Получение наноразмерных частиц альдегидсодержащих производных крахмала

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Методами прямого растворения, осаждения и самоорганизации получены наночастицы на основе альдегидсодержащих производных крахмала, основные размерные и структурные характеристики которых определены методами динамического светорассеяния и сканирующей электронной микроскопии. Введение альдегидных групп в состав нативного крахмала и гидроксиэтилкрахмала осуществляли путем окисления водным раствором периодата натрия при различных мольных соотношениях реагентов. Установлено, что средний диаметр наночастиц диальдегидкрахмала и диальдегидгидроксиэтилкрахмала, сформированных методом самоорганизации (70 до 100 нм), меньше средних размеров наночастиц, полученных методами прямого растворения и осаждения (190–250 нм), при этом коллоидная суспензия гидрофобизированных производных крахмала характеризуется более узким распределением наночастиц по размерам (<0.25). После лиофилизации полученные наночастицы хорошо диспергируются в воде, сохраняют стабильность в течение года. Сочетание физико-химических и медико-биологических свойств наночастиц из диальдегидкрахмала и диальдегидгидроксиэтилкрахмала определяет возможность использования их в качестве наноносителей лекарственных средств.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Н. В. Голуб

Учреждение Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем»

Author for correspondence.
Email: natali.golub@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1448-1872

к.х.н.

Russian Federation, 220006, Беларусь, г. Минск, ул. Ленинградская, д. 14

Ю. И. Пристромова

Учреждение Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем»

Email: natali.golub@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6784-0088
Russian Federation, 220006, Беларусь, г. Минск, ул. Ленинградская, д. 14

Р. И. Костерова

Учреждение Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем»

Email: natali.golub@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7706-4876
Russian Federation, 220006, Беларусь, г. Минск, ул. Ленинградская, д. 14

В. А. Алиновская

Учреждение Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем»

Email: natali.golub@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9792-1441
Russian Federation, 220006, Беларусь, г. Минск, ул. Ленинградская, д. 14

A. A. Кузич

Учебно-научно-производственное республиканское унитарное предприятие «УНИТЕХПРОМ БГУ»

Email: natali.golub@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-0322-5246
Russian Federation, 220045, Беларусь, г. Минск, ул. Курчатова, д. 1

Т. Л. Юркштович

Учреждение Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем»

Email: natali.golub@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4531-1342

