RU2758671C1

RU2758671C1 - СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУРНЫХ ДВОЙНЫХ ГИДРОКСИДОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ, ТАКИХ КАК МАГНИЙ ИЛИ КАЛЬЦИЙ, ОБЛАДАЮЩИХ СВОЙСТВОМ ПОВЫШАТЬ pH КЛЕТОЧНОЙ СРЕДЫ, И НАНОСТРУКТУРЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ ДАННЫМ СПОСОБОМ

Info

Publication number: RU2758671C1
Application number: RU2020140207A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Ложкомоев; Ольга Владимировна Бакина; Сергей Олегович Казанцев
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2021-11-01

Abstract

Изобретение относится к медицине, а именно к агентам, повышающим рН микроокружения клеток или бактерий, для более эффективного проведения химиотерапии или антибиотикотерапии. Предлагается способ получения наноструктурного двойного гидроксида на основе алюминия и щелочноземельных металлов, таких как магний химической формулы MgO/Mg₂Al(OH)₇ или кальций химической формулы СаO/Са₂Al(OH)₇, обладающего свойством повышать кислотность клеточной среды в диапазоне значений рН от 8,3 до 11,5, включающий гидролиз порошка состава Al/AlN в растворах солей упомянутых щелочноземельных металлов. Изобретение также относится к наноструктурному двойному гидроксиду на основе алюминия и магния с химической формулой MgO/Mg₂Al(OH)₇, к наноструктурному двойному гидроксиду на основе алюминия и кальция с химической формулой СаO/Са₂Al(OH)₇ и их применению в качестве средства, усиливающего противоопухолевую активность и потенцирующего действие химиотерапевтического препарата, за счёт изменения рН микроокружения опухолевых клеток. Технический результат заключается в снижении концентрации препарата и улучшении эффективности его действия. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил., 4 пр.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к медицине, а именно к агентам, повышающим рН микроокружения клеток или бактерий, для более эффективного проведения химиотерапии или антибиотикотерапии.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно, что характеристики микросреды опухоли можно изменять для разработки более эффективных методов лечения [Front. Oncol., 10 June 2013 | https://doi.org/10.3389/fonc.2013.00154 The tumor microenvironment and strategies to improve drug distribution].

Одним из перспективных методов борьбы с опухолями может стать подавление жизнеспособности клеток через изменение параметров их микроокружения. За счет кислотного микроокружения опухолевые клетки устойчивы к большинству стандартных лекарственных средств. В основном химиотерапевтические препараты являются слабыми основаниями, которые быстро протонируются в кислотном микроокружении опухолевых клеток.

Перспективными материалами для нейтрализации кислотности микроокружения клеток могут стать наноструктуры на основе оксидов металлов.

Известно, что оксиды и гидроксиды алюминия и магния являются нейтрализаторами кислот, адъювантами и обладают хорошими адсорбционными свойствами. Авторами [Li M., Ren L., Li L., He P., Lan G., Zhang Y., Yang, K. Cytotoxic effect on osteosarcoma MG-63 cells by degradation of magnesium//Journal of Materials Science & Technology. – 2014. – Vol. 30. – No. 9. – P. 888-893 и Zhang Y., Ren L., Li M., Lin X., Zhao H., Yang K. Preliminary study on cytotoxic effect of biodegradation of magnesium on cancer cells//Journal of Materials Science & Technology. – 2012. – Vol. 28. – No. 9. – P. 769-772] в экспериментах in vitro показана возможность подавления пролиферации клеток оксидом магния за счет повышения рН микроокружения клеток. Это позволяет рассматривать данный подход в качестве перспективного метода лечения рака, в том числе с использованием субоптимальных концентраций химиопрепаратов [Walsh M., Fais S., Spugnini E. P., Harguindey S., Izneid T. A., Scacco L., Omran, Z. Proton pump inhibitors for the treatment of cancer in companion animals//Journal of Experimental & Clinical Cancer Research. – 2015. – Vol. 34. – No. 1. – P. 93].

