Модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами

Роботу присвячено встановленню взаємозв’язку між фізичними і медично-біологічними властивостями протипухлинних ліків, модифікуванню фармакологічних властивостей вже відомих протипухлинних аґентів, спрямованому на підвищення їхньої ефективности та зниження токсичности. Зазначено основні проблеми фарм...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2015
Main Authors:	Заболотний, М.А., Куліш, М.П., Чекман, І.С., Соляник, Г.І., Дмитренко, О.П., Буско, Т.О., Павленко, О.Л., Кіркілевська, Л.М., Кондрацький, Ю.М.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2015
Series:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87974
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами / М.А. Заболотний, М.П. Куліш, І.С. Чекман, Г.І. Соляник, О.П. Дмитренко, Т.О. Буско, О.Л. Павленко, Л.М. Кіркілевська, Ю.М. Кондрацький // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2015. — Т. 13, № 1. — С. 1–14. — Бібліогр.: 19 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87974
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-879742025-02-10T01:25:49Z Модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами Modification of Antineoplastic Drugs by Nanostructures Заболотний, М.А. Куліш, М.П. Чекман, І.С. Соляник, Г.І. Дмитренко, О.П. Буско, Т.О. Павленко, О.Л. Кіркілевська, Л.М. Кондрацький, Ю.М. Роботу присвячено встановленню взаємозв’язку між фізичними і медично-біологічними властивостями протипухлинних ліків, модифікуванню фармакологічних властивостей вже відомих протипухлинних аґентів, спрямованому на підвищення їхньої ефективности та зниження токсичности. Зазначено основні проблеми фармакологічної онкології при лікуванні місцево поширених і дисемінованих форм злоякісних новоутворень. Проаналізовано можливості модифікування протипухлинних препаратів за допомогою біологічно нейтральних або слаботоксичних допантів та радіяційного опромінення препаратів або їх розчинників. Наведено основні фізичні фактори, що визначають модифікувальні можливості нанодопантів, та перераховано вимоги до них. Работа посвящена установлению взаимосвязи между физическими и медико-биологическими свойствами противоопухолевых лекарств, модифицированию фармакологических свойств уже известных противоопухолевых агентов, направленному на повышение их эффективности и снижение токсичности. Óказаны основные проблемы фармакологической онкологии при лечении местно-распространённых и диссеминированных форм злокачественных новообразований. Проанализированы возможности модифицирования противоопухолевых препаратов с помощью биологически нейтральных или слаботоксичных допантов и радиационного облучения препаратов или их растворителей. Приведены основные физические факторы, определяющие модифицирующие возможности нанодопантов, и перечислены требования к ним. The relationship between the physical and medical-biological properties of antitumor drugs, modification of the pharmacological properties of known anticancer agents aimed at improving their efficiency and reducing toxicity are investigated. The basic problems of pharmacological-oncology treatment of locally advanced and disseminated forms of cancer are specified. The possibilities of modification of anticancer drugs using biologically neutral or slightly toxic dopant and radiation exposure of drugs or their solvents are studied. Both the basic physical factors determining the possibility of modifying nanodopants and the requirements for them are listed. 2015 Article Модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами / М.А. Заболотний, М.П. Куліш, І.С. Чекман, Г.І. Соляник, О.П. Дмитренко, Т.О. Буско, О.Л. Павленко, Л.М. Кіркілевська, Ю.М. Кондрацький // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2015. — Т. 13, № 1. — С. 1–14. — Бібліогр.: 19 назв. — укр. 1816-5230 PACS numbers: 65.80.-g, 81.16.-c, 82.60.Qr, 87.85.J-, 87.85.Qr, 87.19.xj, 87.50.-a https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87974 uk Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології application/pdf Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Роботу присвячено встановленню взаємозв’язку між фізичними і медично-біологічними властивостями протипухлинних ліків, модифікуванню фармакологічних властивостей вже відомих протипухлинних аґентів, спрямованому на підвищення їхньої ефективности та зниження токсичности. Зазначено основні проблеми фармакологічної онкології при лікуванні місцево поширених і дисемінованих форм злоякісних новоутворень. Проаналізовано можливості модифікування протипухлинних препаратів за допомогою біологічно нейтральних або слаботоксичних допантів та радіяційного опромінення препаратів або їх розчинників. Наведено основні фізичні фактори, що визначають модифікувальні можливості нанодопантів, та перераховано вимоги до них.
format	Article
author	Заболотний, М.А. Куліш, М.П. Чекман, І.С. Соляник, Г.І. Дмитренко, О.П. Буско, Т.О. Павленко, О.Л. Кіркілевська, Л.М. Кондрацький, Ю.М.
spellingShingle	Заболотний, М.А. Куліш, М.П. Чекман, І.С. Соляник, Г.І. Дмитренко, О.П. Буско, Т.О. Павленко, О.Л. Кіркілевська, Л.М. Кондрацький, Ю.М. Модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet	Заболотний, М.А. Куліш, М.П. Чекман, І.С. Соляник, Г.І. Дмитренко, О.П. Буско, Т.О. Павленко, О.Л. Кіркілевська, Л.М. Кондрацький, Ю.М.
author_sort	Заболотний, М.А.
title	Модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами
title_short	Модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами
title_full	Модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами
title_fullStr	Модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами
title_full_unstemmed	Модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами
title_sort	модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate	2015
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87974
citation_txt	Модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами / М.А. Заболотний, М.П. Куліш, І.С. Чекман, Г.І. Соляник, О.П. Дмитренко, Т.О. Буско, О.Л. Павленко, Л.М. Кіркілевська, Ю.М. Кондрацький // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2015. — Т. 13, № 1. — С. 1–14. — Бібліогр.: 19 назв. — укр.
