ssmuБюллетень сибирской медициныBulletin of Siberian Medicine1682-03631819-3684Siberian State Medical University, the Ministry of Healthcare of the Russian Federation10.20538/1682-0363-2018-1-139-148ssmu-1124Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL PAPERSИзучение эффективности контрастирования различных видов опухолей с использованием кубических наночастиц магнетитаStudy of the contrasting effectiveness of various tumors types using cubic magnetite nanoparticlesНикитинА. А.NikitinA. A.

Никитин Алексей Андреевич, аспирант, химический факультет;  инженер.

Nikitin Aleksey A., PhD-student;  Еngineer.

nikitin.chemistry@mail.ruНауменкоВ. А.NaumenkoV. A.

Науменко Виктор Алексеевич, канд. мед. наук, инженер.

г. Москва, 119991, Ленинский пр., 4 .

Naumenko Victor A., PhD, Еngineer.

4, Leninskiy Av., Moscow, 119991.

ВодопьяновС. С.VodopyanovS. S.

Водопьянов Степан Сергеевич, канд.биол. наук, инженер.

 

Vodopyanov Stepan S., PhD, Еngineer.

4, Leninskiy Av., Moscow, 119991.

ГаранинаА. С.GaraninaA. S.

Гаранина Анастасия Сергеевна, канд.биол. наук, инженер.

 

Garanina Anastasia S., PhD, Еngineer.

4, Leninskiy Av., Moscow, 119991.

ФедороваН. Д.FedorovaN. D.

Федорова Наталья Дмитриевна, магистрант.

 

Fedorova Natalya D., Graduate Student.

4, Leninskiy Av., Moscow, 119991.

КалабайЕ. Д.KalabayE. D.

Калабай Енлик Даулеткызы, магистрант.

 

Kalabay Enlik D., Graduate Student.

4, Leninskiy Av., Moscow, 119991.

СавченкоА. Г.SavchenkoA. G.

Савченко Александр Григорьевич, канд. физ.-мат. наук, зав. кафедрой физического материаловедения.

г. Москва, 119991, Ленинский пр., 4 .

Savchenko Alexander G., PhD, Нead of the Department of Physical Materials Science.

4, Leninskiy Av., Moscow, 119991.

АбакумовМ. А.AbakumovM. A.

Абакумов Максим Артемович, канд. хим. наук, зав. лабораторией «Биомедицинские наноматериалы».

 

Abakumov Maxim A., PhD, Head of the Department of Biomedical Nanomaterials.

4, Leninskiy Av., Moscow, 119991; 1, Ostrovityanova Str.,  Moscow, 117997.

МажугаА. Г.MajougaA. G.

Мажуга Александр Георгиевич, д-р хим. наук, профессор;  и.о. ректора.

119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы, 1/3 ; г. Москва, 125047, Миусская пл., 9. 

Majouga Alexander G., Рrofessor, DChSc, Acting Rector of Dmitry Mendeleev University of Chemical Technology of Russia.

1/3, Leninskiye Gory, GSP-1, Moscow, 119991; 9, Miusskaya Str.,  Moscow, 125047.

Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»; Московский государственный университет (МГУ) имени М.В. ЛомоносоваРоссияNational University of Science and Technology “MISIS” ; Lomonosov Moscow State University.Russian FederationНациональный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС».РоссияNational University of Science and Technology “MISIS” .Russian FederationНациональный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»; Российский национальный исследовательский медицинский университет (РНИМУ) имени Н.И. Пирогова .РоссияNational University of Science and Technology “MISIS” ; Russian National Research Medical University .Russian FederationМосковский государственный университет (МГУ) имени М.В. Ломоносова ; Российский химико-технологический университет (РХТУ) имени Д.И. Менделеева .РоссияLomonosov Moscow State University ; Dmitry Mendeleev University of Chemical Technology of Russia.Russian Federation201830032018171139148Copyright © Никитин А.А., Науменко В.А., Водопьянов С.С., Гаранина А.С., Федорова Н.Д., Калабай Е.Д., Савченко А.Г., Абакумов М.А., Мажуга А.Г., 20182018Никитин А.А., Науменко В.А., Водопьянов С.С., Гаранина А.С., Федорова Н.Д., Калабай Е.Д., Савченко А.Г., Абакумов М.А., Мажуга А.Г.Nikitin A.A., Naumenko V.A., Vodopyanov S.S., Garanina A.S., Fedorova N.D., Kalabay E.D., Savchenko A.G., Abakumov M.A., Majouga A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.ssmu.ru/jour/article/view/1124

На сегодняшний день магнитно-резонансная томография (МРТ) является одним из ключевых методов диагностики различных заболеваний. Использование различных контрастных агентов на основе магнитных наночастиц способно повысить эффективность диагностики и, как следствие, качество проводимого впоследствии лечения. Наиболее перспективными контрастными агентами являются наночастицы магнетита кубической формы в связи с их высокими показателями релаксивности, а также биосовместимостью и биоразлагаемостью.

