Принята к публикации 27.11.2019

Аннотация

Методом активированной хемилюминесценции в сочетании с математическим моделированием впервые проведена количественная оценка антиоксидантных свойств и исследована супероксиддисмутазоподобная (СОД-подобная) активность цитрат-стабилизированного коллоидного раствора ультрамалых наночастиц (3 нм) CeO2 в биохимических моделях. Антиоксидантная емкость 1 мкмоль/л золя CeO2 относительно тролокса – водорастворимого аналога витамина Е – составила 0.049 ± 0.004 мкмоль/л; таким образом, способность CeO2 выступать в качестве перехватчика свободных радикалов примерно в 20 раз ниже тролокса. Методом математического моделирования оценена антиоксидантная активность. Константы скорости перехвата свободных радикалов равны 2000 нМ–1 мин–1 для тролокса и k1 = 300 нМ–1 мин–1, k2 = 4 нМ–1 мин–1 для диоксида церия. СОД-подобная активность 1 ммоль/л СеО2 в единицах активности СОД составила 2.00 ± 0.03 нмоль/л. Следовательно, активность CeO2 как миметика СОД примерно на 6 порядков ниже активности нативного фермента.

Ключевые слова: наночастицы диоксида церия, нанозимы, супероксиддисмутаза, антиоксиданты, хемилюминесценция

DOI: 10.31857/S0044457X20040200

Список литературы

  1. Weber D.O. // Health Forum J. 1999. V. 42. № 4. P. 36.

  2. Fornaguera C., Garcia-Celma M.J. // J. Pers. Med. 2017. V. 7. № 4. P. 1. https://doi.org/10.3390/jpm7040012

  3. British society for nanomedicine. https://www.britishsocietynanomedicine.org/existing–nanomedicines/

  4. De Jong W.H., Borm P.J. // Int. J. Nanomedicine. 2008. V. 3. № 2. P. 133. https://doi.org/10.2147/ijn.s596

  5. Naderi S., Morsalir A., Bozorgmehr M.R. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 4. P. 503. https://doi.org/10.1134/S0036023619040156

  6. Neelam, Chhillar A.K., Rana J.S. // Anal. Biochem. 2019. V. 581. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.ab.2019.113345

  7. Ezhova Zh.A., Zakharov N.A., Koval’ E.M. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 8. P. 1001. [Ежова Ж.А., Захарова Н.А., Коваль Е.М. и др. // Журн. неорган. химии. 2018. Т. 63. № 8. С. 961.]https://doi.org/10.1134/S0036023618080065

  8. Priyadarsini S., Mukherjee S., Mishra M. // J. Oral. Biol. Craniofac. Res. 2018. V. 8. № 1. P. 58. https://doi.org/10.1016/j.jobcr.2017.12.004

  9. Owen A. // Br. J. Pharmacol. 2014. V. 171. № 17. P. 3961. https://doi.org/10.1111/bph.12820

  10. Roubal W.T., Tappel A.L. // Arch. Biochem. Biophys. 1966. V. 113. № 1. P. 5. https://doi.org/10.1016/0003-9861(66)90150-0

  11. Borg D.C., Schaich K.M., Elmore J.J. Jr. et al. // Photochem. Photobiol. 1978. V. 28. № 4. P. 887. https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.1978.tb07037

  12. Dixit R., Mukhtar H., Bickers D.R. // J. Invest. Dermatol. 1983. V. 81. № 4. P. 369. https://doi.org/10.1111/1523-1747.ep12519980

  13. Mittag T. // Exp. Eye Res. 1984. V. 39. № 6. P. 759. https://doi.org/10.1016/0014-4835(84)90075-7

  14. Sies H., Cadenas E. // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 1985. V. 311. № 1152. P. 617. https://doi.org/10.1098/rstb.1985.0168

  15. Dhall A., Self W. // Antioxidants. 2018. V. 7. № 8. P. 1. https://doi.org/10.3390/antiox7080097

  16. Korsvik C., Patil S., Seal S. et al. // Chem. Commun. 2007. № 10. P. 1056. https://doi.org/10.1039/b615134e

  17. Pirmohamed T., Dowding J.M., Singh S. et al. // Chem. Commun. (Camb.). 2010. V. 46. № 16. P. 2736. https://doi.org/10.1039/b922024k

  18. Ivanov V.K., Usatenko A.V., Shcherbakov A.B. // Russ. J. Inorg. Chem. 2009. V. 54. № 10. Р. 1522. [Иванов В.К., Усатенко А.В., Щербаков А.Б. // Журн. неорган. химии. 2009. Т. 54. № 10. С. 1596.]https://doi.org/10.1134/S0036023609100039

  19. Asati A., Santra S., Kaittanis C. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2009. V. 48. № 13. P. 2308. https://doi.org/10.1002/anie.200805279

  20. Dowding J.M., Das S., Kumar A. et al. // ACS Nano. 2013. V. 7. № 6. P. 4855. https://doi.org/10.1021/nn305872d

  21. Tarnuzzer R.W., Colon J., Patil S. et al. // Nano Lett. 2005. V. 5. № 12. P. 2573. https://doi.org/10.1021/nl052024

  22. Heckert E.G., Karakoti A.S., Seal S. et al. // Biomaterials. 2008. V. 29. № 18. P. 2705. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2008.03.014

  23. Gil D., Rodriguez J., Ward B. et al. // Bioengineering (Basel). 2017. V. 4. № 1. P. 1. https://doi.org/10.3390/bioengineering4010018

  24. Lissi E., Salim-Hanna M., Pascual C. et al. // Free Radic. Biol. Med. 1995. P. 18. № 2. P. 153. https://doi.org/10.1016/0891-5849(94)00117-3

  25. Magin D.V., Izmailov D.Yu., Popov I.N. et al. // Vopr. Med. Khim. 2000. V. 46. № 4. Р. 419. [Магин Д.В., Измайлов Д.Ю., Попов И.Н. и др. // Вопр. мед. химии. 2000. Т. 46. № 4. С. 419.]