series	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv	AT zabolotniima modifíkacíâprotipuhlinnihpreparatívnanostrukturami AT kulíšmp modifíkacíâprotipuhlinnihpreparatívnanostrukturami AT čekmanís modifíkacíâprotipuhlinnihpreparatívnanostrukturami AT solânikgí modifíkacíâprotipuhlinnihpreparatívnanostrukturami AT dmitrenkoop modifíkacíâprotipuhlinnihpreparatívnanostrukturami AT buskoto modifíkacíâprotipuhlinnihpreparatívnanostrukturami AT pavlenkool modifíkacíâprotipuhlinnihpreparatívnanostrukturami AT kírkílevsʹkalm modifíkacíâprotipuhlinnihpreparatívnanostrukturami AT kondracʹkiiûm modifíkacíâprotipuhlinnihpreparatívnanostrukturami AT zabolotniima modificationofantineoplasticdrugsbynanostructures AT kulíšmp modificationofantineoplasticdrugsbynanostructures AT čekmanís modificationofantineoplasticdrugsbynanostructures AT solânikgí modificationofantineoplasticdrugsbynanostructures AT dmitrenkoop modificationofantineoplasticdrugsbynanostructures AT buskoto modificationofantineoplasticdrugsbynanostructures AT pavlenkool modificationofantineoplasticdrugsbynanostructures AT kírkílevsʹkalm modificationofantineoplasticdrugsbynanostructures AT kondracʹkiiûm modificationofantineoplasticdrugsbynanostructures
first_indexed	2025-12-02T11:51:51Z
last_indexed	2025-12-02T11:51:51Z
_version_	1850397228208750592
fulltext	1 PACS numbers: 65.80.-g, 81.16.-c, 82.60.Qr, 87.85.J-, 87.85.Qr, 87.19.xj, 87.50.-a Модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами М. А. Заболотний, М. П. Куліш, І. С. Чекман, Г. І. Соляник, О. П. Дмитренко, Т. О. Буско, О. Л. Павленко, Л. М. Кіркілевська, Ю. М. Кондрацький** Київський національний університет імені Тараса Шевченка, фізичний факультет, вул. Володимирська, 60, 01033 Київ, Україна Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, бульвар Тараса Шевченка, 13, 01601 Київ, Україна Інститут експериментальної патології, онкології та радіології імені Р. Є. Кавецького НАН України, вул. Васильківська, 45, 03022 Київ, Україна Київський медичний університет УАНМ, вул. Льва Толстого, 9, 01033 Київ, Україна **Національний інститут раку, вул. Ломоносова, 33/43, 03022 Київ, Україна Роботу присвячено встановленню взаємозв’язку між фізичними і медич- но-біологічними властивостями протипухлинних ліків, модифікуванню фармакологічних властивостей вже відомих протипухлинних аґентів, спрямованому на підвищення їхньої ефективности та зниження токсич- ности. Зазначено основні проблеми фармакологічної онкології при ліку- ванні місцево поширених і дисемінованих форм злоякісних новоутво- рень. Проаналізовано можливості модифікування протипухлинних пре- паратів за допомогою біологічно нейтральних або слаботоксичних допан- тів та радіяційного опромінення препаратів або їх розчинників. Наведено основні фізичні фактори, що визначають модифікувальні можливості на- нодопантів, та перераховано вимоги до них. The relationship between the physical and medical-biological properties of antitumor drugs, modification of the pharmacological properties of known anticancer agents aimed at improving their efficiency and reducing toxicity Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2015, т. 13, № 1, сс. 1–14  2015 ІМÔ (Інститут металофізики ім. Г. Â. Курдюмова НАН Óкраїни) Надруковано в Óкраїні. Ôотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 2 М. А. ЗАБОЛОТНИЙ, М. П. КÓЛІШ, І. С. ЧЕКМАН та ін. are investigated. The basic problems of pharmacological-oncology treatment of locally advanced and disseminated forms of cancer are specified. The pos- sibilities of modification of anticancer drugs using biologically neutral or slightly toxic dopant and radiation exposure of drugs or their solvents are studied. Both the basic physical factors determining the possibility of modi- fying nanodopants and the requirements for them are listed. Работа посвящена установлению взаимосвязи между физическими и ме- дико-биологическими свойствами противоопухолевых лекарств, моди- фицированию фармакологических свойств уже известных противоопухо- левых агентов, направленному на повышение их эффективности и сни- жение токсичности. Óказаны основные проблемы фармакологической онкологии при лечении местно-распространённых и диссеминированных форм злокачественных новообразований. Проанализированы возможно- сти модифицирования противоопухолевых препаратов с помощью биоло- гически нейтральных или слаботоксичных допантов и радиационного об- лучения препаратов или их растворителей. Приведены основные физиче- ские факторы, определяющие модифицирующие возможности нанодо- пантов, и перечислены требования к ним. Ключові слова: злоякісні новоутворення, протипухлинні ліки, фармако- логічна онкологія, модифікування нанодопантами, опромінення препа- ратів, нанофабрикація. (Отримано 15 січня 2015 р.) 1. ВСТУП Досвід застосування протипухлинної хіміотерапії показав обмеже- ність її можливостей і низьку ефективність при лікуванні місцево- поширених і