Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 55179 10.29039/rusjbpc.2022.0573 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ SYNTHESIS OF LUMINESCENT THERANOSTIC NANOCOMPLEXES BASED ON UPCOVERSION NANOPARTICLES AND RECOMBINANT PROTEINS ПОЛУЧЕНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ТЕРАНОСТИЧЕСКИХ НАНОКОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ АНТИСТОКСОВЫХ НАНОФОСФОРОВ И РЕКОМБИНАНТНЫХ БЕЛКОВ Баушева Д. К. Bausheva D. K. bausheva16@mail.ru Шилягина Н. Ю. Shilyagina N. Yu. Воденеев В. А. Vodeneev V. A. Деев С. М. Deev S. M. Звягин А. В. Zvyagin A. V. Гурьев Е. Л. Guryev E. L. Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского Нижний Новгород Россия Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod Nizhny Novgorod Russian Federation Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского Нижний Новгород Россия Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod Nizhny Novgorod Russian Federation Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского Нижний Новгород Россия Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod Nizhny Novgorod Russian Federation Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН Москва Россия Shemyakin–Ovchinnikov Institute of bioorganic chemistry RAS Moscow Russian Federation Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет) Москва Россия I.M. Sechenov First Moscow State Medical University Moscow Russian Federation Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского Нижний Новгород Россия Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod Nizhny Novgorod Russian Federation Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет) Москва Россия I.M. Sechenov First Moscow State Medical University Moscow Russian Federation Университет Маккуори Сидней Австралия Macquarie University Sydney Australia Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского Нижний Новгород Россия Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod Nizhny Novgorod Russian Federation 24 11 2022 24 11 2022 7 4 628 633 01 08 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/55179/view

Тераностика – стремительно развивающаяся область биомедицины, направленная на разработку мультифункциональных агентов, обладающих диагностическими и терапевтическими свойствами одновременно. В данной работе описано получение HER2-специфичных тераностических нанокомплексов на основе антистоксовых нанофосфоров и бифункциональных белков. В качестве платформы для сборки мультифункционального комплекса использовали неорганические нанокристаллы структуры ядро/оболочка NaY0,794Yb0,2Tm0,006F4/NaYF4. Показано, что наноразмерные антистоксовые фосфóры (НАФ) обладают выраженными максимумами эмиссии фотолюминесценции в видимой и инфракрасной области спектра, что обеспечивает эффективную прижизненную визуализацию клеток и тканей методами оптического имиджинга. Покрытие НАФ дополнительными оболочками позволяет добиться их коллоидной устойчивости и присоединять к ним дополнительные внешние модули. В качестве терапевтического модуля нанокомплексов был использован рекомбинантный адресный токсин DARPin-LoPE, обладающий специфичной токсичностью в отношении опухолевых клеток, экспрессирующих рецептор HER2. Показано, что тераностический комплекс НАФ-DARPin-LoPE благодаря направляющему модулю DARPin, входящему в состав, способен избирательно связываться с опухолевыми клетками, гиперэкспрессирующими рецептор HER2.

Theranostics is a rapidly developing field of biomedicine, aimed at the development of multifunctional agents with diagnostic and therapeutic properties simultaneously. This work describes the production of HER2-specific theranostic nanocomplexes based on upconversion nanoparticles and bifunctional proteins. Inorganic nanocrystals of the NaY0.794Yb0.2Tm0.006F4/NaYF4 core/shell structure were used as a platform for the assembly of the multifunctional complex. Upconversion nanoparticles (UCNP) were shown to have pronounced maxima of photoluminescence emission in the visible and infrared regions of the spectrum, which provides effective in vivo imaging of cells and tissues by optical imaging methods. Covering UCNP with additional shells allows achieving their colloidal stability and attaching additional external modules to them. The recombinant targeting toxin DARPin-LoPE, which has specific toxicity against tumor cells expressing the HER2 receptor, was used as a therapeutic module of the nanocomplexes. The theranostic complex NAF-DARPin-LoPE was shown to be able to selectively bind to tumor cells hyperexpressing the HER2 receptor due to the DARPin guide module included in its composition.

 наноразмерные антистоксовые фосфóры НАФ DARPin-LoPE тераностика онкология upconversion nanoparticles DARPin-LopE teranostic oncology Работа выполнена при финансовой поддержке Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» ННГУ (Проект № Н-418-99_2022-2023).