к.х.н., доцент

Russian Federation, 220006, Беларусь, г. Минск, ул. Ленинградская, д. 14

References

  1. Eloy J. O., Abriata J. P., Marchetti J. M. (Eds). Nanocarriers for drug delivery: Сoncepts and applications. Cham: Springer Nature Switzerland AG, 2021. 450 p. https://doi.org/10.1007:978-3-030-63389-9
  2. Бовина Е. М., Романов Б. К., Казаков А. С., Вельц Н. Ю., Журавлева Е. О., Букатина Т. М., Аляутдин Р. Н., Меркулов В. А. Наноразмерные лекарственные средства: особенности оценки безопасности // Безопасность и риск фармакотерапии. 2019. Т. 7. № 3. С.127–138. https://doi.org/10.30895/2312-7821-2019-7-3-127-138 [Bovina E. M., Romanov B. K., Kazakov A. S., Velts N. Yu., Zhuravleva E. O., Bukatina T. M., Alyautdin R. N., Merkulov V. A. Nanoscale therapeutic system: Safety assessment features // Safety and Risk of Pharmacotherapy. 2019. V. 7. N 3. P. 127–138. https://doi.org/10.30895/2312-7821-2019-7-3-127-138].
  3. Anselmo A. C., Mitragotri S. Nanoparticles in the clinic: An update // BioTM. 2019. V. 4. N 1. P. 1–16. https://doi.org/10.1002/btm2.10143
  4. Namiot E. D., Sokolov A. V., Chubarev V. N., Tarasov V. V., Schioth H. B. Nanoparticles in clinical trials: Analysis of clinical trials, FDA approvals and use for COVID-19 vaccines // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. N 1. ID 787. https://doi.org/10.3390/ijms24010787
  5. Wang H., Hu H., Yang H., Li Z. Hydroxyethyl starch based smart nanomedicine // RSC Advances. 2021. V. 11. P. 3226–3240. https://doi.org/10.1039/D0RA09663F
  6. Torres F. G., De-la-Torre G. E. Synthesis, characteristics, and applications of modified starch nanoparticles: A review // Int. J. Biol. Macromol. 2022. V. 194. P. 289–305. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.11.187
  7. Ahmed R., Gardouha B., Ahmed S. G., Srag El-D., Mostafa Y., Gada S. Formulation factors of starch-based nanosystems preparation and their pharmaceutical application // RPBS. 2021. V. 5. N 3. P. 28–39. https://doi.org/10.21608/rpbs.2020.51097.1080
  8. Qin Y., Liu C., Jiang S., Xiong L., Sun Q. Characterization of starch nanoparticles prepared by nanoprecipitation: Influence of amylose content and starch type // Ind. Crop. Prod. 2016. V. 87. P. 182–190. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.04.038
  9. Chandra K., Dutta S., Kolya H., Kang C. W. Structural aspect of hydroxyethyl-starch-anticancer-drug-conjugates as state-of-the-art drug carriers // Sci. Pharm. 2023. V. 91. N 3. ID 32. https://doi.org/10.3390/scipharm91030032
  10. Chong W. H., Chin S. F., Pang S. C., Kok K. Y. Synthesis and characterisation of piperine loaded starch nanoparticles // J. Phys. Sci. 2020. V. 31. N 1. P. 57–68. https://doi.org/10.21315/jps2020.31.1.4
  11. Chen Y., Hao Y., Ting K., Li Q., Gao Q. Preparation and emulsification properties of dialdehyde starch nanoparticles // Food Chem. 2019. V. 286. P. 467–74. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.01.188
  12. Иозеп А. А., Григорьев А. А., Лашкевич Н. В. Реакции декстранполиальдегида с гетероциклическими соединениями // ЖПХ. 1999. Т. 72. № 7. С. 1165–1168 [Iozep A.A., Suvorova O.B., Lebedko A.V., Passet B.V. Reactions of dextranpolyaldehyde with heterocyclic compounds // J. Appl. Chem. 1999. T. 72. N. 7. P. 1165–1168].
  13. Xiao S. Y., Liu X. M., Tong C. Y., Zhao L. C., Liu X. J., Zhou A. M., Cao Y. Dialdehyde starch nanoparticles as antitumor drug delivery system: An in vitro, in vivo and immunohistological evaluation // Chin. Sci. Bull. 2012. V. 57. N 24. P. 3226–3232. https://doi.org/10.1007/s11434-012-5342-5
  14. Bagheri S., Hassani S. M., Mahdizadeh S. J. Computational procedure for determining physicochemical properties of doxorubicin dialdehyde starch (DOX-DAS) and doxorubicin-dialdehyde starch nanoparticles (DOX-DASNP) // Int. J. Pharm. Pharm. Sci. 2012. V. 4. N 1. P. 640–642.
  15. Yu D. M., Xiao S. Y., Tong C. Y., Chen L., Liu X. M. Dialdehyde starch nanoparticles: Preparation and application in drug // Chin. Sci. Bull. 2007. V. 52. N 21. P. 2913–2918.
  16. Saari H., Fuentes C., Sjöö M., Rayner M., Wahlgren M. Production of starch nanoparticles by dissolution and non-solvent precipitation for use in food-grade Pickering emulsions // Carbohydr. Polym. 2017. V. 157. P. 558–566. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.10.003
  17. Bilati U., Allémann E., Doelker E. Development of a nanoprecipitation method intended for the entrapment of hydrophilic drugs into nanoparticles // Eur. J. Pharm. Sci. 2005. V. 24. N 1. P. 67–75. https://doi.org/10.1016/j.ejps.2004.09.011
  18. Wasiak I., Kulikowska A., Janczewska M., Michalak M., Cymerman I. A., Nagalski A., Kallinger P., Szymanski W. W., Ciach T. Dextran nanoparticle synthesis and properties // PLoS ONE. 2016. V. 11. N 1. ID e0146237. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0146237
  19. Yu J., Chang P. R., Ma X. The preparation and properties of dialdehyde starch and thermoplastic dialdehyde starch // Carbohydr. Polym. 2010. V. 79. N 2. P. 296–300. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2009.08.005
  20. Maia J., Evangelista M. B., Gil H., Ferreira L. Dextran-based materials for biomedical applications // Carbohydrates Applications in Medicine / Ed. M. H. Gil. 2014. P. 31–53.
  21. Mo X., Iwata H., Matsuda S., Ikada Y. Soft tissue adhesive composed of modified gelatin and polysaccharides // J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 2000. V. 11. N 4. P. 341–351. https://doi.org/10.1163/156856200743742
  22. Rodriguez-Loya J., Lerma M., Gardea-Torresdey J. L. Dynamic light scattering and its application to control nanoparticle aggregation in colloidal systems: A review // Micromachines (Basel). 2023. V. 15. N 1. ID 24. https://doi.org/10.3390/mi15010024
  23. Lee J., Park S., Roh H. G., Oh S., Kim S., Kim M., Kim D., Park J. Preparation and characterization of superabsorbent polymers based on starch aldehydes and carboxymethyl cellulose // Polymers. 2018. V. 10. N 6. ID 605. https://doi.org/10.3390/polym10060605
  24. Юркштович Т. Л., Голуб Н. В., Костерова Р. И., Пристромова Ю. И., Алиновская В. А. Наночастицы на основе альдегидсодержащих полисахаридов в качестве носителей биологически активных веществ // Свиридовские чтения. 2024. № 1. С. 140–142.
  25. Sana S., Boodhoo K., Zivkovic V. Production of starch nanoparticles through solvent-antisolvent precipitation in a spinning disc reactor // Green Process. Synth. 2019. V. 8. P. 507–515. https://doi.org/10.1515/gps-2019-0019
  26. Кузнецова Е. В., Кузнецов Н. М., Калинин К. Т., Лебедев-Степанов П. В., Новиков А. А., Чвалун С. Н. Роль комплексного подхода при определении размеров наночастиц в дисперсиях // Коллоид. журн. 2022. Т. 84. № 6. С. 740–751. https://doi.org/10.31857/S0023291222600389 [Kuznetsova E. V., Kuznetsov N. M., Kalinin K. T., Lebedev-Stepanov P. V., Novikov A. A., Chvalun S. N. The role of integrated approach in the determination of nanoparticle sizes in dispersions // Colloid J. 2022. V. 84. N 6. P. 704–714. https://doi.org/10.1134/S1061933X22600348].
  27. Monopoli M. P., Aberg C., Salvati A., Dawson K. A. Colloidal stability of polymeric nanoparticles in biological fluids // J. Nanopart. Res. 2012. V. 14. ID 920. https://doi.org/10.1007/s11051-012-0920-7
  28. Danaei M., Dehghankhold M., Ataei S., Hasanzadeh Davarani F., Javanmard R., Dokhani A., Khorasani S., Mozafari M. R. Impact of particle size and polydispersity index on the clinical applications of lipidic nanocarrier systems // Pharmaceutics. 2018. V. 10. N 2. 57. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics10020057
  29. Hebeish A., El-Rafie M. H., El-Sheikh M. A., El-Naggar M. E. Ultra-fine characteristics of starch nanoparticles prepared using native starch with and without surfactant // J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 2014. V. 24. P. 515–524. https://doi.org/10.1007/s10904-013-0004-x
  30. Koniuch N., Ilett M., Collins S. M., Hondow N., Brown A., Hughes L., Blade H. Structure of polymeric nanoparticles encapsulating a drug — pamoic acid ion pair by scanning transmission electron microscopy // Heliyon. 2023. V. 9. N 6. ID 16959. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e16959