Известен патент РФ [RU 2161486, C2, опубл. 10.01.2001], в котором предлагается новое средство на основе синергического активного действия ингредиентов: антибиотика в сочетании с веществом, обладающим впервые обнаруженными свойствами сорбента (смесь порошков, содержащая антибиотик в сочетании с окисью магния) с разносторонним антитоксическим действием, что будет способствовать более полному уменьшению всех видов токсемии и последующему увеличению выживаемости животных, а также предлагается способ лечения радиационно-термических поражений, включающий введение антибиотиков, при этом в первые часы после воздействия антибиотик вводят совместно с сорбентом окисью магния; окись магния вводят через рот или внутрижелудочно, и используют антибиотик из группы хинолонов, или аминогликозидов, или тетрациклинов, который вводят в течение первых 14 суток.

В данном патенте оксид магния применяется только как сорбент, который снижает все виды интоксикации в организме после радиационно-термических обработок, и не рассматривается как агент, потенцирующий действие лекарственного препарата за счет изменения рН микроокружения опухолевых клеток.

Известен патент РФ [RU 2242276, C1, опубл. 20.12.2004], в котором раскрыт сорбент, состоящий из несферических частиц оксида алюминия и частиц волокнистого материала, который дополнительно содержи компонент с отрицательным зарядом поверхности и модификатор, выбранный из ряда оксид или гидрооксид магния, кремния или их смеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид алюминия	не менее 20
Компонент с отрицательным зарядом поверхности	0,5-5,0
Модификатор	0,1-3,0
Волокнистый материал	Остальное

В качестве компонента с отрицательным зарядом поверхности он содержит оксид или гидроксид кремния, железа, марганца, хрома или их смеси.

В известном раскрыт также способ получения сорбента, включающий получение несферических частиц оксида алюминия и смешивание полученных частиц с частицами волокнистого материала, отличающийся тем, что перед смешиванием обоих компонентов к волокнистому материалу добавляют компонент с отрицательным зарядом поверхности, в процессе смешивания трех компонентов производят активацию получаемой смеси, а затем вводят модификатор, выбранный из ряда оксид или гидрооксид магния, кремния или их смеси и снова все перемешивают.

В работе описан способ получения сложного сорбента, состоящего из нескольких компонентов, в том числе волокнистого носителя, что затруднит введение и распределения такого материала в области опухоли.

Известен также продукт в виде агломератов оксигидроксидов металлов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, Mg, Ti или их смеси [RU2560432C2., опубл. 20.08.2015]. Структуры обладают локально высоким уровнем напряженности электрического поля на упомянутых складках, гранях и ребрах граней, составляющим 10⁶-10⁷В/м. Изобретение обеспечивает получение агломератов оксигидратов, которые могут быть использованы в качестве сорбентов или в качестве средства, обладающего ранозаживляющей и антибактериальной активностью, а также для угнетения пролиферативной активности опухолевых клеток. Продукт также раскрыт в Международной заявке [WO2014189412 (A1) ― 2014-11-27].

В патенте предлагается получение механической смеси двух чистых гидроксидов и не рассматривается получение смесей двойных оксидов Al и Mg и Al и Ca с гидратированными оксидами магния или кальция, соответственно, которые могут предлагаются в настоящем изобретении для напаравленного изменения рН микроокружения клеток с целью потенцировать действие химиотерапевтического препарата.

Известна система доставки лекарственного средства [US2010310613 (A1) ― 2010-12-09] для контролируемого высвобождения фармацевтически активного соединения пероральным путем, включающая интеркалат слоистого двойного гидроксида, имеющего перед интеркаляцией слои гидроксидов металлов и интеркалированного в них фармацевтически активного соединения, имеющего по крайней мере одну анионную группу. Предпочтительным слоистым двойным гидроксидом является тот, который имеет слои, содержащие [LiAl2 (OH) 6] +. Система доставки лекарств используется для доставки таких лекарств, как 4-бифенилуксусная кислота, диклофенак, гемфиброзил, ибупрофен, напроксен, 2-пропилпентановая кислота и толфенамовая кислота.

Авторы известного изобретения рассматривают двойные гидроксиды металлов только как средства доставки лекарственных препаратов и не рассматривают их в качестве материалов способных изменить рН микроокружения клеток в заданном диапазоне для усиления действия лекарственных препаратов.