Jeelani S., Jagat Reddy R.C., Maheswaran T., Asokan G.S., Dany A., Anand B. Theranostics: A treasured tailor for tomorrow. Journal of Pharmacy and Bioallied Sciences, 2014, vol. 6, no. suppl. 1, pp. S6-8. Jeelani S., Jagat Reddy R.C., Maheswaran T., Asokan G.S., Dany A., Anand B. Theranostics: A treasured tailor for tomorrow. Journal of Pharmacy and Bioallied Sciences, 2014, vol. 6, no. suppl. 1, pp. S6-8. Aires A., Ocampo S.M., Cabrera D., Cueva L., Salas G., Teran F.J., Cortajarena A.L. BSA-Coated Magnetic 650 Nanoparticles for Improved Therapeutic Properties. Journal of Materials Chemistry, 2015, vol. 3, pp. 6239-6247. Aires A., Ocampo S.M., Cabrera D., Cueva L., Salas G., Teran F.J., Cortajarena A.L. BSA-Coated Magnetic 650 Nanoparticles for Improved Therapeutic Properties. Journal of Materials Chemistry, 2015, vol. 3, pp. 6239-6247. Farokhzad O.C., Langer R. Impact of nanotechnology on drug delivery. ACS Nano, 2009, vol. 3, no. 1, pp. 16-20. Farokhzad O.C., Langer R. Impact of nanotechnology on drug delivery. ACS Nano, 2009, vol. 3, no. 1, pp. 16-20. Chen G., Qiu H., Prasad P.N., Chen X. Upconversion nanoparticles: Design, nanochemistry, and applications in Theranostics. Chemical Reviews, 2014, vol. 114, no. 10, pp. 5161-5214. Chen G., Qiu H., Prasad P.N., Chen X. Upconversion nanoparticles: Design, nanochemistry, and applications in Theranostics. Chemical Reviews, 2014, vol. 114, no. 10, pp. 5161-5214. Binz H.K., Amstutz P., Pluckthun A. Engineering novel binding proteins from nonimmunoglobulin domains. Nat. Biotechnology, 2005, vol. 23, pp. 1257-1268. Binz H.K., Amstutz P., Pluckthun A. Engineering novel binding proteins from nonimmunoglobulin domains. Nat. Biotechnology, 2005, vol. 23, pp. 1257-1268. Dickerson E.B., Dreaden E.C., Huang X.H., El-Sayed I.H., Chu H.H., Pushpanketh S., McDonald J.F., El-Sayed M.A. Gold nanorod assisted near-infrared plasmonic photothermal therapy (PPTT) of squamous cell carcinoma in mice. Cancer Letters, 2008, vol. 269, pp.57-66. Dickerson E.B., Dreaden E.C., Huang X.H., El-Sayed I.H., Chu H.H., Pushpanketh S., McDonald J.F., El-Sayed M.A. Gold nanorod assisted near-infrared plasmonic photothermal therapy (PPTT) of squamous cell carcinoma in mice. Cancer Letters, 2008, vol. 269, pp.57-66. Huh M.S., Lee S.Y., Park S., Lee S., Chung H., Lee S., Choi Y., Oh Y.K., Park J.H., Jeong S.Y., Choi K., Kim K., Kwon I.C. Tumor-homing glycol chitosan/polyethylenimine nanoparticles for the systemic delivery of siRNA in tumor-bearing mice. Journal of Controlled Release, 2010, vol. 144, pp. 134-143. Huh M.S., Lee S.Y., Park S., Lee S., Chung H., Lee S., Choi Y., Oh Y.K., Park J.H., Jeong S.Y., Choi K., Kim K., Kwon I.C. Tumor-homing glycol chitosan/polyethylenimine nanoparticles for the systemic delivery of siRNA in tumor-bearing mice. Journal of Controlled Release, 2010, vol. 144, pp. 134-143. Chen G.Y., Shen J., Ohulchanskyy T.Y., Patel N.J., Kutikov A., Li Z.P., Song J., Pandey R.K., Agren H., Prasad P.N., Han G. ACS Nano, 2012, vol. 6, pp. 8280-8287. Chen G.Y., Shen J., Ohulchanskyy T.Y., Patel N.J., Kutikov A., Li Z.P., Song J., Pandey R.K., Agren H., Prasad P.N., Han G. ACS Nano, 2012, vol. 6, pp. 