Поверхностная модификация Gd₂O₃-графен различными группами и молекулами каптоприла

В настоящее время одним из направлений разработки новых мультимодальных контрастных агентов для методов магнитно-резонансной и компьютерной томографии является создание препаратов на основе наночастиц нерастворимых соединений Gd³⁺. Поверхность таких наночастиц можно функционализировать якорными молекулами или группами, селективными относительно определенных биополимеров. В представленной работе предложен новый метод для создания таких селективных структур. На первом этапе процесса получены наночастицы Gd₂O₃ с размером 1…2 нм, стабилизированные на поверхности малослойных графеновых фрагментов (МГФ). Последующая графитизация поверхности частиц Gd₂O₃/МГФ позволила получить частицы со структурой типа ядро-оболочка (Gd₂O₃/МГФ)@C. Обработка частиц (Gd₂O₃/МГФ)@C парами азотной кислоты привела к формированию поверхностных карбоксильных групп. При взаимодействии (Gd₂O₃/МГФ)@C-COOH с SOCl₂ выделены частицы (Gd₂O₃/МГФ)@C-COCl. При замещении атомов хлора в составе ацилхлоридных групп получены сложные эфиры, содержащие аллиловые фрагменты (Gd₂O₃/МГФ)@C-COOAll или молекулы специфического ингибитора ангиотензин-превращающего фермента каптоприла. Все продукты охарактеризованы методами просвечивающей электронной микроскопией, термогравиметрического анализа, ИК- и рентгено-фотоэлектронной спектроскопией. Показано, что функционализация карбоксильными, ацилхлоридными группами, как и молекулами каптоприла и аллиловыми фрагментами не меняет морфологию частиц, а размер Gd₂O₃ остается неизменным. Представлены результаты оценки цитотоксичности частиц (Gd₂O₃/МГФ)@C-COOH, (Gd₂O₃/МГФ)@C-COOAll и (Gd₂O₃/МГФ)@C-каптоприл.

1. Najjar R. Clinical applications, safety profiles, and future developments of contrast agents in modern radiology: a comprehensive review. iRadiology. 2024;2(5):430-468. DOI:10.1002/ird3.95

2. Mhlanga N, Mphuthi N, Van der Walt H, Nyembe S, et al. Nanostructures and nanoparticles as medical diagnostic imaging contrast agents: a review. Materials Today Chemistry. 2024;40:102233. DOI:10.1016/j.mtchem.2024.102233

3. Meng YQ, Shi YN, Zhu YP, Liu YQ, et al. Recent trends in preparation and biomedical applications of iron oxide nanoparticles. Journal of Nanobiotechnology. 2024;22:24. DOI:10.1186/sl2951-023-02235-0

4. Lv J, Roy S, Xie M, Yang X, Guo B. Contrast agents of magnetic resonance imaging and future perspective. Nanomaterials. 2023;13(13):2003. DOI:10.3390/nano13132003

5. Abaei S, Tarighatnia A, Mesbahi A, Aghanejad A. Antibody conjugates as CT/MRI theranostics for diagnosis of cancers: a review of recent trends and advances. Sensors Diagnostics. 2024;3:1428-1441. DOI:10.1039/D4SD00132J

6. Kharisov BI, Dias HVR, Kharissova OV, Vazquez A, et al. Solubilization, dispersion and stabilization of magnetic nanoparticles in water and nonaqueous solvents: recent trends. RSC Advances. 2014;4:45354-45381. DOI:10.1039/C4RA06902A

7. Suslova EV, Pavlova OS, Zoirova ZO, Shashurin DA, et al. Gd2O3@C and Gd2O3@SiO2 nanoparticles as contrast agents for magnetic resonance imaging. Zhurnal prikladnoy khimii = Russian Journal of Applied Chemistry. 2025;98(2):125-135. DOI:10.31857/S0044461825020055 (In Russ.)

8. Ahren M, Selegard L, Klasson A, Soderlind F, et al. Synthesis and characterization of PEGylated Gd2O3 nanoparticles for MRI contrast enhancement. Langmuir. 2010;26(8):5753-5762. DOI:10.1021/la903566y

9. Fatima A, Ahmad MW, Al Saidi AKA, Choudhury A, et al. Recent advances in gadolinium based contrast agents for bioimaging applications. Nanomaterials. 2021;11(9):2449. DOI:10.3390/nano11092449

10. Pour SA, Shaterian HR. Captopril-loaded superparamagnetic nanoparticles as a new dual-mode contrast agent for simultaneous in vitro/in vivo MR imaging and drug delivery system. Pharmaceutical Chemistry Journal. 2018;51(10):852-862. DOI:10.1007/s11094-018-1704-x

11. Lam E, Luong HT. Carbon materials as catalyst supports and catalysts in the transformation of biomass to fuels and chemicals. ACS Catalysis. 2014;4(10):3393-3410. DOI:10.1021/cs5008393

12. Kulakova LI, Lisichkin GV. Chemical modification of graphene. Russian Journal of General Chemistry. 2020;90(10):1921-1943. DOI:10.1134/S1070363220100151

13. Joshi DJ, Koduru JR, Malek NI, Hussain CM, Kailasa SK. Surface modifications and analytical applications of graphene oxide: a review. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2021;144:116448. DOI:10.1016/j.trac.2021.116448