Как можно видеть из вышеприведенного уровня техники оксигидроксиды металлов разной геометрической формы и размеров используются в медицине как средства, обладающие адсорбирующим, ранозаживляющим, антибактериальным действием, потенцирующим действием в отношении антибиотиков, а также как средства для угнетения пролиферативной активности опухолевых клеток однако ранее в вышеприведенных аналогах не раскрыто такое свойство смеси наноструктурных частиц двойных гидроксидов Al и Mg и Al и Ca с гидроксидами магния и кальция, соответственно - MgO/Mg₂Al(OH)₇ и CaO/Са₂Al(OH)₇ при взаимодействии с доксорубицином, что может способствовать увеличению его подвижности вблизи полученных наноструктур и более эффективному проникновению в цитоплазму клеток.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее раскрытие основано на неожиданном наблюдении, что смеси наноструктурных частиц двойных гидроксидов Mg₂Al(OH)₇ и Са₂Al(OH)₇ с гидроксидами магния и кальция соответственно химической формулы MgO/Mg₂Al(OH)₇ и CaO/Са₂Al(OH)₇ , способны в различной степени изменять рН клеточной среды.

Таким образом, одной из задач настоящего изобретения является получения наноструктур двойных гидроксидов магний/алюминий и кальций/алюминий, которые могут потенцировать действие лекарственных препаратов за счет повышении рН микроокружения опухолевых клеток

Технический результат – усиление терапевтического эффекта при проведении химиотерапии или антибиотикотерапии, за счёт изменения кислотности клеточной среды. Изменение рН микроокружения опухолевых клеток позволяет более эффективно проникать химиотерапевтическому препарату в опухолевые клетки. Это позволяет снизить концентрацию препарата и улучшить эффективность его действия.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения предлагаемых в настоящем изобретении наноструктурных двойных гидроксидов на основе алюминия и щелочноземельных металлов, таких как магний или кальций, обладающих свойством изменять кислотность клеточной среды в заданном диапазоне рН включает гидролиз порошка состава Al/AlN в растворах солей неорганических кислот упомянутых щелочноземельных металлов.

При этом, в качестве порошка AlN/Al используют наноразмерные частицы алюмонитридной композиции Al/AlN, содержащей 70 мас. % AlN, полученной методом электрического взрыва проволоки.

Кроме того, используют соль неорганических кислот, выбранных из группы, включающей водорастворимые соли магния или кальция, например хлориды, сульфаты, нитраты и др.

Предпочтительно, что для получения наноструктурных двойных гидроксидов на основе алюминия и магния химической формулы MgO/Mg₂Al(OH)₇ в качестве раствора соли магния используют 1 М раствор MgCl₂.

Предпочтительно, что для получения наноструктурных двойных гидроксидов на основе алюминия и кальция химической формулы СаO/Са₂Al(OH)₇, в качестве раствора соли кальция используют 1 М раствор CaCl₂.

По данным ПЭМ в результате гидролиза нанопорошка состава AlN/Al в 1 М растворе MgCl₂ формируются агломераты размером до 1 мкм со структурой нанолистов, содержащие как алюминий и магний, а также нанопластинки размером 30-50 нм преимущественно обогащенные магнием.

Концентрация солей сильно влияет на процесс гидролиза наноструктур Al/AlN. Использование солей с концентрацией больше 1 М привод к формированию преимущественно чистого оксида что нежелательно. Концентрация меньше 1 М приводит к уменьшению ионов в растворе, что ведет к уменьшению количеств образующегося двойного гидроксида.

Кроме того, гидролиз проводят при постоянной скорости нагрева 1,1-1,3 град/мин при постоянном перемешивании.

Предпочтительно, что реакцию проводят в течение 55-65 мин.

Дополнительно при начале реакции (выделение пузырьков газа) к раствору прибавляем порционно 1 М раствор аммиака для большего выхода двойного гидроксида.

Для получения наноструктур химической формулы СаO/Са₂Al(OH)₇гидролиз проводят в аналогичных условия, как и для магния_.

Концентрация солей также сильно влияет на процесс гидролиза наноструктур Al/AlN. Использование солей с концентрацией больше 1 М привод к формированию преимущественно оксида кальция или магния, что нежелательно. Концентрация меньше 1 М приводит к уменьшению ионов в растворе, что ведет к уменьшению количества образующегося двойного гидроксида.

Гидролиз проводят при постоянной скорости нагрева порядка 1,1-1,3 град/мин при постоянном перемешивании. Реакции проводим в течение 55-65 мин. При начале реакции (выделение пузырьков газа) к раствору прибавляем порционно 1 М раствор аммиака для увеличения выхода двойного гидроксида.

