ЖУРНАЛ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 60, № 4, с. 561-565
ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
УДК 544.022.58
ИЗУЧЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ АССОЦИАТОВ ПОРИСТЫХ СФЕРИЧЕСКИХ КЛАСТЕРОВ КЕПЛЕРАТНОГО ТИПА Mo72Fe30 С КАТИОНАМИ МЕТАЛЛОВ
В УСЛОВИЯХ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА © 2015 г. А. А. Остроушко*, И. Г. Данилова***, И. Ф. Гетте*, М. О. Тонкушина*, **
*Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (НИИфизики и прикладной
математики), Екатеринбург E-mail: alexander.ostroushko@urfu.ru **Институт иммунологии и физиологии УрО РАН, Екатеринбург Поступила в редакцию 17.07.2014 г.
Показана устойчивость пористого сферического кластера кеплератного типа Мо72Ре30 при образовании ассоциатов с многозарядными катионами (кальций, лантан) в водных растворах. Поведение ассоциатов кеплерата Мо72Ре30 с ионами лантана указывает на возможность переноса таких ассоциатов в условиях электротранспорта в катионной форме, в том числе при электрофоретической доставке в живой среде. Ионы лантана при этом могут быть использованы в качестве метки для контроля процессов переноса полиоксометаллата в различных средах.
Б01: 10.7868/80044457X15040182
Пористые сферические кластеры Мо72Ре30 и родственные им соединения обладают структурой кеплерата (структура полиоксометаллатного каркаса напоминает структуру фуллерена или бу-кибола), размер образуемых ими в растворах ионов порядка 2.5 нм. Кеплераты обладают внутренней полостью и порами, через которые она сообщается с внешней средой. Ранее мы сообщали о потенциальной возможности использования пористых сферических кластеров, или, иначе, на-нокластерных полиоксометаллатов (ПОМ) на основе молибдена, в качестве средств адресной доставки лекарственных веществ [1—9]. Кроме того, эти соединения оказывают стабилизирующее воздействие на полимеры, защищающее их от
фоторадиационной деструкции [10]. С точки зрения адресной доставки ряд факторов указывает на осуществимость транспортировки различных соединений, находящихся во внутренней полости или присоединенных к кеплератам. К таким факторам относятся: достаточная электрофоре-тическая подвижность полианионов кеплератов, способность к образованию комплексов или ассо-циатов ПОМ с органическими полимерными и низкомолекулярными веществами, деструкция ПОМ с течением времени, благодаря чему они не накапливаются в организме, их низкая токсичность, что относится, в частности, к соединению
Мо72Без0 [11]:
[M072Fe3oO252(CH3COO)i2{M02O7(H2O)b{H2M02O8(H2O)}(H2O)9i] • ~150Н20.
Введение Мо72Бе30 в организм животных (крыс) не приводило к серьезным цитологическим и гематологическим изменениям.
Показано, что полианионы кеплератов образуют с многозарядными катионами, к которым относятся лантан и кальций, ассоциаты, приобретающие вместо отрицательного положительный заряд, — поликатионы [1, 8, 9, 12]. Это происходит в силу того, что суммарный заряд ассоциированных катионов превышает исходный заряд иона ПОМ. Некоторые особенности электрофоретических процессов с участием полиоксометаллатов, в частности типа кеплерата, рассмотрены в работе [13].
Ряд вопросов при изучении возможности транспорта лекарственных соединений на кепле-ратах как их носителе относится к биомедицинским, однако имеются и химические по сути аспекты, которым и посвящена настоящая работа. Данная тематика несомненно актуальна в настоящее время, а результаты таких исследований представляют интерес в области неорганической химии кластерных соединений в целом и конкретно в химии полиоксометаллатов. В частности, необходимы дополнительные доказательства устойчивости самих ПОМ при образовании ими ассоциатов и их дальнейшем электротранспорте.
7
561
562
ОСТРОУШКО и др.
Ассоциаты кеплератов с катионами таких металлов, как кальций, представляют интерес в плане возможности использования ионов кальция как промежуточного звена при создании более сложных комплексов, включающих лекарственные средства. Например, нельзя исключить возможность ассоциации лекарственных средств, находящихся в анионной форме, с ПОМ через ионы кальция. Кальций при этом не токсичен для живого организма, а наоборот, является незаменимым элементом. Ионы редкоземельных элементов (лантана), содержащиеся в живой среде в незначительных количествах, могут быть легко идентифицированы и использованы в качестве метки для анализа процессов переноса кеплератов. Они же могут быть использованы для исследования миграции стабилизирующих добавок ПОМ в полимерных средах. Такой подход позволяет избежать применения радиоактивных меток, требующих особых мер безопасности.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Синтез и аттестацию изучаемого пористого сферического кластера кеплератного типа Mo72Fe30 проводили по методикам, опубликованным в работах [14, 15]. Первоначально получали родственный полиоксометаллат со структурой кеплерата
M0132 - (NH4)42[Mo72IMoVoO372(CH3COO)3o(H2O)72] • • 300H2O • 10CH3COONH4, затем использовали его как промежуточное соединение для дальнейшего синтеза Mo72Fe30. Реагентами служили гептамолиб-дат аммония (NH4)6Mo7O24 • 4H2O квалификации "х. ч.", гидразин сернокислый N2H4 • H2SO4 квалификации "ч. д. а.", ацетат аммония CH3COONH4 квалификации "х. ч.", уксусная кислота ледяная CH3COOH квалификации "х. ч.", хлорид желе-за(Ш) шестиводный FeCl3 • 6H2O Panreac (содержание основного вещества 97.102%), соляная кислота НС1 квалификации "ос. ч." и хлорид натрия NaCl квалификации "ч. д. а.". Ассоциаты с кальцием и лантаном получали путем смешивания растворов Mo72Fe30 и нитрата кальция или лантана в дистиллированной воде (нитрат кальция четырехводный Ca(NO3)2 • 4H2O квалификации "х. ч.", нитрат лантана шестиводный La(NO3)3 • 6H2O квалификации "ч. д. а."). Количество ионов лантана в расчете на один полианион кеплерата Mo72Fe30 задавали равным 40 в соответствии с полученными ранее данными о составе по-ликатионных ассоциатов [16].
