Соединения наноразмерного фосфата церия в перспективе биомедицинского применения для заживления ран
- Авторы: Додонова С.А.1, Крюков А.А.1, Ступин В.А.2, Мантурова Н.Е.2, Чувилина Е.Л.3, Гасанов А.А.3, Андреева О.И.3,4, Артюшкова Е.Б.1, Силина Е.В.4
-
Учреждения:
- Курский государственный медицинский университет
- Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова
- ООО «Ланхит»
- Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова
- Выпуск: Том 27, № 4 (2025)
- Страницы: 535-546
- Раздел: Оригинальное исследование
- URL: https://ogarev-online.ru/1682-7392/article/view/363042
- DOI: https://doi.org/10.17816/brmma689101
- EDN: https://elibrary.ru/FSFGZK
- ID: 363042
Цитировать
Аннотация
Обоснование. Заживление кожных ран — важная проблема общественного здравоохранения во всем мире, оказывающая значительное влияние на качество жизни пациентов. Продолжающиеся поисковые исследования показывают устойчивый рост перспективных результатов по использованию наночастиц при заживлении ран. Однако несмотря на многочисленные работы в области биомедицинских исследований наночастиц, наноцерий до сих пор не нашел реального практического применения.
Цель. Выявление биологических эффектов наноразмерных соединений фосфатов церия с последующей оценкой влияния различных концентраций золей на пролиферативную активность клеток, участвующих в регенерации и заживлении кожных ран.
Методы. Производственным путем были получены разновалентные соединения церия в форме наноразмерного порошка фосфата, содержащего как Се3+, так и Се4+, а также нанокомпозиты с включением метилцеллюлозы. Клеточная культура фибробластов человека была соинкубирована с различными золями наночастиц фосфата церия. Оценку пролиферативной активности проводили с помощью теста тиазолила синего тетразолия бромида и прямого подсчета клеток с определением соотношения «живые/мертвые» через 72 ч после соинкубирования с образцами.
Результаты. Показано, что наночастицы фосфата церия значительно стимулируют метаболическую активность клеток без существенного влияния на их количество. Наиболее выраженный эффект зафиксирован для фосфата в комплексе с метилцеллюлозой Ce3+/4+ + метилцеллюлоза в концентрации 0,5 г/л и образцов ортофосфата церия(III) CePO4-I, CePO4-II также при максимальной концентрации 10−3 М. Цитотоксический эффект всех исследованных образцов отсутствовал.
Заключение. Установлено выраженное стимулирующее биологическое действие соединений наноразмерного фосфата церия, в том числе нанокомпозитов на основе метилцеллюлозы, на клеточные культуры, участвующие в регенерации, что определяет потенциальную возможность для создания оптимального изделия медицинского назначения, включающего наночастицы фосфата церия, для заживления ран различного генеза. Однако представленные результаты не объясняют механизмы реализации этого стимулирования.