Кроме того, используют полученные электрическим взрывом проволоки наноразмерные частицы алюмонитридной композиции Al/AlN, содержащей 70 мас. % AlN, полученной методом электрического взрыва проволоки.

Поставленная задача достигается также тем, что предлагаемые в настоящем изобретении наноструктурные двойные гидроксиды на основе алюминия и щелочноземельных металлов - магния и кальция (смеси наноструктурных частиц двойных гидроксидов с гидроксидами магния - MgO/Mg₂Al(OH)₇ или кальция - СаO/Са₂Al(OH)₇) обладают свойством повышать кислотность клеточной среды за счет повышения рН микроокружения клеток в диапазоне от 8,3 до 11,5. MgO/Mg₂Al(OH)₇ в диапазоне рН 8,3-8,5 и СаO/Са₂Al(OH)₇ в диапазоне рН 11,2-11,5.

Наноструктурные двойные гидроксиды химической формулы MgO/Mg₂Al(OH)₇ представляют собой агломераты размером до 1 мкм со структурой нанолистов, содержащие алюминий и магний, а также включают нанопластинки размером 30-50 нм преимущественно обогащенные магнием - MgO×nH₂O.

Наноструктурные двойные гидроксиды химической формулы СаO/Са₂Al(OH)₇ представляют собой нанопластинки размером от 50 нм до 1 мкм.

При этом алюминием преимущественно обогащены более крупные пластинки размером 0,2-1 мкм, в то время как кальций равномерно распределен по всему объему наноструктур.

Кроме того, величина площади удельной поверхности наноструктур MgO/Mg₂Al(OH)₇составляет 36±1 м²/г, а наноструктур СаO/Са₂Al(OH)₇ – 9,2±0,8 м²/г.

Кроме того, они имеют положительный дзета-потенциал в воде при рН равном 7,2, при этом для наноструктур MgO/Mg₂Al(OH)₇он составляет +21,0±2,2 мВ, для СаO/Са₂Al(OH)₇ – +40,1±4,6 мВ.

Исследование микроструктуры продуктов гидролиза нанопорошка AlN/Al в растворе хлорида кальция CaCl₂(1М) методом ПЭМ, показало, что в результате реакции формируются нанопластинки размером от 50 нм до 1 мкм. Алюминием преимущественно обогащены более крупные пластинки размером 0,2-1 мкм, в то время как кальций равномерно распределен по всему объему наноструктур.

При использовании наноструктур СаO/Са₂Al(OH)₇ выше концентрации 1 мг/мл достигается значение IC50 (50% выживших клеток), для наноструктур MgO/Mg₂Al(OH)₇значение IC50 достигается при концентрации 1,25 мг/мл. Соответственно, синергетический эффект можно рассматривать при меньших концентрациях наноструктур.

Поставленная задача достигается также тем, что наноструктуры MgO/Mg₂Al(OH)₇ имеющие величину удельной поверхности не менее 36±1 м²/г и дзета-потенциал измеренный в воде при 25 °С не менее +21,0±2,2 мВ или наноструктуры кальция - СаO/Са₂Al(OH)₇, имеющие величину удельной поверхности не менее 9,2±0,8 м²/г и дзета-потенциал измеренный в воде при 25 °С не менее ++40,1±4,6 мВ применяют в качестве средства усиливающего противоопухолевую активность и потенцирующего действие химиотерапевтического препарата, за счёт повышения рН микроокружения опухолевых клеток до значений в пределах от 8,3 до 8,5 для MgO/Mg₂Al(OH)₇ и от 11,2 до 11,5 для СаO/Са₂Al(OH)₇.

Кроме того, синергетический потенцирующий эффект (когда концентрация живых клеток после инкубированияя меньше 50 % относительно контроля) достигается при использовании концентрации наноструктур MgO/Mg₂Al(OH)₇ от 1 до 1,25 мг/мл и, например, доксорубицина с концентрацией не менее 1 мкг/мл.

Кроме того, синергетический потенцирующий эффект достигается при использовании концентрации наноструктур СаO/Са₂Al(OH)₇от 0,5 до 1 мг/мл и, например, доксорубицина с концентрацией не менее 1 мкг/мл.

В настоящем изобретении предлагается синтезировать наноструктурные двойные гидроксиды на основе алюминия и щелочноземельных металлов - магния и кальция - с различными кислотно-основными свойствами поверхности, способными изменять кислотность клеточной среды в заданном диапазоне рН. Синтезированные наноструктуры характеризуются набором значений рКа от 3,46 до 12,8 с преобладанием основных центров с рКа от 7,4 до 12.8.

