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
METHOD FOR PRODUCING NANOSTRUCTURED DOUBLE HYDROXIDES BASED ON ALUMINIUM AND ALKALINE EARTH METALS SUCH AS MAGNESIUM OR CALCIUM, EXHIBITING THE PROPERTY OF INCREASING THE pH OF A CELLULAR MEDIUM, AND NANOSTRUCTURES PRODUCED THEREBY

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.
in vitro
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  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.
6
7
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 10-10В/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.
2
7
2
7
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/MgAl(OH) и CaO/СаAl(OH) при взаимодействии с доксорубицином, что может способствовать увеличению его подвижности вблизи полученных наноструктур и более эффективному проникновению в цитоплазму клеток.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
7
2
7
2
7
2
7
,
Настоящее раскрытие основано на неожиданном наблюдении, что смеси наноструктурных частиц двойных гидроксидов MgAl(OH) и СаAl(OH) с гидроксидами магния и кальция соответственно химической формулы MgO/MgAl(OH) и CaO/СаAl(OH) 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. % AlNполученной 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.
2
7
2
Предпочтительно, что для получения наноструктурных двойных гидроксидов на основе алюминия и магния химической формулыMgO/MgAl(OH) в качестве раствора соли магния используют 1 М раствор MgCl.
2
7
2
Предпочтительно, что для получения наноструктурных двойных гидроксидов на основе алюминия и кальция химической формулы СаO/СаAl(OH), в качестве раствора соли кальция используют 1 М раствор CaCl.
2
По данным ПЭМ в результате гидролиза нанопорошка состава AlN/Al в 1 М растворе MgCl 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.
2
7
.
Для получения наноструктур химической формулы СаO/СаAl(OH)гидролиз 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.
2
7
2
7
2
7
2
7
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/MgAl(OH) или кальция - СаO/СаAl(OH)) обладают свойством повышать кислотность клеточной среды за счет повышения рН микроокружения клеток в диапазоне от 8,3 до 11,5. MgO/MgAl(OH) в диапазоне рН 8,3-8,5 и СаO/СаAl(OH) в диапазоне рН 11,2-11,5.
2
7
2
Наноструктурные двойные гидроксидыхимической формулы MgO/MgAl(OH) 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×nHO.
2
7
Наноструктурные двойные гидроксиды химической формулы СаO/СаAl(OH) 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.
2
7
2
7
2
2
Кроме того, величина площади удельной поверхности наноструктур MgO/MgAl(OH)составляет 36±1 м/г, а наноструктур СаO/СаAl(OH) – 9,2±0,8 м/г.
2
7
2
7
Кроме того, они имеют положительный дзета-потенциал в воде при рН равном 7,2, при этом для наноструктур MgO/MgAl(OH)он составляет +21,0±2,2 мВ, для СаO/СаAl(OH) – +40,1±4,6 мВ.
2
Исследование микроструктуры продуктов гидролиза нанопорошка AlN/Al в растворе хлорида кальция CaCl(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.
2
7
2
7
При использовании наноструктур СаO/СаAl(OH) выше концентрации 1 мг/мл достигается значение IC50 (50% выживших клеток), для наноструктур  MgO/MgAl(OH)значение IC50 достигается при концентрации 1,25 мг/мл. Соответственно, синергетический эффект можно рассматривать при меньших концентрациях наноструктур.
2
7
2
7
2
7
2
7
2
2
Поставленная задача достигается также тем, чтонаноструктуры MgO/MgAl(OH) имеющие величину удельной поверхности не менее 36±1 м/г и дзета-потенциал измеренный в воде при 25 °С не менее +21,0±2,2 мВили наноструктуры кальция - СаO/СаAl(OH), имеющие величину удельной поверхности не менее 9,2±0,8 м/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/MgAl(OH) и от 11,2 до 11,5 для СаO/СаAl(OH).
2
7
Кроме того, синергетический потенцирующий эффект (когда концентрация живых клеток после инкубированияя меньше 50 % относительно контроля) достигается при использовании концентрации наноструктур MgO/MgAl(OH) от 1 до 1,25 мг/мл и, например, доксорубицина с концентрацией не менее 1 мкг/мл.
