Протекторные свойства аблированных наночастиц оксида церия для клеточных культур в условиях окислительного стресса при ультрафиолетовом и ионизирующем облучении

Цель. Исследование протекторных свойств аблированных наночастиц оксида церия для клеточных культур в окислительной реакции при ультрафиолетовом и ионизирующем облучении.

Методы. Методом лазерной абляции получены наночастицы диоксида церия с высокой антиоксидантной активностью. С помощью атомно-силовой микроскопии выполнена характеризация аблированных наночастиц диоксида церия и клеток, инкубированных с наночастицами диоксида церия. Исследованы протекторные свойства наночастиц диоксида церия после 0 (без инкубации), 6и 24-часовой инкубации с помощью колориметрического метода MTT-теста.

Результаты. Методом лазерной абляции были получены наночастицы оксида церия с предельным размером до 50 нм. Полученные наночастицы были инкубированы с клеточными линиями BJ TERT в течение 6 и 24 часов. Образцы были подвергнуты ультрафиолетовому и ионизирующему облучению с целью выявления протекторных свойств наночастиц CeO2. По результатам МТТ теста установлено, что инкубация с наночастицами диоксида церия имеет выраженный протективный эффект на клеточную линию BJ TERT. После УФ-облучения 6-часовая и 24-часовая инкубация наночастиц оксида церия с клеточной культурой обеспечивает на 15±5% и 20±5% больше выживаемости клеток соответственно, чем без частиц. После ионизирующего излучения процент выживаемости клеток инкубированных в течение 24 часов с наночастицами церия также повышается на 20±5%.

Заключение. В данной работе показано, что аблированные наночастицы диоксида церия оказывают протективный эффект в отношении здоровых клеток линии BJ TERT. В работе показано, что наночастицы оксида церия являются перспективными антиоксидантами, способными обеспечить протекторное действие для клеточных культур от ультрафиолетового и ионизирующего облучения.

1. Occupational UV-exposure is a major risk factor for basal cell carcinoma: results of the populationbased case-control study FB-181 / J. Schmitt, E. Haufe, F. Trautmann [et al.] // Journal of occupational and environmental medicine. 2018. Vol. 60, no. 1. P. 36–43. http://doi.org/10.1097/JOM.00000000000001217.

2. Is ultraviolet exposure acquired at work the most important risk factor for cutaneous squamous cell carcinoma? Results of the population‐based case–control study FB‐181 / J. Schmitt, E. Haufe, F. Trautmann [et al.] // British Journal of Dermatology. 2018. Vol. 178, no. 2. P. 462–472. http://doi.org/10.1111/bjd.16286.

3. Melanoma management: from epidemiology to treatment and latest advances / J. Lopes, C. M. P. Rodrigues, M. M. Gaspar, C. Pinto Reis // Cancers. 2022. Vol. 14, no. 19. P. 4652. http://doi.org/10.3390/cancers14194652.

4. Designing and engineering of nanocarriers for bioapplication in cancer immunotherapy / Y. Li, X. Zhang, X. Liu [et al.] // ACS Applied Bio Materials. 2020. Vol. 3, no. 12. P. 8321–8337. http://doi.org/10.1021/acsabm.0c01272.

5. Shape effect of zinc-tin oxide nanostructures on photodegradation of methylene blue and rhodamine B under UV and visible light / A. Rovisco, R. Branquinho, J. Deuermeier [et al.] // ACS Applied Nano Materials. 2021. Vol. 4, no. 2. P. 1149–1161. http://doi.org/10.1021/acsanm.0c02782.

6. Microwave-assisted synthesis of Zn2SnO4 nanostructures for photodegradation of rhodamine b under UV and sunlight / A. Rovisco, M. Morais, R. Branquinho [et al.] // Nanomaterials. 2022. Vol. 12, no. 12. P. 2119. http://doi.org/10.3390/nano12122119.

