ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТНОГО КОМПЛЕКСА ХИТОЗАНА С КАРРАГИНАНОМ КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ДОСТАВКИ ВАНКОМИЦИНА

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Получены и охарактеризованы наночастицы полиэлектролитного комплекса хитозана с κ-каррагинаном, содержащие квантовые точки «ядро–оболочка» CdS/ZnS, как модели биосовместимых люминесцентных систем доставки антибиотика ванкомицина с эффективностью инкапсулирования 95–97%. Квантовые точки получены коллоидным методом синтеза и гидрофилизированы меркаптопропионовой кислотой. Изучено влияние ванкомицина, инкапсулированного в частицы полиэлектролитного комплекса, на люминесцентные свойства квантовых точек CdS/ZnS. Продемонстрированы возможности синтезированных квантовых точек в качестве модельных наносенсоров для определения включения и высвобождения ванкомицина из разработанных носителей на основе тушения люминесценции квантовых точек. Исследовано связывание ванкомицина с альбумином как моделью белка крови, определен состав комплекса ([ванкомицин] : [альбумин] = 1.0 : 2.0) и константа его устойчивости (βκ= 6.0·10-4 M−1). Анализ кинетических данных высвобождения ванкомицина из полимерных носителей в условиях in vitro в растворы альбумина и трис-буфера в рамках математической модели Корсмейера–Пеппаса, показал, что высвобождение антибиотика контролируется как диффузией, так и релаксацией полимерной матрицы.

Об авторах

С. В. Шилова

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: s_shilova74@mail.ru
Казань, Россия

Г. М. Миргалеев

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: email@example.com
Казань, Россия

Д. О. Сагдеев

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: email@example.com
Казань, Россия

Ю. Г. Галяметдинов

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: email@example.com
Казань, Россия

