Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

РЕАКЦИЯ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ КРОЛИКОВ НА ВНУТРИВЕННОЕ ВВЕДЕНИЕ НАНОАЛМАЗОВ

Жуков Е.Л. 1 Медведева Н.Н. 1
1 Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздрава России
При введении органозоля модифицированных наноалмазов в краевую ушную вену кроликов не наблюдается изменений в строении внутренних органов на системном, органном и тканевом уровнях. Гистоархитектоника сердца, легких, печени и почек сохранена и не имеет каких-либо отличий от аналогичных органов животных контрольной группы. Конгломераты наноалмазов визуализируются в сосудах микроциркуляторного русла легких, печени и почек. В сосудистом русле сердца конгломераты наноалмазов не определяются. Такое распределение наноалмазов в организме экспериментальных животных может свидетельствовать о том, что наноалмазы при контакте с кровью экспериментальных животных теряют свою коллоидную устойчивость и подвергаются фагоцитозу резидентными макрофагами в почках и печени. Также можно предположить, что альвеолярные макрофаги легких играют определенную роль в распределении наноалмазов в организме экспериментальных животных.
наноалмаз
органозоль наноалмазов
внутривенное введение наноалмазов
сердце
легкие
печень
почка
1. Абаева Л.Ф., Шумский В.И., Петрицкая Е.Н Наночастицы и нанотехнологии в медицине сегодня и завтра // Альманах клинической медицины. – 2010. – № 22. – С. 10-16.
2. Жуков Е.Л., Инжеваткин Е.В., Медведева Н.Н. Реакция брюшины мышей при интраперитонеальном введении детонационных наноалмазов // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - №5.- С.56-62.
3. Каркищенко Н.Н. Руководство по лабораторным животным и альтернативным моделям в биомедицинских технологиях. – М.: Медицина, 2010. – 344с.
4. Костина Г. От хита до блокбастера // Эксперт. – 2005. – №9. – С.60-64.
5. Медведева Н.Н., Жуков Е.Л., Инжеваткин Е.В. и др. Изучение противоопухолевых свойств модифицированных наноалмазов детонационного синтеза и сорбированного на них доксорубицина на примере асцитной карциномы Эрлиха // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2015. – №15. – С.360-363.
6. Пузырь А.П., Бондарь В.С. Способ обработки наноалмазов//Патент России №2258671 С2. 2005. Бюл. № 23.
7. Пузырь А.П., Бондарь В.С. Способ получения наноалмазов взрывного синтеза с повышенной коллоидной устойчивостью // Патент России №2252192 C2. 2005. Бюл. № 14.
8. Пузырь А.П., Бондарь В.С., Селимханова З.Ю. и др. Динамика некоторых физиологических показателей лабораторных мышей при длительном пероральном введении гидрозолей наноалмазов // Сибирское медицинское обозрение. – 2004. – № 4(33). – С.19-23.
9. Пузырь А.П., Бортников Е.В., Скобелев Н.Н. и др. О возможности внутривенного введения стерильных золей модифицированных наноалмазов // Сибирское медицинское обозрение. – 2005. – № 1. – С.20-24.
10. Chow, E. K. Nanodiamond Therapeutic Delivery Agents Mediate Enhanced Chemoresistant Tumor Treatment / E. K. Chow, X.-Q. Zhang, M. Chen et al. // Sci. Transl. Med. – 2011. – № 3. – Р.73.

Несмотря на высокий уровень финансирования фармацевтической отрасли для поиска и получения новых фармакологических веществ, количество разрабатываемых новых лекарственных препаратов, тем не менее, постоянно уменьшается [4]. При этом реальное количество новых веществ, полученных с помощью различных методов биологического или химического синтеза и претендующих на роль потенциальных лекарственных средств, значительно снизилось и составляет менее одного препарата в год на одну фармакологическую компанию.

В связи с этим, можно отметить стремление современных ученых разрабатывать новые медицинские технологии лечения и профилактики различных патологических состояний на основе нанотехнологий и наночастиц [1]. Так, при изучении моделей рака печени и молочной железы in vivo у лабораторных мышей многопрофильная группа ученых, инженеров и клиницистов установила, что обычно летальная доза химиотерапевтического препарата, связанная с наноалмазами, значительно уменьшает размер опухоли у животных. При этом уровень выживаемости повышается, а побочных токсических эффектов на ткани и органы не наблюдается [10].

Одним из приоритетных научных направлений нашего научно-образовательного центра «Морфология и физиология здорового человека» является «Разработка нанотехнологии биомедицинского назначения для создания новых медицинских технологий лечения социально значимых заболеваний». В качестве базового наноматериала мы выбрали наноалмазы детонационного синтеза.

