Вплив pH водних розчинів на редокс-активність та адсорбційну здатність комплексів CeO2-x@β-CD

Abstract

Досліджено пероксидазоподібну та оксидазоподібну активність наночастинок за допомогою окиснення 3,3′,5,5′-тетраметилбензидину (TMB) при різних значеннях pH. Показано, що максимальна прооксидантна активність досягається при pH 4.0. Визначено кінетичні параметри за моделлю Міхаеліса Ментен: Kₘ для TMB становить 0.406 мМ, Vmax- 2.41×10⁻⁸ М·с⁻¹. Досліджено здатність наночастинок окиснювати тіоли (на прикладі цистеїну). Вивчено адсорбцію протипухлинного препарату доксорубіцину (DOX) на наночастинках при pH 5.0 та 7.4. Показано, що адсорбція описується моделлю псевдо-другого порядку (хемосорбція), а ізотерми адсорбції найкраще описуються моделлю Сіпса (R² = 0.999), що вказує на гетерогенність адсорбційних центрів (порожнини β-CD). Максимальна адсорбційна здатність при pH 7.4 досягає 40 мг·г⁻¹. Продемонстровано pH-залежне вивільнення DOX при pH 5.4 (близько 60 % за 24 години), що є перспективним для селективної доставки ліків у ракові клітини (які мають нижче pH порівняно зі здоровими). Отримані результати свідчать про потенціал комплексів CeO₂₋ₓ@β-CD як багатофункціональних антиракових агентів для комбінованої АФК- та хіміотерапії.

The influence of pH on the redox activity and adsorption capacity of ultrasmall (2-3 nm) CeO₂₋ₓ@β-CD nanoparticles was investigated. Object of study: complexes of CeO₂₋ₓ@β-CD nanoparticles with doxorubicin molecules. Subject of study: influence of pH on prooxidant activity and adsorption capacity of CeO₂₋ₓ@β-CD complexes. The peroxidase-like and oxidase-like activities of the nanoparticles were studied using the oxidation of 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine (TMB) at different pH values. It was shown that the maximum prooxidant activity is achieved at pH 4.0. The kinetic parameters were determined using the Michaelis Menten model: Kₘ for TMB is 0.406 mM, V_max is 2.41×10⁻⁸ M·s⁻¹. The ability of nanoparticles to oxidize thiols (using cysteine as an example) was demonstrated. The adsorption of the anticancer drug doxorubicin (DOX) onto nanoparticles was studied at pH 5.0 and 7.4. The adsorption follows pseudo-second-order kinetics (chemisorption), and the adsorption isotherms are best described by the Sips model (R² = 0.999), indicating heterogeneous adsorption sites (β-CD cavities). The maximum adsorption capacity at pH 7.4 reaches 40 mg·g⁻¹. pH-dependent DOX release was demonstrated at pH 5.4 (about 60% over 24 hours), which is promising for selective drug delivery to cancer cells (which have lower pH than healthy cells). The obtained results indicate the potential of CeO₂₋ₓ@β-CD complexes as multifunctional anticancer agents for combined ROS- and chemotherapy.