дисемінованих форм злоякісних новоутворень. Ó зв'я- зку з цим встановлення нових біологічно активних матеріялів, дос- лідження їх фізико-хімічних та терапевтичних властивостей і ство- рення на їх основі ефективних і малотоксичних протипухлинних препаратів є однією з найбільш актуальних завдань сучасної фар- макології та практичної онкології [1–3]. Суттєвою складовою цієї задачі є визначення взаємозв’язку між фізичними і медично- біологічними властивостями протипухлинних ліків, модифікація фармакологічних властивостей вже відомих протипухлинних аґен- тів, спрямована на підвищення їх ефективности та зниження ток- сичности. На даний час спостерігається стійка тенденція до індивідуаліза- ції лікування онкозахворювань. Сучасна вітчизняна практична он- кологія [1–3] дає можливість визначати молекулярний профіль пу- хлинної клітини кожного хворого, згідно чому і має призначатися індивідуальна протипухлинна терапія, що, правда, вступає в про- тиріччя з діючими стандартами лікування раку. Згідно діючим ме- МОДИÔІКАЦІЯ ПРОТИПÓХЛИННИХ ПРЕПАРАТІÂ НАНОСТРÓКТÓРАМИ 3 дичним стандартам лікування онкохворих проводиться при вико- ристанні певних курсів хіміотерапії. Сучасні терапевтичні засоби, що використовують при лікуванні онкозахворювань надзвичайно токсичні, що обмежує їх застосування [4]. Як відомо, індивідуальна чутливість організму до терапевтичних засобів може відрізнятися в 10–40 разів, що вимагає врахування цього фактора при визначенні оптимального сценарію лікування хворого. Ще однією надзвичайно важливою проблемою в лікуванні злоя- кісних новоутворень є формування резистентности до лікарських засобів. Якщо 40 років назад, коли починалося застосування інтен- сивної протипухлинної хіміотерапії, чутливими до неї були майже 80% хворих. На сьогодні первинно чутливими до хіміотерапії є не більше 40%. Після 3–4 курсів лікування хворі втрачають чутли- вість до лікування. Âідсутність вибірковости дії відомих препара- тів, їх резистивність, а також токсичність є однією з найбільш ак- туальних проблем в сучасній онкології, яка обумовлює необхідність створення нових протипухлинних засобів або удосконалення існу- ючих лікарських препаратів з метою підвищення їх ефективности, селективности та безпечности. Âажливе місце серед таких препаратів, незважаючи на стрімкий розвиток молекулярної біології та хімії, що забезпечують швидке використання синтезованих de novo препаратів, рослини залиша- ються традиційними джерелами фармакологічно активних речо- вин. Майже половина сучасних лікарських засобів, що використо- вуються в медицині, отримані з рослинних екстрактів [4, 5]. До ефе- ктивних протипухлинних препаратів рослинного походження від- носяться вінкристин, етопозид, таксол, таксотер, топотекан, ірино- текан та ін. Основними біологічно активними аґентами рослин є ал- калоїди, які проявляють виражену цитостатичну дію до пухлинних клітин. Для посилення їх ефективности та зниження впливу шкід- ливих побічних факторів важливе значення має застосування нано- структурних модифікаторів, здатних до утворення синергетичних механізмів протипухлинної дії таких медикаментів [1–6]. Модифікування молекул лікарських препаратів поверхнево- активними нанорозмірними частинками дозволяє отримати препа- рати з молекулами фіксованих розмірів та досягти біосумісности з клітинами організму, а також специфічної взаємодії з живими тка- нинами [2]. Âибір таких нанодомішок суттєво залежить від механі- змів їх сенсибілізуючої дії, яка приводить до покращення лікуваль- них властивостей препарату. Âказане покращення може відбува- тись за рахунок переведення молекул ліків в конформаційний стан з підвищеною активністю та селективністю (1), утворення комплексу молекули ліків з наночастинками або нанокластерами (2), підви- щення чутливости уражених тканин хворого до ліків під дією моди- фікувальної речовини (3). Â останньому випадку фактично створю- 4 М. А. ЗАБОЛОТНИЙ, М. П. КÓЛІШ, І. С. ЧЕКМАН та ін. ються бінарні лікарські препарати тарґетної дії. Найбільш актуаль- ними на сучасному етапі вбачаються перші два шляхи оскільки їхня реалізація можлива без детальної інформації про конкретні біологі- чні механізми дії лікарських препаратів. Ó всіх поіменованих вище випадках час життя молекул лікарських препаратів в новоутворе- них станах повинен перевищувати час їх терапевтичної дії. Поліпшення модифікувального впливу наночастинок залежить не лише від їх типу, а також від квантово-розмірних характерис- тик, які визначають їх електронні, оптичні, електропровідні, маг- нітні, електрохімічні та інші фізико-хімічні властивості, що мо- жуть бути визначальними у їх самостійній фармакологічній ролі або активації терапевтичної дії відомих лікувальних засобів [2, 6]. Залежність вказаних властивостей від лінійних розмірів наночас- тинок обумовлена співвідношенням між поверхневою та об’ємною енергіями, яке визначається відносною кількістю поверхневих атомів до об’ємних. При виборі модифікувальних