Несмотря на достигнутый в последние годы прогресс в применении новых подходов к лечению онкологических заболеваний, химиотерапия продолжает оставаться наиболее часто применяемым методом при лечении злокачественных новообразований.

В качестве химиотерапевтического препарата был выбран доксорубицин, который широко применяется для паллиативной химиотерапии и обладает выраженным антипролиферативным и цитотоксическим действием, однако использование традиционных химиопрепаратов вызывает серьезные побочные эффекты, связанные с токсическим воздействием на здоровые ткани и развитием лекарственной резистентности опухолевых клеток.

Применение доксорубицина совместно с наноструктурами позволит снизить концентрацию и токсичность химиопрепарата.

В качестве наноструктурных двойных гидроксидов были использованы синтезированные композиты СаO/Са₂Al(OH)₇ и MgO/Mg₂Al(OH)₇, в разной степени повышающие значение показателя рН клеточной среды.

Было установлено, что заметный потенцирующий эффект достигается при использовании концентрации наноструктур от 0,5 до 1,25 мг/мл и концентрации доксорубицина 1 мкг/мл. Подавление жизнедеятельности опухолевых клеток составляет более 50 %. Наибольшее противоопухолевое действие достигается при использовании комбинации наноструктур СаO/Са₂Al(OH)₇ и доксорубицина.

Таким образом, впервые при окислении водой нанопорошка AlN/Al в растворах солей магния и кальция были получены смеси наноструктурных частиц двойных гидроксидов с гидроксидами магния или кальция, способные в различной степени изменять рН клеточной среды, приводя к потенцированию действия такого химиотерапевтичекого препарата как, например, доксорубицин.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 – Приведены кривые изменения рН среды от времени контакта наночастиц со средой.

Фиг. 2 – ПЭМ изображение и ЭДС анализ продуктов гидролиза нанопорошка AlN/Al в присутствии MgCl₂ (1 М).

Фиг. 3 – приведена рентгенограмма продуктов окисления наночастиц AlN/Al в присутствии MgCl2 (1 М).

Фиг. 4 – приведено ПЭМ изображение и ЭДС анализ продуктов гидролиза нанопорошка AlN/Al в присутствии CaCl2 (1 М).

Фиг. 5 – приведена рентгенограмма продуктов окисления наночастиц AlN/Al в присутствии CaCl2 (1 М).

Фиг. 6 – Распределение дзета-потенциала синтезированных наноструктурных гидроксидов, где 1) СаO×nH₂O; 2) Mg×nH₂O; 3) MgO/Mg₂Al(OH)₇; 4) СаO/Са₂Al(OH)₇

Фиг.7 – Распределение кислотно-основных центров синтезированных образцов, где 1) СаO/Са₂Al(OH)₇; 2) MgO/Mg₂Al(OH)₇

Фиг. 8 – Зависимости жизнеспособности опухолевых клеток Neuro-2а от концентрации доксорубицина (а) и наноструктурных гидроксидов (б).

Фиг. 9 – Потенцирующая способность наноструктурных гидроксидов по отношению к доксорубицину на примере линии опухолевых клеток Neuro-2a

Фиг. 10 – Приведены спектры поглощения доксорубицина (а) после экспозиции с образцами наноструктурных гидроксидов; б) после нейтрализации адсорбата.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Синтез сложных двойных гидроксидов, предлагаемых в настоящем изобретении наноструктур на основе алюминия, магния и кальция, проводили гидролизом нанопорошка AlN/Al, в растворах солей неорганических кислот кальция и магния различной концентрации.

В качестве нанопорошка AlN/Al использовали алюмонитридную композицию, содержащую 70 мас. % AlN, полученную методом электрическим взрыва алюминиевой проволоки в атомосфере азота.

Пример 1. Получение наноструктур на основе алюминия и магния MgO/Mg₂Al(OH)₇.

Для синтеза наноструктур к 100 мл раствора соли MgCl₂ с концентрацией 1М при постоянном перемешивание прибавляли 1 г нанопорошка Al/AlN. Полученную суспезию равномерно нагревали до 60 °С со скоростью нагрева 1,1 град/мин. После начала газовыделения к раствору по каплям прибаляли 1 М раствор щелочи для поддержания рН среды на уровне 9.5-10. Реакцию проводили в течение часа. После чего растворы отфильтровывали и тщательно промывали дистиллированной водой. Затем сушили при 120 °С в течение 2 часов.