8280-8287. Grebenik E.A., Nadort A., Generalova A.N., Nechaev A.V., Sreenivasan V.K., Khaydukov E.V., Semchishen V.A., Popov A.P., Sokolov V.I., Akhmanov A.S., Zubov V.P., Klinov D.V., Panchenko V.Y., Deyev S.M., Zvyagin A.V. Feasibility study of the optical imaging of a breast cancer lesion labeled with upconversion nanoparticle biocomplexes. Journal of Biomedical Optics, 2013, vol. 18, iss. 7, p. 76004. Grebenik E.A., Nadort A., Generalova A.N., Nechaev A.V., Sreenivasan V.K., Khaydukov E.V., Semchishen V.A., Popov A.P., Sokolov V.I., Akhmanov A.S., Zubov V.P., Klinov D.V., Panchenko V.Y., Deyev S.M., Zvyagin A.V. Feasibility study of the optical imaging of a breast cancer lesion labeled with upconversion nanoparticle biocomplexes. Journal of Biomedical Optics, 2013, vol. 18, iss. 7, p. 76004. Andreani T., Souza A.L., Kiill C.P., Lorenzon E.N., Fanqueiro J.F., Calpena A.C., Chaud M.V., Garcia M.L., Gremiao M.P., Silva A.M., Souto E.B. Preparation and characterization of PEG-coated silica nanoparticles for oral insulin delivery. International Journal of Pharmaceutics, 2014, vol. 473, no. 1-2, pp. 627-635. Andreani T., Souza A.L., Kiill C.P., Lorenzon E.N., Fanqueiro J.F., Calpena A.C., Chaud M.V., Garcia M.L., Gremiao M.P., Silva A.M., Souto E.B. Preparation and characterization of PEG-coated silica nanoparticles for oral insulin delivery. International Journal of Pharmaceutics, 2014, vol. 473, no. 1-2, pp. 627-635. Шилова О.Н., Прошкина Г.М., Лебеденко Г.М., Деев С.М. Интернализация и рециркуляция рецептора HER2 при взаимодействии адресного фототоксичного белка DARPin-miniSOG с клетками аденокарциномы молочной железы человека. Молекулярная биология, 2015, т. 7, № 3, c. 126-132. Shilova O.N., Proshkina G.M., Lebedenko G.M., Deev S.M. Internalization and recirculation of HER2 receptor during interaction of targeted phototoxic protein DARPin-miniSOG with human breast adenocarcinoma cells. Russ. Molecular Biology, 2015, vol. 7, no. 3, pp. 126-132. (In Russ.) Proshkinaa G.M., Kiselevaa D.V., Shilova, O.N., Ryabova, A.V., Shramovaa, E.I., Stremovskiya, O.A., Deyev S.M. Bifunctional Toxin DARP-LoPE Based on the Her2-Specific Innovative Module of a Non-Immunoglobulin Scaffold as a Promising Agent for Theranostics. Journal of Molecular Biology, 2017, vol. 51, pp. 997-1007. Proshkinaa G.M., Kiselevaa D.V., Shilova, O.N., Ryabova, A.V., Shramovaa, E.I., Stremovskiya, O.A., Deyev S.M. Bifunctional Toxin DARP-LoPE Based on the Her2-Specific Innovative Module of a Non-Immunoglobulin Scaffold as a Promising Agent for Theranostics. Journal of Molecular Biology, 2017, vol. 51, pp. 997-1007. Sokolova E.A., Shilova O.N., Kiseleva D.V., Schulga A.A., Balalaeva I.V., Deyev S.M. HER2-Specific Targeted Toxin DARPin-LoPE: Immunogenicity and Antitumor Effect on Intraperitoneal Ovarian Cancer Xenograft Model. International Journal of Molecular Sciences, 2019, vol. 20, p. 2399. Sokolova E.A., Shilova O.N., Kiseleva D.V., Schulga A.A., Balalaeva I.V., Deyev S.M. HER2-Specific Targeted Toxin DARPin-LoPE: Immunogenicity and Antitumor Effect on Intraperitoneal Ovarian Cancer Xenograft Model. International Journal of Molecular Sciences, 2019, vol. 20, p. 2399.