нанорозмірних частинок має бути враховано те, що для них характерний розмірний ефект — залеж- ність їх характеристик від їх розмірів [2, 7–9]. При зменшенні роз- мірів (об’єму V) частинок зростає частка приповерхневих атомів від їх загальної кількости S Tot N N , а частка об’ємно розташованих атомів ( V Tot N N — спадає. На рисунку 1 крива 1а (2а) показує част- ку приповерхневих атомів наночастинки, що має форму куба (па- ралелепіпеду з висотою, яка у три рази перевищує сторону основи) з гранецентрованою кубічною ґратницею. Залежності частки атомів, що знаходяться в середині наночастинки, ілюструють криві 1б та 2б. Лінія 1б визначена у випадку кубічної форми наночастинки, 2б — паралелепіпеду. Âідмічене зростання функції ( )S Tot N V N і спад ( )S Tot N V N при зменшенні V у випадку паралелепіпедної форми нано- частинки ілюструють властивість, що у випадку співставлення на- ночастинки еліпсоїду обертання в який вона може бути вписана та- ким чином, щоб різниця об’ємів наночастинки і еліпсоїду була мі- німальною відношення S Tot N N зростає при збільшенні відношен- ня велика/мала вісь еліпсу. Можна показати, що зміна типу ґрат- ниці наночастинки впливає на числові значення функцій ( )S Tot N V N , ( )S Tot N V N , не змінюючи топологію їхньої поведінки. Останню влас- тивість ілюструють криві 3а, 3б, наведені на рис. 1, де представлені МОДИÔІКАЦІЯ ПРОТИПÓХЛИННИХ ПРЕПАРАТІÂ НАНОСТРÓКТÓРАМИ 5 залежності ( )S Tot N V N , ( )S Tot N V N для наночастинки кубічної форми з гексагональною щільно упакованою ґратницею. З наведених гра- фіків видно, що залежності ( )S Tot N V N , ( )S Tot N V N чутливі до просторо- вої конфіґурації наночастинки та типу її ґратниці тільки при неве- ликих розмірах наночастинки V (або пов’язаного з ним NTot). Âелика питома поверхня за рахунок значної кількости поверхне- вих атомів приводить до високих значень поверхневої енергії, яка створює надлишок вільної енергії і як наслідок супроводжується суттєвою енергетичною активністю наночастинок [10]. Очевидно, що значна кількість поверхневих атомів в наночастинках збільшує Рис. 1. Залежність відношення ( )S Tot N V N , ( )S Tot N V N при різних просторових конфіґураціях наночастинок та двох типах кристалічної ґратниці. Крива 1а, 1б показує залежності ( )S Tot N V N , ( )S Tot N V N наночастинки кубічної форми, що має гранецентровану кубічну ґратницю. Криві 2а, 2б визначають такі ж співвідношення для наночастинки, що має форму правильного паралеле- піпеда з висотою, яка у три рази перевищує сторону основи. Криві 3а, 3б характеризує залежність ( )S Tot N V N , ( )S Tot N V N з гексагональною щільно упа- кованою ґратницею у наночастинки, що має кубічну форму. 6 М. А. ЗАБОЛОТНИЙ, М. П. КÓЛІШ, І. С. ЧЕКМАН та ін. їх реакційну здатність при взаємодії з оточуючим середовищем. Саме тому можна очікувати залежність реакційної здатности нано- частинок від їх розмірів та температури і, як наслідок, буде мати місце зміна швидкости хімічних перетворень за участи вказаних допантів. При цьому швидкість реакції в залежності від розгляну- тих параметрів в окремих інтервалах розмірів нанокластерів і тем- ператур може як прискорюватись, так і уповільнюватись. Реакцій- на здатність обумовлена величиною потенціялу йонізації та розпо- ділом заряду на поверхні наночастинки, кількістю валентних елек- тронів, а також залежати від природи реактанта. Âажливо відміти- ти, що під час реакції розміри наночастинок змінюються. Характер таких змін залежить від початкових розмірів наночастинок, темпе- ратури і природи реактанта. Ó випадку напівпровідникових нано- частинок, наприклад ТіО2, при їх поглинанні фотонів світла відбу- вається фотостимульований каталіз за рахунок переведення елект- ронів з валентної зони у зону провідности. Â подальшому ці елект- рони здатні відновлювати акцепторні пероксидні сполуки з утво- ренням надзвичайно реакційно здатних вільних радикалів за на- ступною схемою: H2O2e  HO  HO . Â подальшому одержані гі- дроксильні вільні радикали за рахунок неспареного електрона зда- тні змінювати тип гібридизації атомів вуглецю з sp 2 на sp 3 і таким чином приводити до фотодеґрадації окремих речовин. Реакційна здатність оксидних напівпровідникових наночастинок може бути підсилена при їх покритті наночастинками благородних металів, які сприяють просторовому розділенню фотоґенерованих носіїв за- ряду і таким чином перешкоджають їх рекомбінації. Наночастинки є нерівноважними і, як наслідок, нестабільними в часі. Їх динаміка може бути розглянута із залученням лінійних і нелінійних фракталів, як структур, що можуть бути відповідно описані лінійними і нелінійними рівняннями. Оскільки властивос- ті наночастинок в суттєвій мірі визначаються їх поверхневим натя- гом і енергією, то вони впливають на термодинамічні параметри наночастинок. На рисунку 2 наведено залежність температури топлення Tпл від радіуса наночастинок золота сферичної форми. Âидно, що зі змен- шенням розмірів наночастинок