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. (I)

Download (83KB)
Indexing metadata
3. Fig. 1. Distribution of dialdehyde starch (a) and dialdehyde hydroxyethyl starch (b) nanoparticles by size, obtained by direct dissolution in water (1) and a mixture of dimethyl sulfoxide:H2O at a volume ratio of 9:1 (2).

Download (151KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Electron micrographs of dialdehyde starch (a) and dialdehyde hydroxyethyl starch (b) nanoparticles obtained by direct dissolution in water.

Download (248KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. Distribution of dialdehyde starch (a) and dialdehyde hydroxyethyl starch (b) nanoparticles by size, obtained by precipitation from water (1) and a mixture of dimethyl sulfoxide:H2O at a volume ratio of 9:1 (2).

Download (151KB)
Indexing metadata
6. Fig. 4. Electron micrographs of dialdehyde starch (a) and dialdehyde hydroxyethyl starch (b) nanoparticles obtained by the precipitation method.

Download (272KB)
Indexing metadata
7. Fig. 5. Average size of dialdehyde hydroxyethyl starch (1) and dialdehyde starch (2) nanoparticles obtained by the self-assembly method at different molar ratios of [dodecylamine]:[aldehyde groups].

Download (122KB)
Indexing metadata
8. Fig. 6. Distribution of nanoparticles based on dialdehyde hydroxyethyl starch–dodecylamine (1) and dialdehyde starch–dodecylamine (2) conjugates at molar ratios of [dodecylamine]:[aldehyde groups] of 0.6 (1) and 0.8 (2) by size.

Download (65KB)
Indexing metadata
9. Fig. 7. Electron micrographs of dialdehyde starch (a) and dialdehyde hydroxyethyl starch (b) particles obtained by the self-organization method.

Download (190KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences