Potential biomedical use of nanosized cerium phosphate compounds in wound healing

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

BACKGROUND: Skin wound healing is a global public health concern that has a significant effect on quality of life. Ongoing exploratory studies demonstrate the consistently expanding potential of nanoparticles in wound healing. However, although there has been extensive biomedical research of nanoparticles, nanocerium has yet to find use in real-world practice.

AIM: This work aimed to examine the biological properties of nanosized cerium phosphate compounds and assess the effect of various concentrations of colloidal solution on the proliferative activity of cells involved in regeneration and skin wound healing.

METHODS: Multivalent cerium compounds were manufactured in the form of nanosized cerium phosphate powder, containing both Се3+ and Се4+, as well as methyl cellulose–based nanocomposites. Human fibroblasts were co-cultured with various colloidal solutions of cerium phosphate nanoparticles. The proliferative activity was evaluated using a thiazolyl blue tetrazolium bromide (MTT) assay and direct cell counting with live/dead quantification 72 hours after co-incubation with samples.

RESULTS: Cerium phosphate nanoparticles significantly increase the metabolic activity of cells while having no noticeable effect on cell numbers. The most significant effect was reported for cerium phosphate (Ce3+/4+) + methyl cellulose 0.5 g/L as well as cerium(III) phosphate (CePO4-I, CePO4-II) at a maximum concentration of 10−3 M. No samples showed a cytotoxic effect.

CONCLUSION: Nanosized cerium phosphate compounds, including methyl cellulose–based nanocomposites, exhibited a significant stimulating biological effect in cell cultures involved in regeneration. This highlights their potential in the development of effective medical devices that contain cerium phosphate particles for healing wounds of various origins. However, the findings do not explain the mechanisms behind this stimulatory effect.

About the authors

Svetlana A. Dodonova

Kursk State Medical University

Author for correspondence.
Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8491-3082
SPIN-code: 1950-2445

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Kursk

Alexey A. Kryukov

Kursk State Medical University

Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3181-7828
SPIN-code: 7452-6118

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Kursk

Victor A. Stupin

Pirogov Russian National Research Medical University

Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9522-8061
SPIN-code: 9346-7895

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

Natalia E. Manturova

Pirogov Russian National Research Medical University

Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4281-1947
SPIN-code: 5232-0412

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

Elena L. Chuvilina

"LANHIT" Limited Liability Company

Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-2444-9626
SPIN-code: 7726-0312

Cand. Sci. (Engineering)

Russian Federation, Moscow

Akhmedali A. Gasanov

"LANHIT" Limited Liability Company

Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-7877-1414
SPIN-code: 5892-6883

Cand. Sci. (Chemistry)

Russian Federation, Moscow

Olga I. Angreeva

"LANHIT" Limited Liability Company; Sechenov First Moscow State Medical University

Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4097-7599
SPIN-code: 5061-6150

Cand. Sci. (Chemistry)

Russian Federation, Moscow; Moscow

Elena B. Artyushkova

Kursk State Medical University

Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3777-6622
SPIN-code: 3411-0155

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Kursk

Ekaterina V. Silina

Sechenov First Moscow State Medical University

Email: dodonovasveta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0246-5149
SPIN-code: 2655-4707