температура топлення різко змен- шується [11]. Таке зменшення Тпл з r можна представити наступним співвід- ношенням: ТплТпл, V{1/(2r)}, (1) де Тпл, V — температура топлення об’ємної частинки,  — коефіці- єнт, який враховує зміну густини частинки під час топлення. Âарто зазначити, що з топленням наночастинок відбувається не лише змі- МОДИÔІКАЦІЯ ПРОТИПÓХЛИННИХ ПРЕПАРАТІÂ НАНОСТРÓКТÓРАМИ 7 на їх розмірів та форми, а також має місце зміна Ґіббсової енергії. Âиникнення такої зміни може супроводжуватись появою нових фазових станів, відсутніх в об’ємних матеріялах. Наночастинки окремих речовин приводять до появи в спектрі оп- тичного поглинання смуг поверхневого плазмонного резонансу (ППР). Положення вказаних смуг поглинання залежить від розмі- рів і форми наночастинок. Так, для сферичних наночастинок срібла з діяметром від 120 до 150 нм і висотою їх виступу над поверхнею підложжя в межах 42–70 нм довжина хвилі ППР змінюється від 426 до 497 нм. Ó випадку наночастинок срібла трикутної форми до- вжина хвилі зростає і може знаходитись в області ближнього інф- рачервоного діяпазону (762 нм). Електрохімічні властивості нано- частинок також відрізняються від характеристик, властивих об’ємним матеріялам. Так, для об’ємного срібла електрохімічний потенціял Е о0,799 Â, а для кластерів срібла Ag з діяметром від 2,0 до 7,2 нм це значення дорівнює Е о1,0 Â. Таким чином, у ви- падку нанорозмірних частинок виникають значні відновлювальні властивості по відношенню до багатьох неорганічних і органічних матеріялів, в тому числі живих клітин, які відсутні для гранульо- ваних частинок [12]. Зменшення розмірів наночастинок приводить до квантового об- меження руху вільних носіїв заряду за рахунок виникнення в них потенціяльних бар’єрів. При цьому суттєвих змін зазнає спектр до- зволених енергетичних станів і характер рухливости вільних носі- їв. Так, в наноструктурах має місце балістичний транспорт елект- Рис. 2. Залежність температури топлення Тпл золота від радіуса наночас- тинок [11]. 8 М. А. ЗАБОЛОТНИЙ, М. П. КÓЛІШ, І. С. ЧЕКМАН та ін. ронів, переміщення яких відбувається без розсіяння на коливаннях кристалічної ґратниці, структурних дефектах, межах поділу фаз, внаслідок взаємних зіткнень. Квантові розмірні ефекти в наночастинках починають впливати на електронні властивості в тому випадку, коли розміри области локалізації вільних носіїв заряду відповідають довжині хвилі де Бройля. Для металів ці розміри близькі до значень 0,1–1,0 нм. Ó випадку напівпровідників та напівметалів вони досягають величи- ни до 100 нм. Зі зменшенням розмірів напівпровідникових наноча- стинок відбувається значне зростання провідникових наночастинок відбувається значне зростання ширини енергетичної щілини, що суттєво впливає на їх оптичні, електричні та фотопровідні власти- вості [10]. Одним з факторів, що обумовлюють модифікацію термодинаміч- них характеристик наночастинок, порівняно зі звичайними розмі- рами речовини, є зміни меж функції розподілу частот фононів [9, 11]. Така поведінка може бути обумовлена тим, що в наночастинках існує довгохвильове обмеження довжини фононних хвиль. Â них можуть збуджуватися тільки такі хвилі, довжина яких не переви- щує максимальних розмірів частинки. Âказана властивість приво- дить до зміщення фононних спектрів в область високих частот. Âстановлено, що частотна залежність функції розподілу g() фо- нонного спектру прямокутної наночастинки допускає наступну па- раметризацію [9, 11]: 2 2 2 13 ( ) 8 162 V S L g c cc         , (2) де V — об’єм частинки, S — загальна площа її поверхні, L — сумар- на довжина ребер, 1 2 j j j l t c c c     , cl і ct — швидкості повздовжніх і поперечних хвиль у наночастинці. Більш проста параметризація g() випливає з Айнштайнової моделі: ( ) 3 ( ) E g N     . (3) Ó відповідності до цієї моделі всі фонони мають однакову частоту Е. Âплив скінченних розмірів наночастинки на характер її фонон- ного спектру проявляються у значеннях середньоквадратичних зміщень a2 окремих атомів, що входять до її складу. Зв’язок між a2 і g() може бути представленим наступним чином [8, 11]: max min 2 2 1 ( , ) ( ) T a g d Nm          , (4) де N — кількість атомів у наночастинці, T — температура, m — ма- МОДИÔІКАЦІЯ ПРОТИПÓХЛИННИХ ПРЕПАРАТІÂ НАНОСТРÓКТÓРАМИ 9 са атому; (, T) — середня енергія осцилятора, що приймає участь у формуванні фононів наночастинки, max і min — максимальна і мінімальна частота фононів наночастинки. Значення max і min за- лежать від кількости атомів, що входять до її складу: max min 3 ( )N g d      . (5) Ó відповідності до Айнштайнової моделі середньоквадратичне зміщення атому в нанокластері описується наступним співвідно- шенням [9, 11]: 2 cth 2 2 E E B a m k T          . (6) При аналізі виразу (6) необхідно врахувати, що атоми на поверхні кластеру в меншій мірі зв’язані з кристалічною ґратницею, ніж об’ємні атоми, і тому частоти їх коливань (s) менші, ніж частоти коливань об’ємних атомів (V): sV. Представлення