Мы считаем наноалмазы высокоэффективным наноматериалом в силу их физико-химических свойств – размеры алмазных ядер 4–6 нм, удельная площадь поверхности до 420 м2/г, высокая сорбционная способность [8]. После дополнительной очистки по запатентованной технологии учеными Института биофизики СО РАН (г. Красноярск) наноалмазы приобретают уникальное свойство – высокую коллоидную устойчивость, что, на наш взгляд, делает их оптимальным материалом для разработки нанотехнологии биомедицинского значения [6, 7].

Для применения наноалмазов в этом качестве необходимо изучить эффекты их действия на организм при различных путях введения. В экспериментах, проведенных ранее, при внутривенном двукратном введении 0,3мл 1% золя модифицированных наноалмазов в 5% растворе глюкозы лабораторным крысам в хвостовую вену, гибели животных не наблюдалось. При многократном введении золей модифицированных наноалмазов собакам были отмечены незначительные преходящие изменения в ЭХО-структуре селезенки и деятельности сердца, регистрируемой на ЭКГ. Опыт был проведен на трех животных, у которых в дальнейшем не было выявлено патологических изменений на протяжении около полугода [9]. К сожалению, в этих экспериментах не было проведено морфологическое исследование внутренних органов экспериментальных животных.

Целью настоящего исследования - изучить влияние гидрозолей наноалмазов на строение внутренних органов экспериментальных животных при их внутривенном введении.

Материал и методы

Исходными наноалмазами были наночастицы, получаемые в НПО «Алтай» (г. Бийск), которые модифицировали по запатентованной методике [6, 7]. Раствор необходимой концентрации готовили путем добавления 5% раствора глюкозы к навеске порошка наноалмазов. Затем органозоль разливали в чистую стеклянную тару, герметично укупоривали резиновой пробкой с алюминиевой обкаткой и стерилизовали в автоклаве.

Для проведения эксперимента по внутривенному введению были использованы 10 кроликов породы «бабочка» (2800–3000г), самцы. Животных случайным образом разделили на 2 группы:

1) экспериментальная группа – 5 кроликов, которым однократно вводили 5 мл 1% раствора наноалмазов на 5 % растворе глюкозы;

2) контрольная группа – 5 кроликов, которым однократно вводили 5% раствор глюкозы.

Инъекции растворов проводили в краевую ушную вену.

Через 15 минут после введения наночастиц, кроликов выводили из эксперимента с соблюдением принципов эвтаназии согласно требованиям, изложенным в «Руководстве по лабораторным животным и альтернативным моделям в биомедицинских технологиях», разработанным ФГБУ «Научный центр биомедицинских технологий» РАМН [3]. При вскрытии животных оценивали внешний вид внутренних органов, для гистологических исследований забирали фрагменты сердца, легких, печени и почек и фиксировали их в течение 24 часов в 10% формалине. Изготовление гистологических препаратов и их окраску (гематоксилин-эозином и по методу Ван Гизон) осуществляли по стандартным методикам. Все гистологические препараты подвергали обзорной микроскопии для оценки общей гистоархитектоники и возможного распределения наноалмазов во внутренних органах. Морфологическое исследование проводили с помощью микроскопа Olympus BX45 c насадкой для фото-видеодокументации Olympus DP25 и пакетом компьютерного программного обеспечения Cell^D.

Результаты исследования и их обсуждение

При вскрытии трупов животных экспериментальной и контрольной групп органы расположены анатомически правильно, при макроскопическом исследовании нарушений в строении не выявлено. Сердце обычной формы и размеров, кровоизлияний под эпикард и эндокард нет, полости сердца заполнены жидкой темной кровью, на разрезе миокард полнокровный, красно-коричневого цвета, блестящий. Легкие заполняют плевральные полости, на разрезе бледно-розового цвета, с участками неравномерного полнокровия. Печень обычного анатомического строения, на разрезе полнокровная, темно-коричневого цвета. Почки бобовидной формы, на разрезе серо-синюшного цвета, неравномерного кровенаполнения.

При обзорной микроскопии гистологических препаратов сердца кроликов эксперментальной и контрольной групп эндокард, миокард и перикард имели обычное гистологическое строение, без патологических изменений.


В легких кроликов экспериментальной группы в капиллярах были выявлены крупные светло-коричневые полупрозрачные гранулы, сливающиеся между собой. Данные частицы наблюдаются в большом количестве в мелких кровеносных сосудах (рис. 1). Разрушения стенок альвеол и мелких бронхов не выявлено. У животных контрольной группы гистоархитектоника органа сохранена, в просвете кровеносных сосудов наблюдаются только форменные элементы крови.

Рисунок 1. Наноалмазы в сосудах легких животных экспериментальной группы (показаны стрелочками). Окраска гематоксилин-эозин. Ув. х400.