Для идентификации Mo72Fe30 в составе ассоциатов использовали КР-спектрометр Triplemate (Spex, USA), снабженный многоканальным детектором LN-1340 PB (Princeton Instruments,
USA). Измерение подвижности полученных комплексов in vitro проводили на приборе системы капиллярного электрофореза "Капель 105М" (ООО "Люмэкс", Санкт-Петербург). Электрическую подвижность рассчитывали по формуле:
E
^эф^общ
tU '
где t — время миграции изучаемых ионов в с, Е — напряженность поля в В/м, v — скорость движения частицы в м/с. Внутренний диаметр капилляра составлял 75 мкм, общая длина капилляра ^общ = 60 см, эффективная длина капилляра Хэф = = 50 см, напряжение U = 20000 В. Анализ проводили в ацетатном буферном растворе с гидродинамическим вводом пробы в течение 5 с при давлении 30 мбар и температуре 25°С.
Эксперименты по изучению электрофорети-ческого переноса комплексов in vivo проводили на беспородных крысах обоего пола массой 200— 230 г, разделенных на следующие группы: 1, 2 — опытные животные; 3 — интактные (контрольные). В соответствии с международными требованиями мы должны указать следующее. Условия содержания и обращение с используемыми в эксперименте животными соответствовали Директиве Совета ЕС 2010/63/EU. Опытным животным вводили комплексы Mo72Fe30 с лантаном методом электрофореза: концентрация раствора в расчете на кеплераты составляла 1 мг/мл, время введения — 15 мин (I = 60 мкА, U = 3.5 В). Площадь свинцовых электродов, накладываемых в районе бедра, составляла 1 см2, толщина 0.5 мм. Раствором полика-тионных комплексов пропитывали специальную гидрофильную прокладку. Анализ содержания металлических компонентов изучаемых ассоциатов проводили для группы 1 — непосредственно после проведения электрофореза, для группы 2 — через 1 ч. Содержание молибдена, железа и лантана определяли в пробах кожи и мышечных тканей, прилежащих к коже в месте электрофореза, после минерализации и растворения образцов. Анализ осуществляли на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой iCAP-6500 Duo (Thermo Scientific). Статистическую обработку данных проводили с помощью программ Statistica 6.0 (Stаt. Soft.Inc.) и Microsoft Exel 2003. При проверке статистических гипотез использовали уровень значимости 5% (Р < 0.05). Дополнительные спектрофотометрические исследования осуществляли при помощи спектрофотометра ЛОМО СФ-56 с измерениями оптической плотности относительно дистиллированной воды. Кислотность растворов определяли на иономере И-160 МИ с использованием стеклянного электрода со встроенным электродом сравнения ЭСК-10601/7 и термодатчиком ТДЛ-1000.
ИЗУЧЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ АССОЦИАТОВ ПОРИСТЫХ СФЕРИЧЕСКИХ КЛАСТЕРОВ 563
(а)
1400 1200 1000 800 V, см-1
(б)
600
400
1400 1200
1000 V, см-
800
600
400
Рис. 1. КР-спектр водного раствора ассоциатов кеплерата Мо72ре30: а — с катионами кальция, 40 Са2+ на один кеплерат; б — с катионами лантана, 40 Lа3+ на один кеплерат; в сравнении с КР-спектром водного раствора кеплерата Мо72ре30, где 1 — ассоциат, 2 — чистый нанокластер.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При образовании ассоциатов пористого сферического кластера кеплератного типа Мо72Ре30 и катионов металлов в водных растворах не наблюдали выпадения осадков. Для установления наличия в
А 2.0
0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.175 С, г/л
Рис. 2. Зависимость оптической плотности раствора ассоциатов кеплерата Мо72ре30 с катионами лантана (40 Lа3+ на один кеплерат) от их концентрации в пересчете на кеплерат.
ассоциатах с катионами металлов первоначальной кеплератной структуры ПОМ Мо72Ре30 ее идентифицировали в водных растворах надежным и признанным в практике работы с полиоксометаллатами методом КР-спектроскопии (рис. 1).
Спектрофотометрические исследования полученных ассоциатов Мо72Ре30 с лантаном в растворе показали, что зависимость оптической плотности от их концентрации является линейной, по крайней мере в диапазоне концентраций 0.007— 0.17 мг/мл в пересчете на кеплераты, т.е. подчиняется закону Бугера—Ламберта—Бера (рис. 2). Характерная полоса с максимумом при 325 нм в спектрах электронного поглощения соответствует наличию в растворах кеплерата Мо72Ре30, после разложения ПОМ с течением времени она исчезает. Наблюдения за оптической плотнос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.