7. Photocatalytic activity improvement and application of UV-TiO2 photocatalysis in textile wastewater treatment: A review / M. R. S. Al-Mamun, B. Kader, M. S. Islamb, M. Z. H. Khan // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2019. Vol. 7, no. 5. P. 103248. http://doi.org/10.1016/j.jece.2019.103248/

8. Artesunate treatment ameliorates ultraviolet irradiation-driven skin photoaging via increasing β-catenin expression / L. Tian, D. Ke, Y. Hong [et al.] // Aging (Albany NY). 2021. Vol. 13, no. 23. P. 25325. http://doi.org/10.18632/aging.203749.

9. Cadet J., Douki T. Formation of UV-induced DNA damage contributing to skin cancer development // Photochemical & Photobiological Sciences. 2018. Vol. 17, no. 12. P. 1816–1841. http://doi.org/10.1039/C7PP00395A.

10. Sample A., He Y. Y. Mechanisms and prevention of UV‐induced melanoma // Photodermatology, photoimmunology & photomedicine. 2018. Vol. 34, no. 1. P. 13–24. http://doi.org/10.1111/phpp.12329.

11. Physicochemical characterization and antioxidant properties of cerium oxide nanoparticles / R. A. Vazirov, S. Yur. Sokovnin, V. Ilves [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1115, no. 3. P. 032094. http://doi.org/10.1088/1742-6596/1115/3/032094.

12. Antioxidant activity of cerium dioxide nanoparticles and nanorods in scavenging hydroxyl radicals / A. Filippi, F. Liu, J. Wilson [et al.] // RSC advances. 2019. Vol. 9, no. 20. P. 11077–11081. http://doi.org/10.1039/C9RA00642G.

13. A brief overview on antioxidant activity determination of silver nanoparticles / Z. Bedlovičová, I. Strapáč, M. Baláž, A. Salayová // Molecules. 2020. Vol. 25, no. 14. P. 3191. http://doi.org/10.3390/molecules25143191.

14. Silver nanoparticles: properties, synthesis, characterization, applications and future trends / S. T. Galatage, A. S. Hebalkar, S. V. Dhobale [et al.] // Silver Micro-Nanoparticles: Properties, Synthesis, Characterization, and Applications / ed. by S. Kumar, P. Kumar and C. Sh. Pathak. IntechOpen, 2021. URL: https://www.intechopen.com/chapters/77702 (accesssed 30.08.2023). http://doi.org/10.5772/intechopen.99173.

15. UV absorption by cerium oxide nanoparticles/epoxy composite thin films / N. Dao, N. M. Luu, Q. K. Nguyen, B. S. Kim // Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 2011. Vol. 2, no. 4. P. 045013. http://doi.org/10.1088/2043-6262/2/4/045013.

16. Dhall A., Self W. Cerium oxide nanoparticles: a brief review of their synthesis methods and biomedical applications // Antioxidants. 2018. Vol. 7, no. 8. P. 97. http://doi.org/10.3390/antiox7080097.

17. Structural and optical properties of CeO2 nanoparticles synthesized by modified polymer complex method / J. Calvache-Muñoz, F. A. Prado, L. Tirado [et al.] // Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2019. Vol. 29. P. 813–826. http://doi.org/10.1007/s10904-018-01056-1.

18. Simple synthesis of biocompatible stable CeO2 nanoparticles as antioxidant agents / A. GarzonManjon, A. Aranda-Ramos, B. Melara-Benítez [et al.] // Bioconjugate Chemistry. 2018. Vol. 29, no. 7. P. 2325–2331. http://doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.8b00300.

19. Modeling the kinetic behavior of reactive oxygen species with cerium dioxide nanoparticles / K. Reed, N. Bush, Z. Burns [et al.] // Biomolecules. 2019. Vol. 9, no. 9. P. 447. http://doi.org/10.3390/biom9090447.

20. Effect of pH on antioxidant properties of ablated CeO2 nanoparticles in photocatalytic process / M. A. Pugachevskii, V. A. Mamontov, A. V. Suy, A. P. Kuzmenko // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2022. Vol. 106. P. 74–76. http://doi.org/10.1016/j.jiec.2021.10.036.

21. Nyabadza A., Vazquez M., Brabazon D. A review of bimetallic and monometallic nanoparticle synthesis via laser ablation in liquid // Crystals. 2023. Vol. 13, no. 2. P. 253. http://doi.org/10.3390/cryst13020253.

22. Antibacterial activity of zinc oxide nanostructured materials synthesis by laser ablation method / K. S. Khashan, Ban A. Badr, G. Sulaiman [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1795, no. 1. P. 012040. http://doi.org/10.1088/1742-6596/1795/1/012040.

23. Pugachevskii M. A. Structural-defect formation in CeO2 nanoparticles upon laser ablation // Technical Physics Letters. 2017. Vol. 43. P. 698–700. http://doi.org/10.1134/S1063785017080120.

24. Лазерный синтез наноматериалов для создания нового семейства электрохимических микробиосенсоров / С. В. Кочемировская, М. О. Новомлинский, А. А. Фогель, В. А. Кочемировский // Формулы Фармации. 2020. Т. 2, № 3. С. 74–88. http://doi.org/10.17816/phf41941/2713-153X-2020-3-2-74-88.

25. Antioxidant properties of stabilized CeO2 nanoparticles / M. A. Pugachevskii, V. A. Mamontov, A. P. Kuzmenko, A. N. Chibisov // Physica status solidi (a). 2021. Vol. 218, no. 20. P. 2100355. http://doi.org/10.1002/pssa.202100355.

26. Исследование антиоксидантных свойств аблированных наночастиц диоксида церия в окислительной реакции Фентона / М. А. Пугачевский, В. А. Мамонтов, А. П. Кузьменко, Ю. А. Неручев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 11, № 1. С. 63–76.

27. The MTT assay: utility, limitations, pitfalls, and interpretation in bulk and single-cell analysis / M. Ghasemi, T. Turnbull, S. Sebastian, I. Kempson // International journal of molecular sciences. 2021. Vol. 22, no. 23. P. 12827. http://doi.org/10.3390/ijms222312827.

28. Synthesis of nanoparticles by laser ablation: A review / M. Kim, S. Osone, T. Kim [et al.] // KONA Powder and Particle Journal. 2017. Vol. 34. P. 80–90. http://doi.org/10.14356/kona.2017009.

29. Understanding nanoparticle endocytosis to improve targeting strategies in nanomedicine / M. S. de Almeida, E. Susnik, B. Drasler [et al.] // Chemical Society Reviews. 2021. Vol. 50, no. 9. P. 5397– 5434. http://doi.org/10.1039/D0CS01127D.

30. Pugachevskii M. A. Structural, electronic, and antioxidant properties of ablated CeО2 nanoparticles with controlled limiting size // Journal of Material Sciences & Engineering. 2021. Vol. 10, no. 9. URL: https://www.hilarispublisher.com/open-access/structural-electronic-and-antioxidant-properties-of-ablatedceo2-nanoparticles-with-controlled-limiting-size.pdf (accesssed 30.08.2023).

31. Mamontov V. A., Ryzhenkova A. Y., Pugachevskii M. A. Characterization of size and morphological composition of ablated nanoparticles of cerium dioxide after ultrasonic dispersion and centrifugation in aqueous solution // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2064, no. 1. P. 012083. http://doi.org/10.1088/1742-6596/2064/1/012083.

32. Получение аблированных частиц CeO2 с нанодисперсным распределением по составу / М. А. Пугачевский, В. А. Мамонтов, Ней Вин Аунг, А. С. Чекаданов, А. П. Кузьменко // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46, № 20. С. 38–41. http://doi.org/10.21883/PJTF.2020.20.50155.18286.

33. Pustišek N., Šitum M. UV-radiation, apoptosis and skin // Collegium antropologicum. 2011. Vol. 35, no. 2. P. 339–341.