Пример. 2 Получение наноструктур на основе алюминия и кальция СаO/Са₂Al(OH)₇

Для синтеза наноструктур к 100 мл раствора соли СаCl₂ с концентрацией 1М при постоянном перемешивание прибавляли 1 г нанопорошка Al/AlN. Полученную суспезию равномерно нагревали до 60 °С со скоростью нагрева 1,1 град/мин. После начала газовыделения к раствору по каплям прибаляли 1 М раствор щелочи для поддержания рН среды на уровне 9.5-10. Реакцию проводили в течение часа. После чего растворы отфильтровывали и тщательно промывали дистиллированной водой. Затем сушили при 120 °С в течение 2 часов.

Пример 3. Для сравнения гидролизом соответствующих хлоридов металлов получали наноструктуры Ca(OH)₂ и Mg(OH)₂.

Для синтеза чистых гидроксидов к 100 мл растворов соответствующих солей (MgCl₂ или СаCl₂) по каплям, при постоянном перемешивание, прибавляли концентрированный раствор аммиака до создания рН среды порядка 12. Затем раствор фильтровали и тщательно промывали дистиллированной водой. После чего суши при 120 °С в течение 2 часов.

В результате проведенных экспериментов по примерам 1-3 был получен ряд образцов в виде однокомпонентных и композитных двойных гидроксидов металлов, которые в разной степени изменяли рН среды Игла МЕМ для культивирования клеток. Кинетика изменения рН клеточной среды Игла МЕМ при экспозиции с образцами, приведена на фиг.1. (1 – CaO×nH₂O; 2 – MgO×nH₂O; 3 – СаO/Са₂Al(OH)7; 4 – MgO/Mg₂Al(OH)₇; 5 – Al₂O₃×nH₂O).

Данные, представленные на фиг. 1 показывают, что полученные наноструктурные гидроксиды в разной степени изменяют рН клеточной среды.

По данным ПЭМ в результате гидролиза нанопорошка AlN/Al в 1 М растворе MgCl₂ формируются агломераты размером до 1 мкм со структурой нанолистов, содержащие алюминий и магний, а также нанопластинки размером 30-50 нм преимущественно обогащенные магнием - MgO×nH₂O (фиг. 2).

По данным РФА (фиг. 3), основные пики продуктов окисления Al/AlN в присутствии хлорида магния соответствуют гидратированному оксиду магния MgO×nH₂O (PDF 01-084-2163) и двойному гидроксиду Mg₂Al(OH)₇ (PDF 00-048-0601).

Исследование микроструктуры продуктов гидролиза нанопорошка AlN/Al в растворе хлорида кальция CaCl₂(1М) методом ПЭМ, показало, что в результате реакции формируются пластинчатые структуры размером от 50 нм до 1 мкм (фиг. 4). Алюминием преимущественно обогащены более крупные пластинки, в то время как кальций равномерно распределен по объему всех исследованных структур.

По данным РФА (фиг. 5) основные рефлексы соответствуют фазам гидроксида кальция СаO×nH₂O (PDF 01-084-1271) и двойного гидроксида Са₂Al(OH)₇×3Н₂О (PDF 00-016-0333).

При исследовании текстурных характеристик было установлено, что величина площади удельной поверхности наноструктур MgO/Mg₂Al(OH)₇ составляет 36±1 м2/г, а наноструктур СаO/Са₂Al(OH)₇ – 9,2±0,8 м2/г.

Полученные образцы имеют положительный дзета-потенциал в воде при рН равном 7.2 (фиг.6). Для наноструктур MgO/Mg₂Al(OH)7 он составляет +21,0±2,2 мВ, для СаO/Са₂Al(OH)₇ – +40,1±4,6 мВ.

Для сравнения был измерен дзета-потенциал частиц Mg×nH2O и СаO×nH2O, который составляет +8,3±0,5 мВ и +21±1 мВ, соответственно.

Для полученных образцов при помощи спектрофотометрического метода адсорбции индикаторов с различными значениями рКа в воде были исследованы кислотно-основные свойства поверхности (фиг. 7). Установлено, что на поверхности композитных двойных гидроксидов имеются как кислотные бренстедовские центры, так и основные бренстедовские центры, при этом их концентрация (q) зависит от химического состава образцов.