  26. Vladimirov Y.A., Proskurnina E.V., Izmailov D.Iu. // Biofizika. 2011. V. 56. № 6. Р. 1055. [Владимиров Ю.А., Проскурнина Е.В., Измайлов Д.Ю. // Биофизика. 2011. Т. 56. № 6. С. 1081.]https://doi.org/10.1134/S0006350911060200

  27. Alekseev A.V., Proskurnina E.V., Vladimirov Y.A. // Moscow Univ. Chem. Bull. 2012. V. 67. № 3. P. 127. [Алексеев А.В., Проскурнина Е.В., Владимиров Ю.А. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2012. Т. 53. № 3. С. 187.]https://doi.org/10.3103/S0027131412030029

  28. Lissi E., Pascual C., Del Castillo M.D. // Free Radic. Res. Commun. 1992. V. 17. № 5. P. 299. https://doi.org/10.3109/10715769209079523

  29. Goldin L.R., Pfeiffer R.M., Li X. et al. // Blood. 2004. V. 104. № 6. P. 1850. https://doi.org/10.1182/blood-2004-01-0341

  30. Shcherbakov A.B., Teplonogova M.A., Ivanova O.S. et al. // Mater. Res. Express. 2007. V. 4. № 5. P. 4. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aa6e9a

  31. Shcherbakov A.B., Ivanov V.K., Zholobak N.M. et al. // Biophysics. 2011. V. 56. № 6. Р. 987. [Щербаков А.Б., Иванов В.К., Жолобак Н.М. и др. // Биофизика. 2011. Т. 56. № 6. С. 995.]https://doi.org/10.1134/S0006350911060170

  32. Das S., Dowding J.M., Klump K.E. et al. // Nanomedicine (Lond.). 2013. V. 8. № 9. P. 1483. https://doi.org/10.2217/nnm.13.133

  33. Kwon H.J., Cha M.Y., Kim D. et al. // ACS Nano. 2016. V. 10. № 2. P. 2860. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b08045

  34. Pezzini I., Marino A., Del Turco S. et al. // Nanomedicine (Lond.). 2017. V. 12. № 4. P. 403. https://doi.org/10.2217/nnm-2016-0342

  35. Hijaz M., Das S., Mert I. et al. // BMC Cancer. 2016. V. 16. V. 220. P. 1. https://doi.org/10.1186/s12885-016-2206-4

  36. Wong L.L., Pye Q.N., Chen L. et al. // PloS One. 2015. V 10. № 3. P. 1. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0121977

  37. Rocca A., Moscato S., Ronca F. et al. // Nanomedicine. 2015. V. 11. № 7. P. 1725. https://doi.org/10.1016/j.nano.2015.05.001

  38. Manne N.D.P.K., Arvapalli R., Graffeo V.A. et al. // Cell. Physiol. Biochem. 2017. V. 42. № 5. P. 1837. https://doi.org/10.1159/000479540

  39. Lee S.S., Song W., Cho M. et al. // ACS Nano. 2013. V. 7. № 11. P. 9693. https://doi.org/10.1021/nn4026806

  40. Tian Z., Li X., Ma Y. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. V. 9. № 28. P. 23342. https://doi.org/10.1021/acsami.7b04761

  41. Пушкина Т.А., Токаев Э.С., Попова Т.С. и др. // Журн. НМП. 2016. № 4. С. 42.

  42. Batinic-Haberle I., Spasojevic I. // Antioxid. Redox Signal. 2014. V. 20. № 15. P. 2323. https://doi.org/10.1089/ars.2014.5921

  43. Zhidkova T.V., Proskurnina E.V., Parfenov E.A. et al. // Anal. Bioanal. Chem. 2011. V. 401. № 1. P. 381. https://doi.org/10.1007/s00216-011-5070-8

  44. Celardo I., De Nicola M., Mandoli C. et al. // ACS Nano. 2011. V. 5. № 6. P. 4537. https://doi.org/10.1021/nn200126a

  45. Batinic-Haberle I., Reboucas J.S., Spasojevic I. // Antioxid. Redox Signal. 2010. V. 13. № 6. P. 877. https://doi.org/10.1089/ars.2009.2876

  46. Singh S., Dosani T., Karakoti A.S. et al. // Biomaterials. 2011. V. 32. № 28. P. 6745. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.05.073

  47. Singh R., Singh S. // Colloids Surf. B Biointerfaces. V. 2015. № 132. P. 78. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2015.05.005

Дополнительные материалы отсутствуют.