Об авторах
Светлана Александровна Додонова
Курский государственный медицинский университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8491-3082
SPIN-код: 1950-2445
канд. мед. наук
Россия, КурскАлексей Анатольевич Крюков
Курский государственный медицинский университет
Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3181-7828
SPIN-код: 7452-6118
канд. мед. наук, доцент
Россия, КурскВиктор Александрович Ступин
Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова
Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9522-8061
SPIN-код: 9346-7895
д-р мед. наук, профессор
Россия, МоскваНаталья Евгеньевна Мантурова
Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова
Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4281-1947
SPIN-код: 5232-0412
д-р мед. наук, профессор
Россия, МоскваЕлена Львовна Чувилина
ООО «Ланхит»
Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-2444-9626
SPIN-код: 7726-0312
канд. техн. наук
Россия, МоскваАхмедали Амиралы оглы Гасанов
ООО «Ланхит»
Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-7877-1414
SPIN-код: 5892-6883
канд. хим. наук
Россия, МоскваОльга Ивановна Андреева
ООО «Ланхит»; Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова
Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4097-7599
SPIN-код: 5061-6150
канд. хим. наук
Россия, Москва; МоскваЕлена Борисовна Артюшкова
Курский государственный медицинский университет
Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3777-6622
SPIN-код: 3411-0155
д-р мед. наук, профессор
Россия, КурскЕкатерина Владимировна Силина
Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова
Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0246-5149
SPIN-код: 2655-4707
д-р мед. наук, профессор
Россия, МоскваСписок литературы
- Broughton G, Janis JE, Attinger CE. Wound healing: an overview. Plast Reconstr Surg. 2006;117(7 Suppl):1–32. doi: 10.1097/01.prs.0000222562.60260.f9 EDN: XTJCBL
- De Francesco F, Ogawa R. From time to timer in wound healing through the regeneration. Adv Exp Med Biol. 2024;1470:1–18. doi: 10.1007/5584_2024_815
- Wang W, Lu KJ, Yu CH, et al. Nano-drug delivery systems in wound treatment and skin regeneration. J Nanobiotechnology. 2019;17(1):82. doi: 10.1186/s12951-019-0514-y EDN: FNNIRB
- Koliqi R, Uskokovic V, Breznica Salmani P, et al. Polymeric nanoparticles for wound healing. Pharm Nanotechnol. 2024. doi: 10.2174/0122117385307311240506104035 EDN: KJUZGU
- Qi Y, Yu Z, Hu K, et al. Rigid metal/liquid metal nanoparticles: Synthesis and application for locally ablative therapy. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2022;42:102535. doi: 10.1016/j.nano.2022.102535 EDN: MCYJRU
- Vodyanoy V. The role of endogenous metal nanoparticles in biological systems. Biomolecules. 2021;11(11):1574. doi: 10.3390/biom11111574 EDN: MYWBAU
- Humaira, Bukhari SAR, Shakir HA, et al. Biosynthesized cerium oxide nanoparticles CeO2NPs: recent progress and medical applications. Curr Pharm Biotechnol. 2023;24(6):766–779. doi: 10.2174/1389201023666220821161737 EDN: UAZKHI
- Pugachevskii MA, Krukov AA, Dodonova SA, et al. Protective properties of ablated cerium-containing oxide nanoparticles for fibroblast cultures under ultraviolet irradiation. Ceramics International. 2025;51(20):29938–29943. doi: 10.1016/j.ceramint.2025.04.186
- Casals E, Zeng M, Parra-Robert M, et al. Cerium oxide nanoparticles: advances in biodistribution, toxicity, and preclinical exploration. Small. 2020;16(20):e1907322. doi: 10.1002/smll.201907322 EDN: FDGRVR
- Estevez AY, Ganesana M, Trentini JF, et al. Antioxidant enzyme-mimetic activity and neuroprotective effects of cerium oxide nanoparticles stabilized with various ratios of citric acid and EDTA. Biomolecules. 2019;9(10):562. doi: 10.3390/biom9100562 EDN: GGOGTH