Пример 4. Для оценки влияния кислотно-основных свойств поверхности наноструктурных двойных гидроксидов металлов на противоопухолевую активность и потенцирующую способность по отношению к стандартному химиотерапевтическому препарату была проведена серия экспериментов с использованием линии опухолевых клеток нейробластомы мыши Neuro-2a.

В качестве химиотерапевтического препарата для паллиативной химиотерапии широко применяется доксорубицин, он обладает выраженным антипролиферативным и цитотоксическим действием, однако использование таких традиционных химиопрепаратов вызывает серьезные побочные эффекты, связанные с токсическим воздействием на здоровые ткани и развитием лекарственной резистентности опухолевых клеток.

Применение доксорубицина совместно с наноструктурами позволит снизить концентрацию и токсичность химиопрепарата. В качестве наноструктурных двойных гидроксидов были использованы синтезированные по примеру 1 и 2 наноструктуры СаO/Са₂Al(OH)₇ и MgO/Mg₂Al(OH)₇, в разной степени повышающие значение показателя рН клеточной среды. Для сравнения использовали частицы СаO×nH₂O и MgO×nH₂O.

Для выбора оптимальной дозы для исследуемой клеточной линии были предварительно построены при помощи МТТ-теста кривые зависимости цитотоксичности наноструктур и доксорубицина от их концентрации. На фиг. 8 приведены результаты исследования жизнеспособности клеточной линии Neuro-2a в зависимости от концентрации доксорубицина (фиг.8а) и наноструктур (фиг. 8б).

Жизнеспособность опухолевых клеток значимо снижается при инкубировании с доксорубицином в концентрации более 10 мкг/мл. Зависимость жизнеспособности клеток от концентрации наноструктур практически линейная. Наноструктуры в концентрациях до 0,25 мг/мл обладают низкой токсичностью по ГОСТ ИСО 10993-5-2009 (снижение жизнеспособности не превышает 20 % относительно отрицательного контроля). В концентрации от 0,5 до 1,5 мг/мл композитные наноструктуры обладают средней цитотоксичностью.

При исследовании совместного противоопухолевого действия клетки предварительно инкубировали с наноструктурами в течение 2 часов, далее в клеточную среду добавляли раствор доксорубицина, так, чтобы его концентрация составила 1 мкг/мл. Наноструктуры двойных гидроксидов добавляли в максимально недействующей концентрации и в минимально действующей концентрации. Полученные результаты совместного действия приведены на фиг. 9.

Из фиг. 9 видно, что заметный синергетический потенцирующий эффект достигается при использовании концентрации наноструктур от 0,5 до 1,5 мг/мл. Подавление жизнедеятельности опухолевых клеток составляет от 36 % до 74 %. Наибольшее противоопухолевое действие достигается при использовании комбинации наноструктур СаO/Са₂Al(OH)₇ и доксорубицина.

Исследование сорбционных характеристик синтезированных наноструктурных двойных гидроксидов на примере доксорубицина проводили в статических условиях. Концентрацию препарата определяли спектрофотометрическим методом. При экспозиции образцов с доксорубицином наблюдалось изменение спектра поглощения препарата (фиг. 10 а). Такое изменение обусловлено способностью синтезированных наноструктур изменять показатель рН водных растворов, смещая его в щелочную сторону. В результате этого доксорубицин депротонируется и переходит в щелочную форму, приобретая фиолетовое окрашивание. На спектре поглощения образцов наблюдается смещение максимума основной полосы (480 нм). Для предотвращения изменения спектра поглощения химиопрепарата полученный адсорбат нейтрализовали раствором соляной кислоты в концентрации 0,1 М до рН 7,2. После этого повторяли измерение спектра поглощения и рассчитывали сорбционную емкость образцов по снижению оптической плотности D в максимуме поглощения в видимой области (фиг. 10 б).

Полученные результаты позволили рассчитать полную сорбционную емкость полученных наноструктурных двойных гидроксидов по доксорубицину. Для наноструктур MgO/Mg₂Al(OH)₇ сорбционная емкость составила 0,051 мг/г, для СаO/Ca₂Al(OH)₇ – 0,041 мг/г.