2
7
Кроме того, синергетический потенцирующий эффект достигается при использовании концентрации наноструктур СаO/СаAl(OH)от 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.
2
7
2
7
В качестве наноструктурных двойных гидроксидов были использованы синтезированные композиты СаO/СаAl(OH) и MgO/MgAl(OH), в разной степени повышающие значение показателя рН клеточной среды.
2
7
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/СаAl(OH) 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.
2
Фиг. 2 – ПЭМ изображение и ЭДС анализ продуктов гидролиза нанопорошка AlN/Al в присутствии MgCl (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).
2
2
2
7
2
7
Фиг. 6 – Распределение дзета-потенциала синтезированных наноструктурных гидроксидов, где 1) СаO×nHO; 2) Mg×nHO; 3) MgO/MgAl(OH); 4) СаO/СаAl(OH)
2
7
2
7
Фиг.7 – Распределение кислотно-основных центров синтезированных образцов, где 1) СаO/СаAl(OH); 2) MgO/MgAl(OH)
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.
2
7
Пример 1. Получение наноструктур на основе алюминия и магния MgO/MgAl(OH).
2
Для синтеза наноструктур к 100 мл раствора соли MgCl 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 поддержаниярН 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.
2
7
Пример. 2 Получение наноструктур на основе алюминия и кальция СаO/СаAl(OH)
2
Для синтеза наноструктур к 100 мл раствора соли СаCl 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.
2
2
Пример 3. Для сравнения гидролизом соответствующих хлоридов металлов получали наноструктуры Ca(OH) и Mg(OH).
2
2
Для синтеза чистых гидроксидов к 100 мл растворов соответствующих солей (MgCl или СаCl) 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.
2
2
2
2
7
2
3
2
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×nHO; 2 – MgO×nHO; 3 – СаO/СаAl(OH)7; 4 – MgO/MgAl(OH); 5 – AlO×nHO).
Данные, представленные на фиг. 1 показывают, что полученные наноструктурные гидроксиды в разной степени изменяют рН клеточной среды.
2
2
По данным ПЭМ в результате гидролиза нанопорошка AlN/Al в 1 М растворе MgCl формируются агломераты размером до 1 мкм со структурой нанолистов, содержащие алюминий и магний, а также нанопластинки размером 30-50 нм преимущественно обогащенные магнием -  MgO×nHO (фиг. 2).
2
2
7
По данным РФА (фиг. 3), основные пики продуктов окисления Al/AlN в присутствии хлорида магния соответствуют гидратированному оксиду магния MgO×nHO (PDF 01-084-2163) и двойному гидроксиду MgAl(OH) (PDF 00-048-0601).
2
Исследование микроструктуры продуктов гидролиза нанопорошка AlN/Al в растворе хлорида кальция CaCl(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.
2
2
7
2
По данным РФА (фиг. 5) основные рефлексы соответствуют фазам гидроксида кальция СаO×nHO (PDF 01-084-1271) и двойного гидроксида СаAl(OH)×3НО (PDF 00-016-0333).
2
7
2
7
При исследовании текстурных характеристик было установлено, что величина площади удельной поверхности наноструктур MgO/MgAl(OH) составляет 36±1 м2/г, а наноструктур СаO/СаAl(OH) – 9,2±0,8 м2/г.
2
2
7
Полученные образцы имеют положительный дзета-потенциал в воде при рН равном 7.2 (фиг.6). Для наноструктур MgO/MgAl(OH)7 он составляет +21,0±2,2 мВ, для СаO/СаAl(OH) – +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.
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 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.
2
7
2
7
2
2
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/СаAl(OH) и MgO/MgAl(OH), в разной степени повышающие значение показателя рН клеточной среды. Для сравнения использовали частицы СаO×nHO и MgO×nHO.
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.
2
7
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/СаAl(OH) 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).
2
7
2
7
Полученные результаты позволили рассчитать полную сорбционную емкость полученных наноструктурных двойных гидроксидов по доксорубицину. Для наноструктур MgO/MgAl(OH) сорбционная емкость составила 0,051 мг/г, для СаO/CaAl(OH) – 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.