Investigation of the Interaction of Charged Nanoparticles with the Cell Membrane of Erythrocytes

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Aerosols made of highly charged nanoparticles of non-volatile substances are of interest for the development of new highly effective methods of targeted drug delivery. However, for safe use, it is necessary to study their possible damaging effect on cell membranes. Human erythrocytes were selected as a model system. The experiments were carried out under conditions of partial dehydration of cells with exposure of a part of the surface of red blood cells to air to ensure contact of the sprayed particles with the cell membrane. It was found that, while highly charged nanoaerosolic particles during direct electron spraying are capable of disrupting the structure of the lipid monolayer, they do not cause damage to the cell membrane of erythrocytes. Thus, the results of the work can be used in the development of an electro-spraying method for the delivery of medicinal drugs to wound surfaces, the olfactory bulb, etc. The developed devices can also be used in studies of the interaction of nanoaerosols of various substances with the cell membrane.

About the authors

E. A Shlyapnikova

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Moscow Region, Russia

I. L Kanev

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Moscow Region, Russia

Yu. M Shlyapnikov

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Email: yuri.shlyapnikov@gmail.com
Pushchino, Moscow Region, Russia

References

  1. Rosiere R., Amighi K., and Wauthoz N. Nanomedicinebased inhalation treatments for lung cancer. In: Nanotechnology-Based Targeted Drug Delivery Systems for Lung Cancer, Ed. by P. Kesharvani (Acad. Press, London, New York, San Francisco, 2019), pp. 249–268.doi: 10.1016/B978-0-12-815720-6.00010-1
  2. Neary M. T., Mulder L. M., Kowalski P. S., MacLoughlin R., Crean A. M., and Ryan K. B. Nebulised delivery of RNA formulations to the lungs: From aerosol to cytosol. J. Control. Release, 366, 812–833 (2024).doi: 10.1016/j.jconrel.2023.12.012
  3. Jiang A. Y., Witten J., Raji I., Eweje F., MacIsaac C., Meng S., Oladimeji F. A., Hu Y., Manan R. S., Langer R., and Anderson D. G. Combinatorial development of nebulized mRNA delivery formulations for the lungs. Nat. Nanotechnol., 19 (3), 364–375 (2024).doi: 10.1038/s41565
  4. Lee W.-H., Loo C.-Y., Traini D., and Young P. M. Inhalation of nanoparticle-based drug for lung cancer treatment: Advantages and challenges. As. J. Pharm. Sci., 10 (6), 481–489 (2015). doi: 10.1016/j.ajps.2015.08.009
  5. Hong S.-H., Park S.-J., Lee S., Cho C. S., and Cho M.-H. Aerosol gene delivery using viral vectors and cationic carriers for in vivo lung cancer therapy. Expert Opin. Drug Deliv., 12 (6), 977–991 (2014).doi: 10.1517/17425247.2015.986454
  6. Onischuk A. A., Tolstikova T. G., An'kov S. V., Baklanov A. M., Valiulin S. V., Khvostov M. V., Sorokina I. V., Dultseva G. G., and Zhukova N. A. Ibuprofen, indomethacin and diclofenac sodium nanoaerosol: generation, inhalation delivery and biological effects in mice and rats. J. Aer. Sci., 100, 164–177 (2016).doi: 10.1016/j.jaerosci.2016.05.005
  7. Wang Z., Xiong G., Tsang W. C., Schätzlein A. G., and Uchegbu I. F. Nose-to-brain delivery. J. Pharmacol. Exp. Ther., 370 (3), 593–601 (2019).doi: 10.1124/jpet.119.258152
  8. Propst C. N., Nwabueze A. O., Kanev I. L., Pepin R. E., Gutting B. W., Morozov V. N., and van Hoek M. L. Nanoaerosols reduce required effective dose of liposomal levofloxacin against pulmonary murine Francisella tularensis subsp. novicida infection. J. Nanobiotechn., 14 (29), 1–10 (2016). doi: 10.1186/s12951-016-0182-0
  9. Morozov V. N., Kanev I. L., Mikheev A. Y., Shlyapnikova E. A., Shlyapnikov Y. M., Nikitin M. P., Nikitin P. I., Nwabueze A. O., and van Hoek M. L. Generation and delivery of nanoaerosols from biological and biologically active substances. J. Aerosol Sci., 69, 48–61 (2014). doi: 10.1016/j.jaerosci.2013.12.003
  10. Lee W-H., Loo C-Y., Young P. M., Traini D., Mason R. S., and Rohanizadeh R. Recent advances in curcumin nanoformulation for cancer therapy. Expert Opin. Drug Deliv., 11 (8), 1183–1204 (2014).doi: 10.1517/17425247.2014.916686
  11. Morozov V. N., Shlyapnikov Y. M., Kanev I. L., and Shlyapnikova E. A. Ballistic penetration of highly charged nanoaerosol particles through a lipid monolayer. Langmuir, 33 (32), 7829–7837 (2017).doi: 10.1021/acs.langmuir.7b00782
  12. McDonagh P. F. and Williams S. K. The preparation and use of fluorescent-protein conjugates for microvascular research. Microvasc. Res., 27 (1), 14–27 (1984).doi: 10.1016/0026-2862(84)90038-4
  13. Morozov V. N. and Morozova T. Y. Electrophoresis-assisted active immunoassay. Anal. Chem., 75 (24), 6813– 6819 (2003). doi: 10.1021/ac034733o
  14. Морозов В. Н. и Канев И. Л. Устройство контроля заряда биологически активных наноаэрозолей. Патент РФ № 2656762 от 25.08.2017.
  15. Morozov V. N. Electrospray deposition of biomolecules. Adv. Biochem. Eng. Biotechnol., 119, 115–162 (2010).doi: 10.1007/10_2008_44
  16. Mohandas N. and Gallagher P. G. Red cell membrane: past, present, and future. Blood, 112 (10), 3939–3948 (2008). doi: 10.1182/blood-2008-07-161166
  17. Kanev I. L., Mikheev A. Y., Shlyapnikov Y. M., Shlyapnikova E. A., and Morozov V. N. Are reactive species generated in electrospray at low current? Anal. Chem., 86 (3), 1511–1517 (2014). doi: 10.1021/ac403129f

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».