середньоквадратичних зміщень поверхневих ( 2 S a ) і об’ємних ( 2 V a ) атомів можна записати у вигляді 2 2 cth , cth 2 2 2 2 S V S S V B V B a a m k T m k T                  . (7) Схематично залежності середньоквадратичних зміщень поверх- невих і об’ємних атомів від температури наведено на рис. 3. Згідно з Ліндеманновим критерієм [8], речовина переходить в рі- дкий стан, коли середньоквадратичне зміщення її атомів починає задовольняти умові: 2 2 max 0,01a a  , (8) де а — стала ґратниці. З рисунку 3 видно, що поверхневі і об’ємні атоми наночастинки задовольняють умові (7) за різних температур. Це уможливлює вказати три області температур, в яких наночастинки перебувають в різних агрегатних станах. Â інтервалі температур 1 ( ) S T T пове- рхневі і об’ємні області наночастинки знаходяться в твердому стані. Â діяпазоні температур S V T T T  (область 2) приповерхнева діля- нка наночастинки є розтоплена, а об’ємна — тверда. Â області тем- ператур 3 ( ) V T T наночастинки повністю знаходяться у рідкому стані. Поява рідиноподібного приповерхневого стану в наночастин- ці приводить до прискорення в ній в ній дифузійних процесів і, як наслідок, до збільшення її реакційної активности. 10 М. А. ЗАБОЛОТНИЙ, М. П. КÓЛІШ, І. С. ЧЕКМАН та ін. Особливості в розподілі частот в першу чергу впливають на теп- лоємність зразка. Це приводить до того, що питома теплоємність наночастинок може в 10–15 разів перевищувати цей параметр у ма- кророзмірних частинках. Зміна фононного спектру наночастинки також впливає на середньоквадратичну величину динамічних атомних зміщень, що може суттєво модифікувати активність нано- частинки. Сенсибілізація властивостей молекул лікарських препаратів та- кож може бути досягнута за рахунок їх збудження опроміненням, при якому вони переходять у метастабільний стан з наступною його конверсією в стан з підвищеною лікувальною здатністю [13, 14]. Âажливу роль в фізико-хімічних властивостях наночастинок та- кож відіграє оточуюче середовище. Ó випадку використання мно- жини взаємодіючих між собою наночастинок розповсюдження сві- тла може набувати анізотропного характеру, при якому воно відбу- вається лише у деяких напрямках, залежних від характеру упоря- дкування наноструктур та певних частот електромагнітного випро- мінювання [15, 16]. Âикористання підсилюючих кооперативних ефектів плазмонних полів упорядкованими наночастинками темп- латів уможливлює очікувати досягнення більш вираженої терапев- тичної дії протипухлинних препаратів, а отже зменшення необхід- ної дози ліків. Рис. 3. Схематична залежність середньоквадратичних зміщень поверхне- вих і об’ємних атомів нанокластера від температури згідно з Айнштайно- вою моделлю. TS, TV — температури, при яких зміщення приповерхневих або об’ємних атомів задовольняють Ліндеманновому критерію. 1, 2, 3 — температурні області існування твердої, твердої та рідкої та рідкої фаз від- повідно. МОДИÔІКАЦІЯ ПРОТИПÓХЛИННИХ ПРЕПАРАТІÂ НАНОСТРÓКТÓРАМИ 11 Модифікація лікарських засобів може бути одержана шляхом перебудови конформаційного стану молекул протипухлинних пре- паратів в результаті створення в середовищі розчинника радіяцій- ноіндукованих дефектів та їх подальшої кластеризації з утворен- ням в тому числі бабстонів [7] з тривалим часом життя. Â оточенні таких дефектів в рідинних середовищах формуються подвійно за- ряджені електричні шари із заданою структурою розподілу зарядів. Таке електричне оточення наночастинок може впливати на їх тер- модинамічні, квантово-хвильові, терапевтичні властивості не лише наноструктур, а також взаємодіючих з ними біомолекул, що ство- рює умови для одержання лікарських засобів зі зниженими токси- чністю та резистентністю. Одним з важливих факторів підвищення біологічної активности фармхромофорів лікарських препаратів є створення заданого кон- формаційного стану відповідних молекул та його керування. Так, при поглинанні квантів світла субмолекулою бактеріяльного реак- ційного центру відмічалася зміна конформаційних характеристик і виникнення довготривалого стану, тривалість якого досягала кіль- кох годин. Такі молекулярні перебудови приводять до зміни моле- кулярного об’єму та констант швидкостей електронних молекуля- рних переходів. Âстановлено, що час життя довготривалого конфо- рмаційного стану фоточутливих молекул реакційних центрів і як наслідок їх біоактивність суттєво залежить від властивостей роз- чинника, локальної поляризації середовища, які впливають на пе- ребіг конформаційної перебудови молекул [17]. Аналогічно, управління конформаційним станом під дією елект- ромагнітного поля спостерігалося для молекул NADH у водному розчині під дією електромагнітного випромінювання. Одним з ме- ханізмів перебудови конформаційного стану та обумовленої ним біологічної активности молекул є вплив густини та швидкости ре- лаксації приповерхневого електричного заряду на поверхневий на- тяг рідини за умов нестійкости форми поверхні в гідратній оболонці молекул NADH [15]. Зовнішнє електромагнітне опромінення при взаємодії з бабстонами, оточених подвійним зарядженим шаром, в зонах їх нестійкости створює можливість ґенерації локальних еле- ктричних полів, що нагадують поля випромінювання поверхневих плазмонів, також здатних впливати на перетворення конформацій- них станів молекул. Âплив таких локальних полів на підвищення активности окремих біоструктур (алкалоїдів коніуму, полісахари- дів, окирезватролу) було показано при їх нанесенні на поверхню зо- лотих наноструктурованих темплатів [14]. Âиготовлення таких двовимірних наноструктурованих періодичних структур благород- ний метал/органічний напівпровідник було одержано темплатним методом при експозиції світловим полем голограм електрично за- рядженого термопластичного шару та при використанні вакуумно- 12 М. А. ЗАБОЛОТНИЙ, М. П. КÓЛІШ, І. С. ЧЕКМАН та ін. го напорошення. При цьому на поверхні такого темплату зґявлялися металеві кластери, висота яких досягала 3,5–600 нм. Для фотоелектричних темплатів із захопленим на глибокі пастки зарядом конденсація металу відбувається на гребнях індукованого на поверхні термопластичного шару рельєфу. Â цьому випадку то- пологія металевих кластерів визначається топологією світлового поля, яка може змінюватися в широких межах. Сформовані на по- верхні темплату двовимірні періодичні діелектричні та плазмон- поляритонні структури при їх збудженні випроміненням в оптич- ному діяпазоні за умови повного внутрішнього відбиття виявляють резонансний характер, який властивий для вказаних 2D-структур. Таким чином, під дією слабкого електромагнітного випромінюван- ня в гігагерцовому діяпазоні за рахунок перебудови при цьому кон- формації молекули NADH в гідратній оболонці можна очікувати змін в механізмах динаміки пухлинних процесів, а отже впливати на розвиток злоякісних новоутворень. Порушення періодичности в розташуванні металевих наноклас- терів на поверхні темплату шляхом створення штучних лінійних дефектів суттєво впливає на резонансне поглинання в певних на- прямках розповсюдження електромагнітних хвиль. Очевидно, що така зміна упорядкування періодично розміщених наноструктур- них острівців дозволяє в широких межах впливати на характер ло- кальних полів металевих наночастинок і як результат на конфор- маційний стан нанесених на них молекул лікарських препаратів. Комплексоутворення молекул оксирезвератролу з фуллеренами С60, як і для наночастинок металів, дозволяє стабілізувати їх анти- або прооксидантні властивості, що уможливлює очікувати викори- стання індукції метаболічної катастрофи в пухлинних клітинах як одного з методів знищення злоякісних новоутворень [18, 19]. 2. ВИСНОВКИ Наночастинки внаслідок розвиненої поверхні і, як наслідок, висо- кої поверхневої енергії, квантово-розмірних ефектів характеризу- ються набором властивостей, які є неможливими для об’ємних зра- зків та мікроструктур. До них відносяться можливість перебування за невисоких температур в рідкій фазі, створення значних локаль- них електромагнітних полів, сприяння окисно-відновлювальних реакцій та багато інших, що дозволяє реалізуватися незвичним ме- ханізмам взаємодії з фармхромофорними ділянками лікарських макромолекул і таким чином суттєво підвищувати протипухлинну активність онкопрепаратів при одночасному зменшенні їх токсич- ности. До механізмів зміни біологічної активности макромолекул мож- на віднести перебудову їх конформаційних станів, яка досягається МОДИÔІКАЦІЯ ПРОТИПÓХЛИННИХ ПРЕПАРАТІÂ НАНОСТРÓКТÓРАМИ 13 шляхом комплексоутворення з наночастинками, використання опромінення нейонізувальними електромагнітними квантами ене- ргії, які сприяють встановленню просторового розподілу опромі- нення з метою створення особливих нанокластерів — бабстонів, здатних до ґенерації локальних електричних полів, аналогічних полям поверхневих плазмонів. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Â. Ô. Чехун, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 9, вип. 1: 261 (2011). 2. І. С. Чекман, Нанофармакологія (Київ: Задруга: 2011). 3. І. Б. Щепотін, О. Â. Âасильєв, Д. О. Розумій, Â. Â. Приймак, А. Â. Лукашенко, Ю. О. Жуков, А. А. Бурлака, Український медичний часопис, 78, вип. 4: 67 (2010). 4. Фармацевтична енциклопедія (Ред. Â. П. Черних) (Київ: МОРІОН: 2010). 5. Г. І. Соляник, О. Г. Ôедорчук, О. М. Пясковська, О. Й. Дасюкевич, Г. Â. Горбик, Д. Л. Колесник (Пат. 48524 Óкраїна, МПК А 61 К 35/76, А 61 Р 35/04. № u 2009 08954; заявл. 28.08.2009; опубл. 25.03.2010, Бюл. № 6). 6. M. A. Zabolotnyi, A. I. Momot, G. I. Dovbeshko, E. P. Gnatyuk, G. I. Solyanyk, O. P. Dmytrenko, and N. P. Kulish, Ukr. J. Phys., 57, No. 7: 1739 (2012). 7. Н. Ô. Бункин, А. Â. Шкирин, Â. А. Козлов, А. Â. Старосветский, П. С. Игнатьев, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 9, вип. 2: 499 (2011). 8. Biomedical Nanostructures (Eds. K. E. Gonsalves, C. R. Halberstadt, C. T. Laurencin, L. S. Nair) (Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.: 2008). 