Список литературы

  1.  Kalia M. Personalized oncology: recent advances and future challenges // Metabolism. 2013. V. 62. S11–S14. https://doi.org/10.1016/j.metabol.2012.08.016
  2.  Jain T., Kumar S., Dutta P.K. Teranostics: A way of modern diagnostics and the role of chitosan // J. Mol. Genet. Med. 2015. V. 9. № 1. P. e1000159. https://doi.org/10.4172/1747-0862.1000159
  3.  Muthu M.S., Leong D.T., Mei L., Feng S.S. Nanotheranostics application and further development of nanomedicine strategies for advanced theranostics // Theranostics. 2014. V. 4. № 6. P. 660–677. https://doi.org/10.7150/thno.8698
  4.  Galeeva A.I., Selivanova N.M., Galyametdinov Yu.G. Wetting and adhesive properties of biopolymer-based organized condensed phases as drug delivery systems // Liq. Cryst. and their Appl. 2023. V. 23. № 4. P. 38–48. (in Russian). https://doi.org/10.18083/LCAppl.2023.4.38
  5.  Wu X., Yang H., Yang W., Chen X., Gao J., Gong X., Wang H., Duan Y., Wei D., Chang J. Nanoparticle-based diagnostic and therapeutic systems for brain tumors // J. Mater. Chem. B. 2019. V. 7. № 31. P. 4734–4750. https://doi.org/10.1039/C9TB00860H
  6.  Zhao D., Yu S., Sun B., Gao S., Guo S., Zhao K. Biomedical applications of chitosan and its derivative nanoparticles // Polymers. 2018. V. 10. № 4. P. 462–479. https://doi.org/10.3390/polym10040462
  7.  Victor R.S., Santos A.M.C., Sousa B.V., Neves G.A., Santana L.N.L., Menezes R.R. A review on Chitosan’s uses as biomaterial: Tissue engineering, drug delivery systems and cancer treatment // Materials. 2020. V. 13. № 21. P. 4995. https://doi.org/10.3390/ma13214995
  8.  Yuao Wu, Run Zhang, Huong D. N. Tran, Nyoman D. Kurniawan, Shehzahdi S. Moonshi, Andrew K. Whittake, Hang T. Ta. Chitosan nanococktails containing both ceria and superparamagnetic iron oxide nanoparticles for reactive oxygen species-related theranostics // ACS Appl. Nano Mater. 2021. V. 4. № 4. P. 3604–3618. https://doi.org/10.1021/acsanm.1c00141
  9.  Kou S.G., Peters L., Mucalo M. Chitosan: A review of molecular structure, bioactivities and interactions with the human body and micro-organisms // Carbohydr. Polym. 2022. № 282. P. 119132. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119132
  10.  Краюхина М.А., Самойлова Н.А., Ямсков И.А. Полиэлектролитные комплексы хитозана: формирование, свойства и применение // Успехи химии. 2008. Т. 77. № 9. С. 854−869.
  11.  Миргалеев Г.М., Шилова С.В. Связывание флуоресцеина хитозаном и полиэлектролитным комплексом на его основе в водных растворах // Коллоидный журнал. 2024. Т. 86. №3. С. 379−389. https://doi.org/10.31857/S0023291224030074
  12.  Quadrado R.F.N., Fajardo A.R. Microparticles based on carboxymethyl starch/chitosan polyelectrolyte complex as vehicles for drug delivery systems // Arab. J. Chem. 2020. V. 13. № 1. P. 2183−2194. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2018.04.004
  13.  Shilova S.V., Mirgaleev G.M., Romanova K.A., Galyametdinov Y.G. Alginate/chitosan hydrogels as perspective transport systems for cefotaxime // Biopolymers. 2023. V. 114. № 10. P. e23555. https://doi.org/10.1002/bip.23555
  14.  Mahdavinia G.R., Mosallanezhad A., Soleymani M., Sabzi M. Magneticand pH-responsive κ-carrageenan/chitosan complexes for controlled release of methotrexate anticancer drug // Int. J. Biol. Macromol. 2017. V. 1. P. 209–217. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.01.012
  15.  Kumar R., Najda A., Duhan J.S., Kumar B., Chawla P., Klepacka J., Malawski S., Kumar Sadh P., Poonia A.K. Assessment of antifungal efficacy and release behavior of fungicide-loaded chitosan-carrageenan nanoparticles against phytopathogenic fungi // Polymers. 2022. V. 14. P. 41. https://doi.org/10.3390/polym14010041
  16.  Щипунов Ю.А. Структура полиэлектролитных комплексов на примере гидрогелей хитозана с лямбда-каррагинаном // Высокомолек. соед. Сер. А. 2020. Т. 62. № 1. С. 57–64. https://doi.org/10.31857/S2308112020010101
  17.  Olanrewaju A. Aladesuyi, Thabang C. Lebepe, Rodney Maluleke, Oluwatobi S. Oluwafemi. Biological applications of ternary quantum dots: A review // Nanotech. Rev. 2022. V. 11. № 1. P. 2304–2319. https://doi.org/10.1515/ntrev-2022-0136
  18.  Bezrukov A.N., Galeeva A.I., Krupin A.S., Galyametdinov Y.G. Molecular orientation behavior of lyotropic liquid crystal–carbon dot hybrids in microfluidic confinement // Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. №10. P. 5520. https://doi.org/10.3390/ijms25105520
  19.  Elugoke S.E., Uwaya G.E., Quadri T.W., Ebenso E.E. Carbon quantum dots: basics, properties, and fundamentals // Carbon Dots: Recent Developments and Future Perspectives. 2024. Chapter 1. P. 3–42. https://doi.org/10.1021/bk-2024-1465.ch001
  20.   Zhao J., Wu J. Preparation and characterization of the fluorescent chitosan nanoparticle probe // Chin. J. Anal. Chem. 2006. V. 34. № 11. P. 1555–1559. https://doi.org/10.1016/S1872-2040(07)60015-2
  21.  Derfus A.M., Chan W.C., Bhatia S.N. Probing the cytotoxicity of semiconductor quantum dots // Nano Letters. 2004. V. 4. № 1. P. 11–18. https://doi.org/10.1021/nl0347334
  22.  Cunha B.A. Vancomycin // Med. Clin. N. Am. 1995. V. 79. № 4. P. 817–831. https://doi.org/10.1016/S0025-7125(16)30041-4
  23.  Elyasi S., Khalili H., Dashti-Khavidak S., Mohammadpour A. Vancomycin-induced nephrotoxicity: Mechanism, incidence, risk factors and special populations. A literature review // Eur. J. Clin. Pharmacol. 2012. V. 68. P. 1243–1255. https://doi.org/10.1007/s00228-012-1259-9
