Исследование биологической активности водорастворимого комплекса C₆₀/поли-N-винилпирролидон

Цели. Исследовать биологическую активность водорастворимого производного фуллерена – комплекса C₆₀/поли-N-винилпирролидона (C₆₀/ПВП) – в условиях in vitro и in vivo; изучить влияние комплекса C₆₀/ПВП на активность лактатдегидрогеназы (ЛДГ) в условиях in vitro и in vivo; оценить изменения биохимических показателей сыворотки крови при введении мышам C₆₀/ПВП per os.

Методы. Для определения активности коммерческого препарата ЛДГ и исследования кинетики данного процесса был использован фотометрический метод Варбурга с применением стандартной методики. Для оценки влияния поливинилпирролидона (ПВП) и комплекса C₆₀/ПВП на некоторые биохимические показатели in vivo было проведено исследование на двухмесячных самцах белых беспородных мышей весом 20 ± 3 г. Определение биохимических показателей сыворотки крови проводилось с помощью полуавтоматического биохимического анализатора по стандартным методикам. Результаты. Исследовано влияние комплекса C₆₀/ПВП на активность ЛДГ и проведена оценка изменений биохимических показателей сыворотки крови мышей, характеризующих углеводный обмен. Установлено, что комплекс C₆₀/ПВП увеличивает содержание глюкозы и пировиноградной кислоты, снижает содержание лактата и активность ЛДГ в сыворотке крови по сравнению с контролем, а также снижает активность ЛДГ в условиях in vitro по типу смешанного ингибирования.

Выводы. Комплексы C₆₀/ПВП и ПВП проявляют биологическую активность в условиях in vitro и in vivo. Установлено, что комплекс C₆₀/ПВП является ингибитором ЛДГ смешанного типа в условиях in vitro, угнетает активность ЛДГ в условиях in vivo, а также способствует снижению концентрации лактата и увеличению концентрации пировиноградной кислоты и глюкозы в сыворотке крови при введении мышам C₆₀/ПВП per os. При этом также выявлено ингибирующее действие и ПВП на активность ЛДГ in vitro и in vitro, причем в условиях in vivo ПВП способствует снижению концентрации лактата в крови. Менее выраженное действие комплекса C₆₀/ПВП по сравнению с ПВП может быть связано с тем, что молекулы C₆₀ «скрыты» в полостях, образованных в молекулах ПВП.

1. Nielsen G., Roursgaard M., Jensen K., et al. In vivo Biology and Toxicology of Fullerenes and Their Derivatives. Basic Clin. Pharmacol. Toxicol. 2008;103(3):197–208. https://doi.org/10.1111/j.1742-7843.2008.00266.x

2. Shuster D.I., Wilson S.R., Shinazi R.F. Anti-human immunodeficiency virus activity and cytotoxicity of derivatized buckminsterfullerenes. Bioorg. Med. Chem. Lett. 1996;6(11):1253–1256. https://doi.org/10.1016/0960-894X(96)00210-7

3. Shinazi R.F., Sijbesma R., Sradanov G., et al. Synthesis and virucidal activity of a water-soluble, configurationally stable, derivatized C60 fullerene Antimicrob. Agents Chemother.1993;37(8):1707–17110. https://doi.org/10.1128/AAC.37.8.1707

4. Bakry R., Vallant R., Najam-ul-Haq M., et al. Medicinal applications of fullerenes. Int. J. Nanomedicine. 2007;2(4):639–649.

5. Ворошилов Е.А., Дегтярников В.П., Шуклина А.А. Перспективы применения мягких лекарственных форм с добавлением фуллерена C60 в терапии воспалительных процессов. В сб.: Медицинская помощь при травмах. Новое в организации и технологиях. Перспективы импортозамещения в России: Сборник тезисов Пятого юбилейного конгресса с международным участием. СПб.; 2020. С. 63–64.

6. Halliwell B. Reactive oxygen species and the central nervous system. J. Neurochem. 1992;59(5):1609–1623. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.1992.tb10990.x

7. Krustic P.J., Wasserman E., Keizer P.N., et al. Radical reactions of C60. Science. 1991;254(5035):1183–1185. https://doi.org/10.1126/science.254.5035.1183

8. Аверьянова М.О., Куракин Г.Ф., Лопина Н.П., Бордина Г.Е. Перспективы применения фуллеренов и их производных как антиоксидантов. Modern Science. 2019;(6–3):11–14.