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

References

  1. Broughton G, Janis JE, Attinger CE. Wound healing: an overview. Plast Reconstr Surg. 2006;117(7 Suppl):1–32. doi: 10.1097/01.prs.0000222562.60260.f9 EDN: XTJCBL
  2. De Francesco F, Ogawa R. From time to timer in wound healing through the regeneration. Adv Exp Med Biol. 2024;1470:1–18. doi: 10.1007/5584_2024_815
  3. Wang W, Lu KJ, Yu CH, et al. Nano-drug delivery systems in wound treatment and skin regeneration. J Nanobiotechnology. 2019;17(1):82. doi: 10.1186/s12951-019-0514-y EDN: FNNIRB
  4. Koliqi R, Uskokovic V, Breznica Salmani P, et al. Polymeric nanoparticles for wound healing. Pharm Nanotechnol. 2024. doi: 10.2174/0122117385307311240506104035 EDN: KJUZGU
  5. Qi Y, Yu Z, Hu K, et al. Rigid metal/liquid metal nanoparticles: Synthesis and application for locally ablative therapy. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2022;42:102535. doi: 10.1016/j.nano.2022.102535 EDN: MCYJRU
  6. Vodyanoy V. The role of endogenous metal nanoparticles in biological systems. Biomolecules. 2021;11(11):1574. doi: 10.3390/biom11111574 EDN: MYWBAU
  7. Humaira, Bukhari SAR, Shakir HA, et al. Biosynthesized cerium oxide nanoparticles CeO2NPs: recent progress and medical applications. Curr Pharm Biotechnol. 2023;24(6):766–779. doi: 10.2174/1389201023666220821161737 EDN: UAZKHI
  8. Pugachevskii MA, Krukov AA, Dodonova SA, et al. Protective properties of ablated cerium-containing oxide nanoparticles for fibroblast cultures under ultraviolet irradiation. Ceramics International. 2025;51(20):29938–29943. doi: 10.1016/j.ceramint.2025.04.186
  9. Casals E, Zeng M, Parra-Robert M, et al. Cerium oxide nanoparticles: advances in biodistribution, toxicity, and preclinical exploration. Small. 2020;16(20):e1907322. doi: 10.1002/smll.201907322 EDN: FDGRVR
  10. Estevez AY, Ganesana M, Trentini JF, et al. Antioxidant enzyme-mimetic activity and neuroprotective effects of cerium oxide nanoparticles stabilized with various ratios of citric acid and EDTA. Biomolecules. 2019;9(10):562. doi: 10.3390/biom9100562 EDN: GGOGTH
  11. Rzigalinski BA, Carfagna CS, Ehrich M. Cerium oxide nanoparticles in neuroprotection and considerations for efficacy and safety. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol. 2017;9(4):e1444. doi: 10.1002/wnan.1444
  12. Farias IAP, Dos Santos CCL, Sampaio FC. Antimicrobial activity of cerium oxide nanoparticles on opportunistic microorganisms: a systematic review. Biomed Res Int. 2018;2018:1923606. doi: 10.1155/2018/1923606 EDN: WUQMKH
  13. Silina EV, Ivanova OS, Manturova NE, et al. Antimicrobial activity of citrate-coated cerium oxide nanoparticles. Nanomaterials (Basel). 2024;14(4):354. doi: 10.3390/nano14040354 EDN: XCMFXY
  14. Kargozar S, Baino F, Hoseini SJ, et al. Biomedical applications of nanoceria: new roles for an old player. Nanomedicine (Lond). 2018;13(23):3051–3069. doi: 10.2217/nnm-2018-0189 EDN: RNLIMG
  15. Sadidi H, Hooshmand S, Ahmadabadi A, et al. Cerium oxide nanoparticles (Nanoceria): hopes in soft tissue engineering. Molecules. 2020;25(19):4559. doi: 10.3390/molecules25194559 EDN: XOEJBT
  16. Atlı Şekeroğlu Z, Şekeroğlu V, Aydın B, et al. Cerium oxide nanoparticles exert antitumor effects and enhance paclitaxel toxicity and activity against breast cancer cells. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2023;111(3):579–589. doi: 10.1002/jbm.b.35175 EDN: UFKJDW
  17. Javid H, Hashemy SI, Heidari MF, et al. The anticancer role of cerium oxide nanoparticles by inducing antioxidant activity in esophageal cancer and cancer stem-like ESCC spheres. Biomed Res Int. 2022;2022:3268197. doi: 10.1155/2022/3268197 EDN: WYONLR
  18. Das S, Dowding JM, Klump KE, et al. Cerium oxide nanoparticles: applications and prospects in nanomedicine. Nanomedicine (Lond). 2013;8(9):1483–1508. doi: 10.2217/nnm.13.133 EDN: OVUCGL
  19. Silina EV, Manturova NE, Ivanova OS, et al. Cerium dioxide-dextran nanocomposites in the development of a medical product for wound healing: physical, chemical and biomedical characteristics. Molecules. 2024;29(12):2853. doi: 10.3390/molecules29122853 EDN: IPUETJ
  20. Charbgoo F, Ahmad MB, Darroudi M. Cerium oxide nanoparticles: green synthesis and biological applications. Int J Nanomedicine. 2017;12:1401–1413. doi: 10.2147/IJN.S124855
  21. Nefedova A, Rausalu K, Zusinaite E, et al. Antiviral efficacy of cerium oxide nanoparticles. Sci Rep. 2022;12(1):18746. doi: 10.1038/s41598-022-23465-6 EDN: ZMKPHB
  22. Sarnatskaya V, Shlapa Y, Yushko L, et al. Biological activity of cerium dioxide nanoparticles. J Biomed Mater Res A. 2020;108(8):1703–1712. doi: 10.1002/jbm.a.36936 EDN: JRQKPT
  23. Zahra D, Javaid A, Iqbal M, et al. Synthesis and therapeutic potential of nanoceria against cancer: an update. Crit Rev Ther Drug Carrier Syst. 2021;38(5):1–26. doi: 10.1615/CritRevTherDrugCarrierSyst.2021037662 EDN: JQGZEL