14. Yu W, Sisi L, Haiyan Y, Jie L. Progress in the functional modification of graphene/graphene oxide: a review. RSC Advances. 2020;10(26):15328-15345. DOI:10.1039/d0ra01068e

15. Rezaei F, Alinezhad H, Maleki B. Captopril supported on magnetic graphene nitride, a sustainable and green catalyst for one-pot multicomponent synthesis of 2-amino-4H-chromene and 1,2,3,6-tetrahydropyrimidine. Scientific Reports. 2023;13:20562. DOI:10.1038/s41598-023-47794-2

16. Suslova EV, Kozlov AP, Shashurin DA, Rozhkov VA, et al. New composite contrast agents based on Ln and graphene matrix for multi-energy computed tomography. Nanomaterials. 2022;12:4110. DOI:10.3390/nano12234110

17. Shashurin DA, Suslova EV, Rozhkov VA, Sotenskiy RV, et al. Gd2O3-carbon nanoflakes (CNFs) as contrast agents for photon-counting computed tomography (PCCT). Zhurnal prikladnoy khimii = Russian Journal of Applied Chemistry. 2023;96(4):337-344. DOI:10.31857/S0044461823040023 (In Russ.)

18. Suslova EV, Shashurin DA, Maslakov KI, Kupreenko SY, et al. Composite contrast enhancement of hydrogel-based implants for photon-counting computed tomography studies. Gels. 2024;10(12):807. DOI:10.3390/gels10120807

19. Kozlov AP, Suslova EV, Maksimov SV, Isaikina OY, et al. The preparation of nanocomposite with a core-shell structure made of carbon matrices and lanthanum nanoparticles. Physics of Particles and Nuclei Letters. 2023;20:1254-1258. DOI:10.1134/S1547477123050473

20. Suslova EV, Kozlov AP, Shashurin DA, Maximov SV, et al. La2O3-carbon composite with core-shell structure and features of its gas-phase oxidation. Mendeleev Communications. 2024;34(1),90-92. DOI:10.1016/j.mencom.2024.01.027

21. Sivtsov EV, Kalinin AV, Gostev AI, Smirnov AV, et al. In situ preparation of polymer nanocomposites based on sols of surface-modified detonation nanodiamonds by classical and controlled radical polymerization. Polymer Science Series B. 2020;62:734-749. DOI:10.1134/S1560090420050139

22. Chesnokov VV, Chichkan AS, Bedilo AF, Shuvarakova EI, Parmon VN. Template method for graphene synthesis. Doklady Akademii Nauk = Doklady Chemistry. 2019;488:508-512. DOI:10.31857/S0869-56524885508-512 (In Russ.)

23. Hamon MA, Chen J, Hu H, Chen Y, et al. Dissolution of single-walled carbon nanotubes. Advanced Materials. 1999;11(10):834-840.

24. Yao J, Liu S, Huang Y, Ren S, et al. Acylchloride functionalized graphene oxide chemically grafted with hindered phenol and its application in antidegradation of polypropylene. Progress in Natural Science: Materials International. 2020;30(3):328-336. DOI:10.1016/j.pnsc.2020.05.010

25. Vijayaprasath G, Habibulla I, Dharuman V, Balasubramanian S, Ganesan R. Fabrication of Gd2O3 nanosheet-modified glassy carbon electrode for nonenzymatic highly selective electrochemical detection of vitamin B2. ACS Omega. 2020;5(29):17892-17899. DOI: 10.1021/acsomega.9b04284

26. Brusko V, Khannanov A, Rakhmatullin A, Dimiev AM. Unraveling the infrared spectrum of graphene oxide. Carbon. 2024;229:119507. DOI:10.1016/j.carbon.2024.119507

27. Chepilo DA, Gegechkori VI, Shchepochkina OYu, Efremov AYu, et al. A complex approach to the determination of authenticity in the development of standard samples for ace inhibitors. Khimiko-farmatsevticheskiy zhurnal = Pharmaceutical Chemistry Journal. 2022;56(4):515-521. DOI: 10.30906/0023-1134-2022-56-4-41-47 (In Russ.)

28. Chepilo DA, Gegechkori VI, Shchepochkina OYu, Chadova NN, et al. Application of the gas chromatography-mass spectrometry method for the identification of standard samples of ACE inhibitors drugs. Farmatsiya. 2022;71(3):34-41. DOI:10/29296/25419218-2022-03-06 (In Russ.)

29. Verkhovsky RA, Anisimov RA, Lomova MV, Tuchina DK, et al. Cytotoxicity of various types of coated upconversion nanoparticles. Overview. Izvestiya of Saratov University. Physics. 2022;22(4):357-373. DOI:10.18500/1817-3020-2022-22-4-357-373 (In Russ.)

30. Uhlen M, Fagerberg L, Hallstrom BM, Lindskog C, et al. Tissue-based map of the human proteome. Science. 2015;347(6220):1260419. DOI:10.1126/science.1260419

31. Jin H, Zhang C, Zwahlen M, von Feilitzen K, et al. Systematic transcriptional analysis of human cell lines for gene expression landscape and tumor representation. Nature Communications. 2023;14(1):5417. DOI:10.1038/s41467-023-41132-w