- Rzigalinski BA, Carfagna CS, Ehrich M. Cerium oxide nanoparticles in neuroprotection and considerations for efficacy and safety. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol. 2017;9(4):e1444. doi: 10.1002/wnan.1444
- Farias IAP, Dos Santos CCL, Sampaio FC. Antimicrobial activity of cerium oxide nanoparticles on opportunistic microorganisms: a systematic review. Biomed Res Int. 2018;2018:1923606. doi: 10.1155/2018/1923606 EDN: WUQMKH
- Silina EV, Ivanova OS, Manturova NE, et al. Antimicrobial activity of citrate-coated cerium oxide nanoparticles. Nanomaterials (Basel). 2024;14(4):354. doi: 10.3390/nano14040354 EDN: XCMFXY
- Kargozar S, Baino F, Hoseini SJ, et al. Biomedical applications of nanoceria: new roles for an old player. Nanomedicine (Lond). 2018;13(23):3051–3069. doi: 10.2217/nnm-2018-0189 EDN: RNLIMG
- Sadidi H, Hooshmand S, Ahmadabadi A, et al. Cerium oxide nanoparticles (Nanoceria): hopes in soft tissue engineering. Molecules. 2020;25(19):4559. doi: 10.3390/molecules25194559 EDN: XOEJBT
- Atlı Şekeroğlu Z, Şekeroğlu V, Aydın B, et al. Cerium oxide nanoparticles exert antitumor effects and enhance paclitaxel toxicity and activity against breast cancer cells. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2023;111(3):579–589. doi: 10.1002/jbm.b.35175 EDN: UFKJDW
- Javid H, Hashemy SI, Heidari MF, et al. The anticancer role of cerium oxide nanoparticles by inducing antioxidant activity in esophageal cancer and cancer stem-like ESCC spheres. Biomed Res Int. 2022;2022:3268197. doi: 10.1155/2022/3268197 EDN: WYONLR
- Das S, Dowding JM, Klump KE, et al. Cerium oxide nanoparticles: applications and prospects in nanomedicine. Nanomedicine (Lond). 2013;8(9):1483–1508. doi: 10.2217/nnm.13.133 EDN: OVUCGL
- Silina EV, Manturova NE, Ivanova OS, et al. Cerium dioxide-dextran nanocomposites in the development of a medical product for wound healing: physical, chemical and biomedical characteristics. Molecules. 2024;29(12):2853. doi: 10.3390/molecules29122853 EDN: IPUETJ
- Charbgoo F, Ahmad MB, Darroudi M. Cerium oxide nanoparticles: green synthesis and biological applications. Int J Nanomedicine. 2017;12:1401–1413. doi: 10.2147/IJN.S124855
- Nefedova A, Rausalu K, Zusinaite E, et al. Antiviral efficacy of cerium oxide nanoparticles. Sci Rep. 2022;12(1):18746. doi: 10.1038/s41598-022-23465-6 EDN: ZMKPHB
- Sarnatskaya V, Shlapa Y, Yushko L, et al. Biological activity of cerium dioxide nanoparticles. J Biomed Mater Res A. 2020;108(8):1703–1712. doi: 10.1002/jbm.a.36936 EDN: JRQKPT
- Zahra D, Javaid A, Iqbal M, et al. Synthesis and therapeutic potential of nanoceria against cancer: an update. Crit Rev Ther Drug Carrier Syst. 2021;38(5):1–26. doi: 10.1615/CritRevTherDrugCarrierSyst.2021037662 EDN: JQGZEL
- Behera A, Sa N, Pradhan SP, et al. Metal nanoparticles in Alzheimer's disease. J Alzheimers Dis Rep. 2023;7(1):791–810. doi: 10.3233/ADR-220112 EDN: HLFWKM
- Alvandi M, Shaghaghi Z, Farzipour S, et al. Radioprotective potency of nanoceria. Curr Radiopharm. 2024;17(2):138–147. doi: 10.2174/0118744710267281231104170435 EDN: UYDOLF
- Cui W, Chen S, Hu T, et al. Nanoceria-mediated cyclosporin a delivery for dry eye disease management through modulating immune-epithelial crosstalk. ACS Nano. 2024;18(17):11084–11102. doi: 10.1021/acsnano.3c11514 EDN: TCFZLB
- Kailashiya J, Dash D. Effects of nanoceria on human platelet functions and blood coagulation. Int J Nanomedicine. 2022;17:273–284. doi: 10.2147/IJN.S332909 EDN: IZDODM
- Rahman MS, Hadrick K, Chung SJ, et al. Nanoceria as a non-steroidal anti-inflammatory drug for endometriosis theranostics. J Control Release. 2025;378:1015–1029. doi: 10.1016/j.jconrel.2024.12.074 EDN: IOLNKH