Было установлено, что при взаимодействии синтезированных наноструктурных двойных гидроксидов с доксорубицином происходит его депротонирование, что может способствовать увеличению его подвижности вблизи полученных наноструктур и более эффективному проникновению в цитоплазму клеток. При проникновении в цитоплазму клеток с рН≈7 доксорубицин будет переходить в кислотную форму и оказывать терапевтический эффект. Низкая сорбционная емкость полученных наноструктурных двойных гидроксидов по отношению к доксорубицину не будет существенно влиять на его концентрацию в организме.

Claims

1. Способ получения наноструктурного двойного гидроксида на основе алюминия и щелочноземельных металлов, таких как магний химической формулы MgO/Mg₂Al(OH)₇ или кальций химической формулы СаO/Са₂Al(OH)₇, обладающего свойством повышать кислотность клеточной среды в диапазоне значений рН от 8,3 до 11,5, включающий гидролиз порошка состава Al/AlN в растворах солей упомянутых щелочноземельных металлов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве порошка Al/AlN используют наноразмерные частицы алюмонитридной композиции Al/AlN, содержащей 70 мас. % AlN, полученной методом электровзрыва алюминиевой проволоки в атмосфере азота.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве раствора соли металлов используют водорастворимые соли магния или кальция, например хлориды, сульфаты, нитраты.

4. Способ по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что для получения наноструктурного двойного гидроксида на основе алюминия и магния химической формулы MgO/Mg₂Al(OH)₇ в качестве раствора соли магния используют 1 М раствор MgCl₂.

5. Способ по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что для получения наноструктурного двойного гидроксида на основе алюминия и кальция химической формулы СаO/Са₂Al(OH)₇ в качестве раствора соли кальция используют 1 М раствор CaCl₂.

6. Наноструктурный двойной гидроксид на основе алюминия и магния с химической формулой MgO/Mg₂Al(OH)₇, обладающий свойством повышать pH клеточной среды до значений в пределах от 8,3 до 8,5.

7. Гидроксид по п. 6, отличающийся тем, что он представляет собой агломераты размером до 1 мкм со структурой нанолистов, содержащие алюминий и магний, а также нанопластинки размером 30-50 нм, преимущественно обогащенные магнием.

8. Гидроксид по п. 6, отличающийся тем, что величина площади его удельной поверхности составляет 36±1 м²/г.

9. Гидроксид по п. 6, отличающийся тем, что имеет положительный дзета-потенциал в воде при рН, равном 7,2, составляющий +21,0±2,2 мВ.

10. Наноструктурный двойной гидроксид на основе алюминия и кальция с химической формулой СаO/Са₂Al(OH)₇, обладающий свойством повышать pH клеточной среды до значений в пределах от 11,2 до 11,5.

11. Гидрооксид по п. 10, отличающийся тем, что он представляет собой нанопластинки размером от 50 нм до 1 мкм, при этом алюминием преимущественно обогащены более крупные пластинки размером 0,2-1 мкм, в то время как кальций равномерно распределен по всему объему структуры упомянутого гидроксида.

12. Гидроксид по п. 10, отличающийся тем, что величина площади его удельной поверхности составляет 9,2±0,8 м²/г.

13. Гидроксид по п. 10, отличающийся тем, что имеет положительный дзета-потенциал в воде при рН, равном 7,2, составляющий +40,1±4,6 мВ.

14. Применение наноструктурного двойного гидроксида MgO/Mg₂Al(OH)₇ по пп. 6-9 или наноструктурного двойного гидроксида CaO/Ca₂Al(OH)₇ по пп. 10-13, полученных по пп. 1-5, в качестве средства, усиливающего противоопухолевую активность и потенцирующего действие химиотерапевтического препарата, за счёт изменения рН микроокружения опухолевых клеток.

15. Применение по п. 14, отличающееся тем, что для достижения синергетического потенцирующего эффекта используют концентрацию наноструктурного двойного гидроксида MgO/Mg₂Al(OH)₇ не менее 1 и не более 1,5 мг/мл и доксорубицин с концентрацией не менее 1 мкг/мл.

16. Применение по п. 14, отличающееся тем, что для достижения синергетического потенцирующего эффекта используют концентрацию наноструктурного двойного гидроксида CaO/Ca₂Al(OH)₇ не менее 0,5 и не более 1 мг/мл и доксорубицин с концентрацией не менее 1 мкг/мл.