ФИЦ КНЦ СО РАН (Международный научный центр исследований экстремальных состояний организма)
Красноярск, Красноярский край, Россия
В модельных экспериментах in vitro установлена применимость метода ЭПР-спектрометрии для выявления модифицированных наноалмазов (МНА) взрывного синтеза в образцах биоматериалов (кровь и гомогенаты органов мышей). В содержащих МНА биопробах регистрируется характерный ЭПР сигнал (g = 2,003, ΔH ≈ 10 Гс), интенсивность которого линейно возрастает при концентрации наночастиц в диапазоне 1,6-200 мкг МНА на 1 мл образца. В экспериментах in vivo методом ЭПР установлено, что через 2.5 часа после внутривенной инъекции мышам МНА аккумулируются преимущественно в легких и печени животных - около 25 % и 20 %, соответственно, от дозы введенных наночастиц. В сердце и почках животных было обнаружено значительно меньшее (на 1-1,5 порядка) количество МНА. В крови, селезенке, головном мозге и мышцах бедра мышей наличие МНА не было выявлено в пределах чувствительности метода ЭПР. Через 10 суток после инъекции регистрируется перераспределение МНА в организме животных: количество наночастиц в легких уменьшается в 3,5 раза и увеличивается в печени практически в 3 раза, наблюдается накопление МНА в селезенке. В это время не наблюдалось изменений в содержании МНА в сердце и почках мышей. В целом, полученные данные открывают перспективы использования ЭПР-спектрометрии для изучения динамики межорганного распределения, накопления и элиминации МНА при их внутривенном введении в организм экспериментальных животных.
наноалмазы, ЭПР-спектрометрия, биологические образцы, кровь, гомогенаты органов, динамика распределения
1. Vo-Dinh Tuan Nanotechnology in Biology and Medicine: methods, devices, and applications. Taylor & Francis Group, LLC: New York, 2006, 762 p.
2. Surendiran A., Sandhiya S., Pradhan S.C., Adithan C. Novel applications of nanotechnology in medicine. Ind. J. Med. Res., 2009, vol. 130, pp. 689-701.
3. Tran P.A., Zhang L., Webster T.J. Carbon nanofibers and carbon nanotubes in regenerative medicine. Adv. Drug Deliv. Rev., 2009. vol. 61, pp. 1097-1114.
4. Thanh N.T.K., Green L.A.W. Functionalisation of nanoparticles for biomedical applications. Nano Today, 2010, vol. 5, pp. 213-230.
5. Zamborini F.P., Bao L., Dasari R. Nanoparticles in measurement science. Anal. Chem., 2012, vol. 84, pp. 541-576.
6. Monaco A.M., Giugliano M. Carbon-based smart nanomaterials in biomedicine and neuroengineering. Beilstein J. Nanotech., 2014, vol. 5, pp. 1849-1863.
7. Carbon Nanomaterials for Biomedical Applications. Springer, ed. M. Zhang, R.R. Naik, L. Dai, 2015, 587 p.
8. Yin M., Zhao L., Wei Q., Li H. Rapid colorimetric detection of melamine by H2O2-Au nanoparticles. RSC Adv., 2015, vol. 5, pp. 32897-32901.
9. Kumar A. Fullerenes for biomedical applications. J. Environ. Appl. Biores., 2015, vol. 3, pp. 175-191.
10. Wang Y., Hu S. Applications of carbon nanotubes and graphene for electrochemical sensing of environmental pollutants. J. Nanosci. Nanotech., 2016, vol. 16, pp. 7852-7872.
11. Ding X., Liu J., Li J., Wang F., Wang Y., Song S., Zhang H. Polydopamine coated manganese oxide nanoparticles with ultrahigh relaxivity as nanotheranostic agents for magnetic resonance imaging guided synergetic chemo-/photothermal therapy. Chem. Sci., 2016, vol. 7. pp. 6695-6700.
12. Jin-Wook Y., Nishit D., Samir M. Adaptive micro and nanoparticles: temporal control over carrier properties of faciliate drug delivery. Adv. Drug Deliv. Rev., 2011, vol. 63, pp. 1247-1256.
13. Plank C., Zelphati O., Mykhalik O. Magnetically enhanced nucleic acid delivery. Adv. Drug Deliv. Rev., 2011, vol. 63, pp. 1300-1331.
14. Morachis J.M., Mahmoud E.A., Almutairi A. Physical and chemical strategies for therapeutic delivery by using polymeric nanoparticles. Pharmacol. Rev., 2012, vol. 64, pp. 505-519.
15. Lamanna G., Battigelli A., Menard-Moyon C., Bianco A. Multifunctionalized carbon nanotubes as advanced multimodal nanomaterials for biomedical applications. Nanotech. Rev., 2012, vol. 1, pp. 17-29.
16. Mendes R.G., Bachmatiuk A., Buchner B. Carbon nanostructures as multi-functional drug delivery platforms. J. Mater. Chem. B., 2013, vol. 1, pp. 401-428.
17. Kozak O., Sudolska M., Pramanik G., Cigler P., Otyepka M., Zboril R. Photoluminescent carbon nanostructures. Chem. Mater., 2016, vol. 28, pp. 4085-4128.