  24. Behera A, Sa N, Pradhan SP, et al. Metal nanoparticles in Alzheimer's disease. J Alzheimers Dis Rep. 2023;7(1):791–810. doi: 10.3233/ADR-220112 EDN: HLFWKM
  25. Alvandi M, Shaghaghi Z, Farzipour S, et al. Radioprotective potency of nanoceria. Curr Radiopharm. 2024;17(2):138–147. doi: 10.2174/0118744710267281231104170435 EDN: UYDOLF
  26. Cui W, Chen S, Hu T, et al. Nanoceria-mediated cyclosporin a delivery for dry eye disease management through modulating immune-epithelial crosstalk. ACS Nano. 2024;18(17):11084–11102. doi: 10.1021/acsnano.3c11514 EDN: TCFZLB
  27. Kailashiya J, Dash D. Effects of nanoceria on human platelet functions and blood coagulation. Int J Nanomedicine. 2022;17:273–284. doi: 10.2147/IJN.S332909 EDN: IZDODM
  28. Rahman MS, Hadrick K, Chung SJ, et al. Nanoceria as a non-steroidal anti-inflammatory drug for endometriosis theranostics. J Control Release. 2025;378:1015–1029. doi: 10.1016/j.jconrel.2024.12.074 EDN: IOLNKH
  29. Silina EV, Stupin VA, Manturova NE, et al. Influence of the synthesis scheme of nanocrystalline cerium oxide and its concentration on the biological activity of cells providing wound regeneration. Int J Mol Sci. 2023;24(19):14501. doi: 10.3390/ijms241914501 EDN: XNMHFC
  30. Zor F, Selek FN, Orlando G, et al. Biocompatibility in regenerative nanomedicine. Nanomedicine (Lond). 2019;14(20):2763–2775. doi: 10.2217/nnm-2019-0140
  31. Silina EV, Stupin VA, Manturova NE, et al. Development of technology for the synthesis of nanocrystalline cerium oxide under production conditions with the best regenerative activity and biocompatibility for further creation of wound-healing agents. Pharmaceutics. 2024;16(11):1365. doi: 10.3390/pharmaceutics16111365 EDN: ANCLVO
  32. Kim MH, Kim BS, Park H, et al. Injectable methylcellulose hydrogel containing calcium phosphate nanoparticles for bone regeneration. Int J Biol Macromol. 2018;109:57–64. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2017.12.068
  33. Pinna A, Cali E, Kerherve G, et al. Fulleropyrrolidine-functionalized ceria nanoparticles as a tethered dual nanosystem with improved antioxidant properties. Nanoscale Adv. 2020;2(6):2387–2396. doi: 10.1039/d0na00048e EDN: VRTLUR
  34. Kamalipooya S, Fahimirad S, Abtahi H, et al. Diabetic wound healing function of PCL/cellulose acetate nanofiber engineered with chitosan/cerium oxide nanoparticles. Int J Pharm. 2024;653:123880. doi: 10.1016/j.ijpharm.2024.123880 EDN: GLVJVU
  35. Chen S, Wang Y, Bao S, et al. Cerium oxide nanoparticles in wound care: a review of mechanisms and therapeutic applications. Front Bioeng Biotechnol. 2024;12:1404651. doi: 10.3389/fbioe.2024.1404651 EDN: OJELFT
  36. Yu JSL, Cui W. Proliferation, survival and metabolism: the role of PI3K/AKT/mTOR signalling in pluripotency and cell fate determination. Development. 2016;143(17):3050–3060. doi: 10.1242/dev.137075
  37. Wee P, Wang Z. Epidermal growth factor receptor cell proliferation signaling pathways. Cancers (Basel). 2017;9(5):52. doi: 10.3390/cancers9050052 EDN: YENNXG
  38. Sabbah DA, Hajjo R, Sweidan K. Review on epidermal growth factor receptor (EGFR) structure, signaling pathways, interactions, and recent updates of EGFR inhibitors. Curr Top Med Chem. 2020;20(10):815–834. doi: 10.2174/1568026620666200303123102 EDN: KTJCMF
  39. Augustine R, Zahid AA, Hasan A, et al. Cerium oxide nanoparticle-loaded gelatin methacryloyl hydrogel wound-healing patch with free radical scavenging activity. ACS Biomater Sci Eng. 2021;7(1):279–290. doi: 10.1021/acsbiomaterials.0c01138 EDN: OYCVBW
  40. Zheng C, Hu X, Hua R, et al. A cerium oxide loaded hyaluronic acid nanosystem remits glucose oxidative stress-induced odontoblasts mitochondrial apoptosis through regulation of pgam5 pathway. ACS Appl Mater Interfaces. 2025;17(3):4426–4439. doi: 10.1021/acsami.4c13484 EDN: BASVXU
  41. Kong L, Cai X, Zhou X, et al. Nanoceria extend photoreceptor cell lifespan in tubby mice by modulation of apoptosis/survival signaling pathways. Neurobiol Dis. 2011;42(3):514–523. doi: 10.1016/j.nbd.2011.03.004 EDN: OMNDBL
  42. Tian S, Mei J, Zhang L, et al. Multifunctional hydrogel microneedle patches modulating Oxi-inflamm-aging for diabetic wound healing. Small. 2024;20(51):e2407340. doi: 10.1002/smll.202407340 EDN: JLSZNA
  43. Hussein MAM, Gunduz O, Sahin A, et al. Dual spinneret electrospun polyurethane/pva-gelatin nanofibrous scaffolds containing cinnamon essential oil and nanoceria for chronic diabetic wound healing: preparation, physicochemical characterization and in-vitro evaluation. Molecules. 2022;27(7):2146. doi: 10.3390/molecules27072146 EDN: QJDTJD

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

License URL: https://eco-vector.com/for_authors.php#07

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».