Цель настоящей работы – оценить эффективность МРТ-визуализации опухолевых очагов при помощи кубических наночастиц магнетита (КНЧМ).

Материалы и методы

Материалы и методы. Осуществлен синтез 15 нм КНЧМ, модифицированных биосовместимым сополимером плюроником F127. Полученные КНЧМ и их водные коллоиды были охарактеризованы комплексом физико-химических методов анализа. Затем методом МРТ было проведено исследование эффективности контрастирования различных видов опухолей после внутривенного введения водных коллоидов КНЧМ. Для комплексной оценки полученных результатов в работе использовали три модели опухолей мыши: рак молочной железы 4Т1, рак толстого кишечника СТ-26 и меланома В16. МРТ-исследования проводили до введения частиц, а также через 30 мин, 6 и 24 ч после инъекции в Т2-взвешенном режиме в двух взаимноортогональных проекциях.

Результаты

Результаты. Анализ полученных результатов показал, что наиболее эффективное накопление частиц выявлено в моделях 4Т1 (100%) и В16 (57%), а в модели СТ-26 эффективность накопления составила 50%, что связано с эффектом проницаемости кровеносных сосудов.

Currently magnetic resonance imaging (MRI) is one of the key diagnostics methods of various diseases. Utilizing various contrast agents based on magnetic nanoparticles can improve the diagnostic efficiency and, consequently, the quality of the subsequent treatment. The most promising contrast agents are cubic magnetite nanoparticles, due to their high relaxation rates, as well as biocompatibility and biodegradability.

Thereby, the purpose of this work was to evaluate the effectiveness of MRI imaging of tumors by cubic magnetite nanoparticles (CMN).

Materials and methods

Materials and methods. For this purpose, the synthesis of 15 nm CMN modified with biocompatible copolymer plurlonic F127 was carried out. Synthesized CMN and their water colloids were characterized by a complex of physicochemical methods of analysis. Then, using MRI a study of the effectiveness of contrasting of various tumor types after intravenous administration of CMN aqueous colloids was made. Three models of mouse tumors were used for a comprehensive assessment of obtained results: breast cancer 4T1, colon cancer CT-26 and melanoma B16. MRI studies were performed prior to the administration of the particles, and also after 15 min, 6 hours and 24 hours after injection in T2-weighted regime in two mutually orthogonal projections.

Results

Results. The analysis of the obtained results showed that the most effective accumulation of particles was found in the 4T1 (100%) and B16 (57%) models, and in the case of CT-26 model the accumulation efficiency was 50% due to the effect of the permeability of blood vessels.