В печени животных экспериментальной группы в синусоидных капиллярах долек также визуализируются мелкие светло-коричневые полупрозрачные гранулы, сливающиеся между собой (рис. 2), но гораздо в меньшем количестве, чем в легких – обнаруживается 1-2 конгломерата в поле зрения. У животных контрольной группы, также как и у животных экспериментальной группы, печень имеет дольково-балочное строение, но при этом в просвете синусоидных капилляров определяются только форменные элементы крови.

В почках животных экспериментальной группы в капиллярах клубочков также определяются мелкие полупрозрачные светло-коричневые гранулы (рис. 3).

В почках данные частицы встречаются значительно реже, чем в легких и в печени. Эпителий почечных канальцев без признаков некротических и дистрофических изменений. У животных контрольной группы гистологическая структура органа не нарушена, светло-коричневые частицы в почечных тельцах не обнаружены.

Рисунок 2. Наноалмазы в сосудах печени животных экспериментальной группы (показаны стрелочками). Окраска гематоксилин-эозин. Ув. х400.


Рисунок 3. Наноалмазы в капиллярах почечного тельца животных экспериментальной группы (показаны стрелочками). Окраска гематоксилин-эозин. Ув. х400.

Учитывая отсутствие полупрозрачных светло-коричневых частиц в просвете капилляров органов животных контрольной группы, можно сделать предположение, что наблюдаемые гранулы в капиллярной сети органов животных экспериментальной группы являются конгломератами наноалмазов.

Заключение

Изучение структуры сердца, легких, печени и почек на органном и тканевом уровнях свидетельствует о том, что однократное внутривенное введение 5 мл 1% раствора наноалмазов в 5% растворе глюкозы не вызывает нарушений в структуре этих органов.

Через 15 минут после однократного внутривенного введения золей наноалмазов, конгломераты наночастиц в наибольшем количестве визуализировались в капиллярах легких, несколько реже – в капиллярах печеночных долек, наименьшее количество наночастиц – в капиллярах почечных телец. В сосудистом русле миокарда конгломераты наночастиц не визуализировались.

Такое распределение наноалмазов может свидетельствовать о том, что наноалмазы, попав в кровеносное русло, контактируют своей поверхностью с плазмой крови, растворенными в ней веществами, вследствие чего они теряют свою коллоидную устойчивость, адгезируя между собой, формируют крупные, видимые при световой микроскопии, конгломераты, которые в той или иной степени задерживаются капиллярной сетью легких. Кроме того, учитывая данные о том, что наноалмазы в организме экспериментальных животных могут фагоцитироваться макрофагами, можно предположить, что отсутствие конгломератов наноалмазов  в сосудах сердца и наличие их в синусоидных капиллярах печени и сосудистом клубочке почечных телец обусловлено присутствием клеток макрофагальной природы – клеток Купфера в печеночных дольках и мезангиоцитов почечных телец. Также можно предположить, что альвеолярные макрофаги легких также играют определенную роль в распределении наноалмазов в организме экспериментальных животных.

Для дальнейшей разработки концепции применения модифицированных наноалмазов детонационного синтеза в качестве основы препаратов биомедицинского назначения, необходимо проведение ряда экспериментов, направленных на уточнение механизмов взаимодействия наноалмазов с клетками иммунной системы и дальнейшей элиминации наночастиц из организма. Результаты таких исследований в сочетании с ранее полученными нами данными [2,5], могут стать основой для понимания взаимодействия модифицированных наноалмазов с организмом млекопитающих, создания медицинских препаратов и средств адресной доставки лекарственных веществ на основе модифицированных наноалмазов.

Авторы выражают искреннюю признательность и благодарность за помощь в проведении исследования и предоставление стерильных гидрозолей наноалмазов детонационного синтеза заведующему лабораторией нанобиотехнологии и биолюминесценции ИБФ КНЦ СО РАН (г.Красноярск), д.б.н. Бондарю Владимиру Станиславовичу, старшему научному сотруднику лаборатории нанобиотехнологии и биолюминесценции ИБФ КНЦ СО РАН (г.Красноярск) Пузырю Алексею Петровичу.

 

 

Рецензенты:

Али-Риза А.Э., д.м.н., профессор кафедры патологической анатомии им. проф. П.Г. Подзолкова с курсом ПО ГБОУ ВПО КрасГМУ им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздрава России, г.Крсноярск;

Чикун В.И., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой судебной медицины ИПО ГБОУ ВПО КрасГМУ им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздрава России, г.Красноярск.


Библиографическая ссылка

Жуков Е.Л., Медведева Н.Н. РЕАКЦИЯ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ КРОЛИКОВ НА ВНУТРИВЕННОЕ ВВЕДЕНИЕ НАНОАЛМАЗОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=23648 (дата обращения: 29.09.2020).


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074