  24.  Bruniera F.R., Ferreira F.M., Saviolli L.R.M., Bacci M.R., Feder D., Pedreira M., Peterlini M.A.S., Azzalis L., Junqueira V.B.C., Fonseca F.L. The use of vancomycin with its therapeutic and adverse effects: A review // Eur. Rev. Med. Pharm. Sci. 2015. V. 19. P. 694–700.
  25.  Shilova S.V., Sagdeev D.O., Mirgaleev G.M., Romanova K.A., Galyametdinov Yu.G. Novel nanosensors represented by CdS/ZnS quantum dots doped with manganese (II) ions for detection of vancomycin // Physica Scripta. 2025. V. 100. № 3. P. 035906. https://doi.org/10.1088/1402-4896/adadaa
  26.  Pfaller M., Krogstad D., Granich G., Murray P. Laboratory evaluation of five assay methods for vancomycin: Bioassay, high-pressure liquid chromatography, fluorescence polarization immunoassay, radioimmunoassay, and fluorescence immunoassay // J. Clin. Microbiol. 1984. V. 20. № 3. P. 311–316. https://doi.org/10.1128/jcm.20.3.311-316.1984
  27.  Nascimento P.A.D., Kogawa A.C., Salgado H.R.N. Current status of vancomycin analytical methods // J. AOAC Int. 2020. V. 103. № 3. P. 755–769. https://doi.org/10.1093/jaocint/qsz024
  28.  Cheng X., Ma J., Su J. An Overview of analytical methodologies for determination of vancomycin in human plasma // Molecules. 2022. V. 27. № 21. P. 7319. https://doi.org/10.3390/molecules27217319
  29.  Крупин С.В., Мягченков В.А., Третьякова А.Я., Вяселева Г.Я., Торсуев Д.М., Булидорова Г.В., Курмаева А.И., Коноплева А.А. Практикум по физикохимии растворов и дисперсий полимеров. Казань: Казан. гос. технол. ун-т. 2003. 154 с.
  30.  Sagdeev D.O., Shamilov R.R., Galyametdinov Y.G. Quantum dots luminescent compounds with multimodal luminescence for fuel labeling // Physica Scripta. 2023. V. 98. № 10. P. 105101. https://doi.org/10.1088/1402-4896/acf3b3
  31.  Галяметдинов Ю.Г., Крупин А.С., Сагдеев Д.О., Карякин М.Е., Шамилов Р.Р., Князев А.А. Люминесцентные композиты на основе жидкокристаллического комплекса европия (III) и квантовых точек CdSe/CdS/ZnS // Жидк. крист. и их практич. использ. 2022. Т. 22. № 1. С. 27–38. https://doi.org/10.18083/LCAppl.2022.1.27
  32.  Zhou N., He C.X. An improved method of isomolar series by dual-wavelength spectrophotometry // Microchimica Acta. 1993. V. 111. № 4. P. 183–191. https://doi.org/10.1007/BF01245305
  33.  Knowles C., Knowles A. Practical Absorption Spectrometry: Ultraviolet Spectrometry Group. Springer Science &  Business Media, 2013.
  34.  Tiwari A.K. Yadav H.P., Gupta M.K., Narayan R.J., Pandey P.C. Synthesis of vancomycin functionalized fluorescent gold nanoparticles and selective sensing of mercury (II) // Front. Chem. 2023. V. 11.P. 1238631. https://doi.org/10.3389/fchem.2023.1238631
  35.  Liang W., Liu S., Liu Z., Li D., Wang L., Haо C., He Y. Electron transfer and fluorescence ‘‘turn-off’’ based CdTe quantum dots for vancomycin detection at nanogram level in aqueous serum media // New J. Chem. 2015. V. 39. № 6. P. 4774–4782. https://doi.org/10.1039/c4nj01764a
  36.  Motz R.N., Sun A.C., Lehnherr D., Ruccolo S. High-throughput determination of Stern-Volmer quenching constants for common photocatalysts and quenchers // ACS Org. Inorg. 2023. V. 3. № 5. P. 266−273. https://doi.org/10.1021/acsorginorgau.3c00019
  37.  Crank J. The Mathematics of Diffusion. Oxford: Clarendon Press, 1975.
  38.  Ritger P.L., Peppas N.A. A simple equation for description of solute release. I. Fickian and non-Fickian release from non-swellable devices in the form of slabs, spheres, cylinders or discs // J. Control. Release. 1987. V. 5. № 1. P. 23–36. https://doi.org/10.1016/0168-3659(87)90034-4
  39.  Petrova V.A., Orekhov A.S., Chernyakov D.D., Baklagina Yu.G., Romanov D.P., Kononova S.V., Volod’ko A.V., Ermak I.M., Klechkovskaya V.V., Skorik Yu.A. Preparation and analysis of multilayer composites based on polyelectrolyte complexes // Crystallogr. Rep. 2016. V. 61. P. 945–953. https://doi.org/10.1134/S1063774516060110
  40.  Kononova S.V., Volod’ko A.V., Petrova V.A., Kruchinina E.V., Baklagina Y.G., Chusovitin E.A., Skorik Yu.A. Pervaporation multilayer membranes based on a polyelectrolyte complex of λ-carrageenan and chitosan // Carbohydr. Polym. 2018. V. 181. P. 86–92. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.10.050
  41.  Dubashynskaya N.V., Petrova V.A., Sgibnev A.V., Elokhovskiy V.Y., Cherkasova Y.I., Skorik Yu.A. Carrageenan/chitin nanowhiskers cryogels for vaginal delivery of metronidazole // Polymers. 2023. V. 15. № 10. P. 2362. https://doi.org/10.3390/polym15102362
  42.  Patterson A. The scherrer formula for X-Ray particle size determination // Phys. Rev. 1939. V. 56. № 10. P. 978−982.https://doi.org/10.1103/PhysRev.56.978
  43.  Li L., Chen D., Zhang Y., Deng Z., Ren X., Meng X., Tang F., Ren J., Zhang L. Magnetic and fluorescent multifunctional chitosan nanoparticles as a smart drug delivery system // Nanotechnology. 2007. V. 18. № 40. P. 405102.https://doi.org/10.1088/0957-4484/18/40/405102
  44.  Bern M., Sand K.M.K., Nilsen J., Sandlie I., Ander J.T. The role of albumin receptors in regulation of albumin homeostasis: Implications for drug delivery // J. Controlled Release. 2015. V. 211. P. 144–162. http://doi.org/10.1016/j.jconrel.2015.06.006
  45.  Иорданский А.Л., Заиков Г.Е., Берлин А.А. Диффузионная кинетика и гидролиз биоразлагаемых полимеров. Потеря массы и контроль высвобождения низкомолекулярных веществ // Вестн. Казанского технолог. ун-та. 2015. Т. 18. № 2. С. 81–87.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025