аночастицымагнетитмагнитно-резонансная томографияконтрастные агентырак молочной железырак толстого кишечникамеланомаnanoparticlesmagnetitemagnetic resonance imagingcontrast agentsbreast cancercolon cancermelanomaReferencesLee N. et al. Iron Oxide Based Nanoparticles for Multimodal Imaging and Magnetoresponsive Therapy. Chemical Reviews. 2015; 115 (19): 10637–10689. DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00112.Lee N. et al. Iron Oxide Based Nanoparticles for Multimodal Imaging and Magnetoresponsive Therapy. Chemical Reviews. 2015; 115 (19): 10637–10689. DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00112.Yigit M.V., Moore A., Medarova Z. Magnetic nanoparticles for cancer diagnosis and therapy. Pharmaceutical Research. 2012; 29 (5): 1180–1188. DOI:10.1007/s11095012-0679-7.Yigit M.V., Moore A., Medarova Z. Magnetic nanoparticles for cancer diagnosis and therapy. Pharmaceutical Research. 2012; 29 (5): 1180–1188. DOI:10.1007/s11095012-0679-7.Josephson L. et al. The effects of iron oxides on proton relaxivity. Magn. Reson. Imaging. 1988; 6 (6): 647–653.Josephson L. et al. The effects of iron oxides on proton relaxivity. Magn. Reson. Imaging. 1988; 6 (6): 647–653.Ramalho J. et al. Gadolinium-based contrast agent accumulation and toxicity: An update. American Journal of Neuroradiology. 2016; 37 (7): 1192–1198. DOI:10.3174/ ajnr.A4615.Ramalho J. et al. Gadolinium-based contrast agent accumulation and toxicity: An update. American Journal of Neuroradiology. 2016; 37 (7): 1192–1198. DOI:10.3174/ ajnr.A4615.Kievit F.M., Zhang M. Surface engineering of iron oxide nanoparticles for targeted cancer therapy. Acc. Chem. Res. 2011; 44 (10): 853–862. DOI:10.1021/ar2000277.Kievit F.M., Zhang M. Surface engineering of iron oxide nanoparticles for targeted cancer therapy. Acc. Chem. Res. 2011; 44 (10): 853–862. DOI:10.1021/ar2000277.Jun Y.W. et al. Nanoscale Size Effect of Magnetic Nanocrystals and Their Utilization for Cancer Diagnosis via Magnetic Resonance Imaging. J. Am. Chem. Soc. 2005; 127 (16): 5732–5733. DOI: 10.1021/ja0422155.Jun Y.W. et al. Nanoscale Size Effect of Magnetic Nanocrystals and Their Utilization for Cancer Diagnosis via Magnetic Resonance Imaging. J. Am. Chem. Soc. 2005; 127 (16): 5732–5733. DOI: 10.1021/ja0422155.Brooks R.A., Moiny F., Gillis P. On T2-shortening by strongly magnetized spheres: A partial refocusing model. Magn. Reson. Med. 2002; 47 (2): 257–263.Brooks R.A., Moiny F., Gillis P. On T2-shortening by strongly magnetized spheres: A partial refocusing model. Magn. Reson. Med. 2002; 47 (2): 257–263.Zhen G. et al. Comparative Study of the Magnetic Behavior of Spherical and Cubic Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. J. Phys. Chem. C. 2011; 115 (2): 327–334. DOI: 10.1021/jp104953z.Zhen G. et al. Comparative Study of the Magnetic Behavior of Spherical and Cubic Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. J. Phys. Chem. C. 2011; 115 (2): 327–334. DOI: 10.1021/jp104953z.Lee N. et al. Water-dispersible ferrimagnetic iron oxide nanocubes with extremely high r 2 relaxivity for highly sensitive in vivo MRI of tumors. Nano Lett. 2012; 12 (6): 3127–3131. DOI:10.1021/nl3010308.Lee N. et al. Water-dispersible ferrimagnetic iron oxide nanocubes with extremely high r 2 relaxivity for highly sensitive in vivo MRI of tumors. Nano Lett. 2012; 12 (6): 3127–3131. DOI:10.1021/nl3010308.Batrakova E.V., Kabanov A.V. Pluronic block copolymers: Evolution of drug delivery concept from inert nanocarriers to biological response modifiers. Journal of Controlled Release. 2008; 130 (2): 98–106. DOI: 10.1016/j.jconrel.2008.04.013.Batrakova E.V., Kabanov A.V. Pluronic block copolymers: Evolution of drug delivery concept from inert nanocarriers to biological response modifiers. Journal of Controlled Release. 2008; 130 (2): 98–106. DOI: 10.1016/j.jconrel.2008.04.013.Nakamura Y. et al. Nanodrug Delivery: Is the Enhanced Permeability and Retention Effect Sufficient for Curing Cancer? Bioconjugate Chemistry. 2016; 27 (10): 2225–2238. DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.6b00437.Nakamura Y. et al. Nanodrug Delivery: Is the Enhanced Permeability and Retention Effect Sufficient for Curing Cancer? Bioconjugate Chemistry. 2016; 27 (10): 2225–2238. DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.6b00437.Bertrand N. et al. Cancer nanotechnology: The impact of passive and active targeting in the era of modern cancer biology. Advanced Drug Delivery Reviews. 2014; 66: 2–25. DOI: 10.1016/j.addr.2013.11.009.Bertrand N. et al. Cancer nanotechnology: The impact of passive and active targeting in the era of modern cancer biology. Advanced Drug Delivery Reviews. 2014; 66: 2–25. DOI: 10.1016/j.addr.2013.11.009.Riemer J. et al. Colorimetric ferrozine-based assay for the quantitation of iron in cultured cells. Anal. Biochem. 2004; 331 (2): 370–375. DOI: 10.1016/j.ab.2004.03.049.Riemer J. et al. Colorimetric ferrozine-based assay for the quantitation of iron in cultured cells. Anal. Biochem. 2004; 331 (2): 370–375. DOI: 10.1016/j.ab.2004.03.049.Nikitin A. et al. Synthesis, characterization and MRI application of magnetite water-soluble cubic nanoparticles. J. Magn. Magn. Mater. 2017; 441: 6–13. DOI:10.1016/j. jmmm.2017.05.039.Nikitin A. et al. Synthesis, characterization and MRI application of magnetite water-soluble cubic nanoparticles. J. Magn. Magn. Mater. 2017; 441: 6–13. DOI:10.1016/j. jmmm.2017.05.039.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.