The therapeutic potential of redox-active nanoscale materials as antioxidant- or reactive oxygen species (ROS)-inducing agents was intensely studied. Herein, we demonstrate that the synthesized and characterized GdVO₄:Eu³⁺ and LaVO₄:Eu³⁺ nanoparticles, which have been already shown to have redox-active, anti-inflammatory, antibacterial, and wound healing properties, both in vitro and in vivo, worsen oxidative stress of L929 cells triggered by hydrogen peroxide or tert-butyl hydroperoxide (tBuOOH) at the concentrations that are safe for intact L929 cells. This effect was observed upon internalization of the investigated nanosized materials and is associated with the cleavage of caspase-3 and caspase-9 without recruitment of caspase-8. Such changes in the caspase cascade indicate activation of the intrinsic caspase-9-dependent mitochondrial but not the extrinsic death, receptor-mediated, and caspase-8-dependent apoptotic pathway. The GdVO₄:Eu³⁺ and LaVO₄:Eu³⁺ nanoparticle-induced apoptosis of oxidatively compromised L929 cells is mediated by ROS overgeneration, Ca²⁺ overload, endoplasmic reticulum stress-associated JNK (c-Jun N-terminal kinase), and DNA damage-inducible transcript 3 (DDIT3). Our findings demonstrate that GdVO₄:Eu³⁺ and LaVO₄:Eu³⁺ nanoparticles aggravate the oxidative stress-induced damage to L929 cells, indicating that they might potentially be applied as anti-cancer agents.

Background: An increase in metabolic rate interconnected with oxidative imbalance are major features of tumor process. Higher ROS (reactive oxygen species) levels make tumor cells more sensitive to oxidative stress compared to normal cells. Therefore, generating additional ROS can lead to cancer cell death. Redox cycling is a crucial process responsible for the production of ROS by various clinical and experimental anticancer agents. Among these compounds are quinones and ascorbic acid, which exhibits a synergistic antitumor effect. Elevated glutathione levels and glutathione-dependent antioxidant enzymes play a key role in protecting cancer cells from intracellular oxidative stress. Nanoparticles with glutathione depletion properties can act as smart chemodynamic agents, disrupting the cellular antioxidant defense system. In this work, inorganic nanoparticles based on rare earth elements are used as catalytic amplifiers of one- electron transfer with the formation of organic and oxygen radicals in the redox cycles of ascorbic acid and vitamin K3. Objectives: The thiol oxidation was studied in the presence of nanoparticles in combination with redox cyclers. Materials and methods: As an indicator of the pro-oxidant efficiency of nanoparticles (CeO2 (2 nm, 20 μg/ml) or GdYVO4:Eu3+ (2 nm, 20 μg/ml)) combined with organic compounds (ascorbic acid (100 or 200 µM) and vitamin K3 (4 μM)) changes in the level of thiols (glutathione (200 μM), L-cysteine (200 μM) or dithiothreitol (500 μM)) in the model system were used. Results: It was shown that GdYVO4:Eu3+ and CeO2 nanoparticles enhances oxidation of thiols under an influence of the redox active molecule as well as their combination. The efficiency of bare nanoceria as well as in redox cyclers combinations was higher compared to respective orthovanadate nanoparticles combinations (including time dynamics) that was especially pronounced in the dithiothreitol oxidation system. Conclusions: The data obtained indicate the ability of nanoceria to significantly enhance the oxidation of thiols induced by redox cyclers revealing the perspective of this approach in solving the problem of increased thiol level in tumor cells.

Досліджено вплив ортованадатних наночастинок (ОВ НЧ — GdVO4 /Eu3+ (8×25 нм)), калорійно обмеженої дієти (КОД) та міметика КОД — метформіну (Мет) на виживаність та стан прооксидантно-антиоксидантного балансу в печінці та крові самців щурів Вістар, прискорене старіння яких моделювали надмір-ним харчуванням (НХ) у ранньому постнатальному онтогенезі. Встановлено, що виживаність щурів, які отримували НХ була меншою, ніж у контрольних тварин. При цьому виявлено, що у мітохондріях і мікросомах печінки та сироватці крові молодих щурів, які отримували НХ, швидкість генерації супероксидного радикала та вміст гідроперекисів ліпідів вища, а активність глутатіонпероксидази та вміст відновленого глутатіону істотно нижчі у порівнянні з контрольними тваринами. Довготривале застосування ОВ НЧ, КОД або Мет у щурів, які отримували НХ, нормалізувало прооксидантно-антиоксидантний баланс та значно збільшувало виживаність піддослідних тварин. При цьому ступінь виживаності була виразнішою при застосуванні КОД та НЧ GdVO4/Eu3+. Враховуючи дані літератури про неприйнятність тривалого застосування калорійно обмеженої дієти у людей, а також неоднозначність даних літератури про геропротекторний ефект метформіну, отримані результати дозволяють зробити висновок, що на даний час для розробки засобів, які уповільнюють прискорене старіння організму, найбільш перспективним є використання наночастинок GdVO4/Eu3+ .