18. Maas M. Carbon nanomaterials as antibacterial colloids. Materials, 2016, vol. 9, pp. 617-636.
19. Danilenko V.V. On the history of the discovery of nanodiamond synthesis. Phys. Solid State, 2004, vol. 46, pp. 595-599.
20. Krueger A. New carbon materials: biological applications of functionalized nanodiamond materials. Chem. Eur. J., 2008, vol. 14, pp. 1382-1390.
21. Schrand A.M., Hens S.A.C., Shenderova O.A. Nanodiamond particles: properties and perspectives for bioapplications. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci., 2009, vol. 34, pp. 18-74.
22. Kharisov B.I., Kharissova O.V., Chavez-Guerrero L. Synthesis techniques, properties, and applications of nanodiamonds. Synth. React. Inorg., Metal-Org., Nano-Metal Chem., 2010, vol. 40, pp. 84-101.
23. Sung J.C., Lin J. Diamond Nanotechnology: syntheses and applications. Pan Stanford Publishing Pte. Ltd.: Singapore, 2010, 258 p.
24. Say J.M., van Vreden C., Reilly D.J., Brown L.J., Rabeau J.R., King N.J.C. Luminescent nanodiamonds for biomedical applications. Biophys. Rev., 2011, vol. 3, pp. 171-184.
25. Mochalin V.N., Shenderova O., Ho D., Gogotsi Y. The properties and applications of nanodiamonds. Nat. Nanotech., 2011, vol. 7, pp. 11-23.
26. Shugalei I.V., Voznyakovskii A.P., Garabadzhiu A.V., Tselinskii I.V., Sudarikov A.M., Ilyushin M.A. Biological activity of detonation nanodiamond and prospects in its medical and biological applications. Rus. J. Gen. Chem., 2013, vol. 83, pp. 851-883.
27. Purtov K.V., Petunin A.I., Burov A.E., Puzyr A.P., Bondar V.S. Nanodiamonds as a carriers for address delivery of biologically active substances. Nanoscale Res. Lett., 2010, vol. 5. pp. 631-636.
28. El-Say Kh.M. Nanodiamond as a drug delivery system: applications and prospective. J. Appl. Pharm. Sci., 2011, vol. 1. pp. 29-39.
29. Zhu Y., Li J., Zhang Y., Yang X., Chen N., Sun Y., Zhao Y., Fan C., Huang Q. The biocompatibility of nanodiamonds and their application in drug delivery systems. Teranostics, 2012, vol. 2, pp. 302-312.
30. Zhang X., Wang A.Q., Liu M., Hui J., Yang B., Tao L., Wei Y. Surfactant-dispersed nanodiamond: biocompatibility evaluation and drug delivery applications. Toxicol. Res., 2013, vol. 2, pp. 335-342.
31. Kaur P., Badea I. Nanodiamonds as novel nanomaterials for biomedical applications: drug delivery and imaging. Int. J. Nanomed., 2013, vol. 8, pp, 203-220.
32. Chang I.P., Hwang K.C., Chiang C.S. Preparation of fluorescent magnetic nanodiamonds and cellular imaging. J. Am. Chem. Soc., 2008, vol. 130, pp. 15476-15481.
33. Salaam A.D., Hwang P., McIntosh R., Green H.N., Jun H.-W., Dean D. Nanodiamond-DGEA peptide conjugates for enhanced delivery of doxorubicin to prostate cancer. Beilstein J. Nanotech., 2014, vol. 5, pp. 937-945.
34. Purtov K., Petunin A., Inzhevatkin E., Burov A. Ronzhin N., Puzyr A., Bondar V. Biodistribution of different sized nanodiamonds in mice. J. Nanosci. Nanotech., 2015, vol. 15, pp. 1070-1075.
35. Puzyr A.P., Bondar V.S., Bukayemsky A.A., Selyutin G.E., Kargin V.F. Physical and chemical properties of modified nanodiamonds. NATO Sci. Ser. II. Math. Phys. Chem., 2005, vol. 192, pp. 261-270.
36. Solmatova A.A., Il’in I.V., Shakhov F.M., Kidalov S.V., Vul’ A.Ya., Yavkin B.V., Mamin G.V., Orlinskii S.B., Baranov P.G. Electron paramagnetic resonance detection of the giant concentration of nitrogen vacancy defects in sintered detonation nanodiamonds. JETP Lett., 2010, vol. 92, pp. 102-106.
37. Bondar V.S., Puzyr A.P. Nanodiamonds for biological investigations. Phys. Solid State, 2004, vol. 46, pp. 716-719.
38. Puzyr A.P., Bondar V.S. Method of production of nanodiamonds of explosive synthesis with an increased colloidal stability. RU Patent No. 2252192, 2005, bull. no. 14.
39. Puzyr A.P., Baron A.V., Purtov K.V., Bortnikov E.V., Skobelev N.N., Mogilnaya O.A., Bondar V.S. Nanodiamonds with novel properties: a biological study. Diam. Relat. Mater., 2007, vol. 16, pp. 2124-2128.