9. И. П. Суздалев, Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов (Москва: КомКнига: 2006). 10. І. Â. Óварова, П. П. Горбик, С. Â. Горобець, О. А. Іващенко, Н. Â. Óльянчич, Наноматеріали медичного призначення (Київ: Наукова думка: 2014). 11. А. И. Гусев, Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства (Екатеринбург: ÓрО РАН: 1998). 12. Â. Âолков, Е. П. Ковальчук, Â. М. Оченко, О. Â. Решетняк, Нанохімія, наносистеми, наноматеріали (Київ: Наукова думка: 2008). 13. Li Xu, Chao Liu, Hu Chen, Xioli Qin, Xionzi Huang, International Journal of Pharmacology, 10, No. 1: 44 (2014). 14. Г. Г. Âлайков, М. Ю. Барабаш, М. А. Заболотний, Д. О. Гринько, Ю. М. Барабаш, Л. Ю. Куницька, Формування наноструктур темплати синтезом (Київ: ІМÔ ім. Г. Â. Курдюмова НАН Óкраїни: 2010). 15. М. А. Заболотный, М. Ю. Барабаш, О. П. Дмитренко, Н. П. Кулиш, Полимерный журнал, 33, № 4: 361 (2011). 16. М. А. Заболотный, А. И. Момот, О. П. Дмитренко, Н. П. Кулиш, Г. И. Довбешко, Г. И. Соляник, Л. Н. Киркилевская, П. Шарф, Ó. Риттер, Фитотерапия, 4: 50 (2011). 17. М. А. Заболотный, Е. А. Андреев, Ю. М. Барабаш, Â. Н. Харкянен, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 6, вип. 1: 277 (2008). 18. M. A. Zabolotnyy, Yu. M. Barabash, O. P. Dmytrenko, M. P. Kulish, Eh. L. Martynchuk, A. I. Kostyna, and Yu. Yu. Sidelnikova, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 8, № 4: 713 (2010). 19. І. Â. Бойчук, О. М. Пясковська, О. Р. Мельников, Д. Л. Колесник, Г. І. Соляник, Фармакологія та лікарська токсикологія, 4–5: 37 (2013). http://www.umj.com.ua/article/writer/shhepotin-i-b http://www.umj.com.ua/article/writer/vasilev-o-v http://www.umj.com.ua/article/writer/rozumij-d-a http://www.umj.com.ua/article/writer/prijmak-v-v http://www.umj.com.ua/article/writer/lukashenko-a-v http://www.umj.com.ua/article/writer/zhukov-yu-a http://www.umj.com.ua/article/writer/burlaka-a-a 14 М. А. ЗАБОЛОТНИЙ, М. П. КÓЛІШ, І. С. ЧЕКМАН та ін. REFERENCES 1. V. F. Chekhun, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 9, No. 1: 261 (2011). 2. І. S. Chekman, Nanofarmakolohiia (Kiev: Zadruga: 2011). 3. I. B. Shchepotin, O. V. Vasyliev, D. O. Rozumii, V. V. Pryimak, A. V. Lukashenko, Yu. O. Zhukov, and А. А. Burlaka, Ukrainskyi Medychnyi Chasopys, 78, No. 4: 67 (2010). 4. Farmatsevtychna Ehntsyklopediya (Ed. V. P. Chernykh) (Kyyiv: МОRІОN: 2010). 5. G. I. Solianyk, O. G. Fedorchuk, O. M. Piaskovska, O. I. Dasiukevych, G. V. Gorbyk, and D. L. Kolesnyk, Sposib Zastosuvannya Akonitynvmisnogo Agenta Yak Antyangiogennogo Protypukhlynnogo Zasobu (Pat. 48524 Ukraine, MPK A 61 K 35/76, A 61 R 35/04. No. u 2009 08954; Zayavl. 28.08.2009; Opubl. 25.03.2010, Bul. No. 6). 6. M. A. Zabolotnyi, A. I. Momot, G. I. Dovbeshko, E. P. Gnatyuk, G. I. Solyanyk, O. P. Dmytrenko, and N. P. Kulish, Ukr. J. Phys., 57, No. 7: 1739 (2012). 7. N. F. Bunkin, A. V. Shkirin, V. A. Kozlov, A. V. Starosvetskiy, and P. S. Ignat’ev, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 9, No. 2: 499 (2011). 8. Biomedical Nanostructures (Eds. K. E. Gonsalves, C. R. Halberstadt, C. T. Laurencin, and L. S. Nair) (Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.: 2008). 9. I. P. Suzdalev, Nanotekhnologiya: Fiziko-Khimiya Nanoklasterov, Nanostruktur i Nanomaterialov (Moscow: KomKniga: 2006). 10. I. V. Uvarova, P. P. Gorbyk, S. V. Gorobets, O. A. Ivashchenko, and N. V. Ulianchych, Nanomaterialy Medychnogo Pryznachennya (Kyyiv: Naukova Dumka: 2014). 11. A. I. Gusev, Nanokristallicheskie Materialy: Metody Polucheniya i Svoistva (Ekaterinburg: UrO RAN: 1998). 12. V. Volkov, E. P. Kovalchuk, V. M. Ochenko, and O. V. Reshetniak, Nanokhimiya, Nanosystemy, Nanomaterialy (Kyyiv: Naukova Dumka: 2008). 13. Li Xu, Chao Liu, Hu Chen, Xioli Qin, and Xionzi Huang, International Journal of Pharmacology, 10, No. 1: 44 (2014). 14. G. G. Vlaikov, M. Yu. Barabash, M. A. Zabolotnyi, D. O. Grynko, Yu. M. Barabash, and L. Iu. Kunytska, Formuvannya Nanostruktur Templatnym Syntezom (Kyyiv: G. V. Kurdyumov Institute for Metal Physics, N.A.S. of Ukraine: 2010). 15. M. A. Zabolotnyi, M. Yu. Barabash, O. P. Dmytrenko, N. P. Kulysh, Polymernyi Zhurnal, 33, No. 4: 361 (2011). 16. M. A. Zabolotnyi, A. I. Momot, O. P. Dmytrenko, N. P. Kulish, G. I. Dovbeshko, G. I. Solianyk, L. N. Kirkilevskaya, P. Scharff, and U. Ritter, Fitoterapiya, 4: 50 (2011). 17. M. A. Zabolotnyi, E. A. Andreev, Yu. M. Barabash, and V. N. Kharkianen, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 6, No. 1: 277 (2008). 18. M. A. Zabolotnyy, Yu. M. Barabash, O. P. Dmytrenko, M. P. Kulish, Eh. L. Martynchuk, A. I. Kostyna, and Yu. Yu. Sidelnikova, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 8, No. 4: 713 (2010). 19. I. V. Boichuk, O. M. Piaskovska, O. R. Melnykov, D. L. Kolesnyk, and G. I. Solianyk, Farmakologiya ta Likarska Toksykologiia, 4–5: 37 (2013).

Модифікація протипухлинних препаратів наноструктурами

Institution

Similar Items