- Silina EV, Stupin VA, Manturova NE, et al. Influence of the synthesis scheme of nanocrystalline cerium oxide and its concentration on the biological activity of cells providing wound regeneration. Int J Mol Sci. 2023;24(19):14501. doi: 10.3390/ijms241914501 EDN: XNMHFC
- Zor F, Selek FN, Orlando G, et al. Biocompatibility in regenerative nanomedicine. Nanomedicine (Lond). 2019;14(20):2763–2775. doi: 10.2217/nnm-2019-0140
- Silina EV, Stupin VA, Manturova NE, et al. Development of technology for the synthesis of nanocrystalline cerium oxide under production conditions with the best regenerative activity and biocompatibility for further creation of wound-healing agents. Pharmaceutics. 2024;16(11):1365. doi: 10.3390/pharmaceutics16111365 EDN: ANCLVO
- Kim MH, Kim BS, Park H, et al. Injectable methylcellulose hydrogel containing calcium phosphate nanoparticles for bone regeneration. Int J Biol Macromol. 2018;109:57–64. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2017.12.068
- Pinna A, Cali E, Kerherve G, et al. Fulleropyrrolidine-functionalized ceria nanoparticles as a tethered dual nanosystem with improved antioxidant properties. Nanoscale Adv. 2020;2(6):2387–2396. doi: 10.1039/d0na00048e EDN: VRTLUR
- Kamalipooya S, Fahimirad S, Abtahi H, et al. Diabetic wound healing function of PCL/cellulose acetate nanofiber engineered with chitosan/cerium oxide nanoparticles. Int J Pharm. 2024;653:123880. doi: 10.1016/j.ijpharm.2024.123880 EDN: GLVJVU
- Chen S, Wang Y, Bao S, et al. Cerium oxide nanoparticles in wound care: a review of mechanisms and therapeutic applications. Front Bioeng Biotechnol. 2024;12:1404651. doi: 10.3389/fbioe.2024.1404651 EDN: OJELFT
- Yu JSL, Cui W. Proliferation, survival and metabolism: the role of PI3K/AKT/mTOR signalling in pluripotency and cell fate determination. Development. 2016;143(17):3050–3060. doi: 10.1242/dev.137075
- Wee P, Wang Z. Epidermal growth factor receptor cell proliferation signaling pathways. Cancers (Basel). 2017;9(5):52. doi: 10.3390/cancers9050052 EDN: YENNXG
- Sabbah DA, Hajjo R, Sweidan K. Review on epidermal growth factor receptor (EGFR) structure, signaling pathways, interactions, and recent updates of EGFR inhibitors. Curr Top Med Chem. 2020;20(10):815–834. doi: 10.2174/1568026620666200303123102 EDN: KTJCMF
- Augustine R, Zahid AA, Hasan A, et al. Cerium oxide nanoparticle-loaded gelatin methacryloyl hydrogel wound-healing patch with free radical scavenging activity. ACS Biomater Sci Eng. 2021;7(1):279–290. doi: 10.1021/acsbiomaterials.0c01138 EDN: OYCVBW
- Zheng C, Hu X, Hua R, et al. A cerium oxide loaded hyaluronic acid nanosystem remits glucose oxidative stress-induced odontoblasts mitochondrial apoptosis through regulation of pgam5 pathway. ACS Appl Mater Interfaces. 2025;17(3):4426–4439. doi: 10.1021/acsami.4c13484 EDN: BASVXU
- Kong L, Cai X, Zhou X, et al. Nanoceria extend photoreceptor cell lifespan in tubby mice by modulation of apoptosis/survival signaling pathways. Neurobiol Dis. 2011;42(3):514–523. doi: 10.1016/j.nbd.2011.03.004 EDN: OMNDBL
- Tian S, Mei J, Zhang L, et al. Multifunctional hydrogel microneedle patches modulating Oxi-inflamm-aging for diabetic wound healing. Small. 2024;20(51):e2407340. doi: 10.1002/smll.202407340 EDN: JLSZNA
- Hussein MAM, Gunduz O, Sahin A, et al. Dual spinneret electrospun polyurethane/pva-gelatin nanofibrous scaffolds containing cinnamon essential oil and nanoceria for chronic diabetic wound healing: preparation, physicochemical characterization and in-vitro evaluation. Molecules. 2022;27(7):2146. doi: 10.3390/molecules27072146 EDN: QJDTJD
Дополнительные файлы