9. Dugan L.L., et al. Fullerene-based antioxidants and neurodegenerative disorders. Parkinsonism Relat. Disord. 2001;7(3):243–246. https://doi.org/10.1016/S1353-8020(00)00064-X

10. Podolski I.Y., Podlubnaya Z.A., Kosenko E.A., Mugantseva E.A., Мakarova E.G. Effects of hydrated forms of C60 fullerene on amyloid β-peptide fibrillization in vitro and perfomance of the cognitive task. J. Nanosci. Nanotechnol. 2007;7(4–5):1479–1485. https://doi.org/10.1166/jnn.2007.330

11. Moussa F., Chretien P., Dubois P., Chuniaud L., Dessante M., Trivin F., Sizaret P.Y., Agafonov V., Ceolin R., Szwarc H., Greugny V., Fabre C., Rassat A. The Influence of C60 Powders on Cultured Human Leukocytes. Full. Sci. Technol. 2008;3(3):333–342. https://doi.org/10.1080/153638X9508543788

12. Moussa F., Trivin F., Ceolin R., Hadchouel M., Sizaret P.Y., Greugny V., Fabre C., Rassat A., Szwarc H. Early effects of C60 administration in Swiss mice: A preliminary account for in vivo C 60 toxicity. Full. Sci. Technol. 1996;4(1):21–29. https://doi.org/10.1080/10641229608001534

13. Baati T., Bourasset F., Gharbi N., Njim L., Abderrabba M., Kerkeni A., Szwarc H., Moussa F. The prolongation of the lifespan of rats by repeated oral administration of [60]fullerene. Biomaterials. 2012;33(19):4936–4946 https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.03.036

14. Hendrickson O., Fedyunina N., Zherdev A., Solopova O., Sveshnikov P. Dzantiev B. Production of monoclonal antibodies against fullerene C60 and development of a fullerene enzyme immunoassay. Analyst. 2012;137(1):98–105. https://doi.org/10.1039/C1AN15745K

15. Da Ros T., Spalluto G., Prato M. Biological Applications of Fullerene Derivatives: A Brief Overview. Croatica Chemica Acta. 2001;74(4):743–755.

16. Belgorodsky B., Fadeev L., Ittah V., Benyamini H., Zelner S., Huppert D., Kotlyar A.B., Gozin M. Formation and characterization of stable human serum albumin-trismalonic acid [C60]fullerene complex. Bioconjug. Chem. 2005;16(5):1058–1062. https://doi.org/10.1021/bc050103c

17. Думпис М.А., Николаев Д.Н., Литасова Е.В., Ильин В.В., Брусина М.А., Пиотровский П.Б. Биологическая активность фуллеренов – реалии и перспективы. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2018;16(7):4–20. https://doi.org/10.17816/RCF1614-20

18. Benyamini H., Shulman-Peleg A., Wolfson H.J., Belgorodsky B., Fadeev L., Gozin M. Interaction of C60-fullerene and carboxyfullerene with proteins: docking and binding site alignment. Bioconjug. Chem. 2006;17(2):378–386. https://doi.org/10.1021/bc050299g

19. Gharbi N., Pressac M., Hadchouel M., Szwarc H., Wilson S.R., Moussa F. [60] Fullerene is a powerful antioxidant in vivo with no acute or subacute toxicity. Nano Lett. 2005;5(12):2578–2585. https://doi.org/10.1021/nl051866b

20. Xiao L., Takada H., Gan X.H., et al. The water-soluble fullerene derivative ‘Radical Sponge®’ exerts cytoprotective action against UVA irradiation but not visible-light-catalyzed cytotoxicity in human skin keratinocytes. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2006;16(6):1590–1595. https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2005.12.011

21. Barzegar A., Naghizadeh E., Zakariazaden M., Azamat J. Molecular dynamics simulation study of the HIV-1 protease inhibit ion using fullerene and new fullerene derivatives of carbon nanostructures. Mini Rev. Med. Chem. 2017;17(7):633–647.

22. Martinez Z.S., Castro E., Seong C.-S., Ceron M.R., Echegoyen L., Llano M. Fullerene derivatives strongly inhibit HIV-1 replication by affecting virus maturation without impairing protease activity. Antimicrob. Agents Chemother. 2016;60(10):5731–5741. https://doi.org/10.1128/AAC.00341-16

23. Гунькин И.Ф., Целуйкин В.Н., Логинова Н.Ю. Синтез и изучение свойств водорастворимых производных фуллерена С60. Журн. прикладной химии. 2006;79(6):1011–1013.

24. Каркищенко Н.Н., Грачев С.В. (ред.). Руководство по лабораторным животным и альтернативным моделям в биомедицинских исследованиях. М.: Профиль-2С; 2010. 358 с.

25. Карпищенко А.И. Медицинские лабораторные технологии. СПб.: Интермедика; 1999. 656 с.