Влияние фукоидана на показатели кроветворения облученных мышей

ЛИТЕРАТУРА

1. Инжеваткин Е.В., Савченко А.А. Неспецифическая метаболическая реакция клеток на экстремальные условия // Известия РАН. Серия биологическая. 2016; 1: 6-16.

2. Шадрин КВ., Моргулис И.И., Пахомова В.Г., Рупенко А.П., Хлебопрос Р.Г. Особенности транспорта кислорода через поверхность изолированной перфузируемой печени крысы // Доклады академии наук. 2015; 464(3): 369-372. doi: 10.7868/ S0869565215270250.

3. Shimokawa K., Wakasugi K., Tomonaga R., Utsu-nomiya K., Miyamoto H., Fumoto S., Nishida K. Effect of Metabolic Inhibitors on the Hepatic Disposition of 5-Fluorouracil after Application to the Rat Liver Surface. Biological and Pharmaceutical Bulletin. 2016; 39(3): 361-367. doi: 10.1248/bpb.b15-00757.

4. Tolboom H., Milwid J.M., Izamis M.L., Uygun K., Berthiaume F., Yarmush M.L. Sequential Cold Storage and Normothermic Perfusion of the Ischemic Rat Liver. Trans-

plantation Proceedings. 2008; 40(5): 1306-1309. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.transproceed.2008.03.100.

5. Суховольский В. Г. Экономика живого: Оптимизационный подход к описанию процессов в экологических сообществах. - Новосибирск: Наука, 2004. - 140 с.

6. Шадрин К В., Пахомова В.Г., Рупенко А.П., Крюкова О.В., Хлебопрос Р.Г. Стехиометрическое моделирование безэритроцитного транспорта кислорода через поверхность изолированной перфузируемой печени крысы // Математическая биология и биоинформатика. 2016; 11(2): 263-277. doi: https:// doi.org/10.17537/2016.11.263.

7. Шадрин КВ., Пахомова В.Г., Крюкова О.В., Рупенко А.П. Устройство и способ определения скорости потребления кислорода изолированной перфузируемой печенью крысы // Медицинская техника. 2017; 1 (301): 38-40.

8. Khlebopros R.G., Okhonin V.A., Fet A.I. Catastrophes in nature and society: mathematical modeling of complex systems. - Singapore: World Scientific, 2007. - 320 p.

Сведения об авторах

Шадрин Константин Викторович - младший научный сотрудник Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» (ФИЦ КНЦ СО РАН); старший преподаватель кафедры медицинской кибернетики Красноярского государственного медицинского университета имени профессора В.Ф.Войно-Ясенецкого Минздрава России (ФГБОУ ВО КрасГМУ им. проф. В.Ф.Войно-Ясенецкого Минздрава России); e-mail: kvsh_buffon@mail.ru;

Пахомова Вера Геннадьевна - инженер-исследователь Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» (ФИЦ КНЦ СО РАН); e-mail: vgpakhomova@mail.ru;

Крюкова Ольга Витальевна - к.б.н., старший научный сотрудник Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» (ФИЦ КНЦ СО РАН); e-mail: marta913@mail.ru;

Рупенко Александр Петрович - научный сотрудник Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» (ФИЦ КНЦ СО РАН).

© Коллектив авторов, 2017 г. doi: 10.5281/zenodo.821792

Удк 616-001.26+582.272.119

А.Л. Шутикова1, Л.А. Иванушко1, О.С. Маляренко2, С.П. Ермакова2

влияние фукоидана на показатели кроветворения облученных мышей

1 «НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова», Владивосток, Россия

2 Тихоокеанский институт биоорганической химии имени Г.Б. Елякова ДВО РАН, Владивосток

Проведена оценка радиозащитного действия фукоидана, выделенного из бурой водоросли Fucus evanescens, по восстановлению супрессированного кроветворения. Установлено, что введение мышам фукоидана через 1 час после облучения в сублетальной дозе способствует более раннему восстановлению кроветворения на уровне селезенки. Отмечено статистически значимое увеличение количества эндогенных колоний в селезенке и ее массы на 9 сутки после облучения.

Ключевые слова: острая лучевая болезнь, фукоидан, сульфатированные полисахариды.

A.L. Shutikova1, Ь.А Ivanushko1, O.S. Malyarenko2, S.P. Ermakova2

THE EFFECT oF FUCoiDAN on THE PARAMETERS oF HEMATOPoiESIS

of irradiated mice

Materials of the Scientific and Practical Conference «Fundamental Far Eastern science for medicine» •

1 G.P. Somov Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Vladivostok, Russia

2 G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Vladivostok, Russia

The evaluation of the radioprotective action of fucoidan isolated from brown algae Fucus evanescens on the restoration of suppressed hematopoiesis. It is established that the introduction of fucoidan to mice one hour after irradiation in sublethal dose promotes earlier recovery of hematopoiesis at the level of the spleen. In was observed a statistically significant increase in the number of endogenous colonies in the spleen and its mass on the 9th day after irradiation.

Keywords: acute radiation sickness, fucoidan, sulfated polysaccharides.

Введение

Основное направление исследований в радиационной медицине в настоящее время направлено на поиск средств ускорения и усиления процессов пострадиационного восстановления, прежде всего в кроветворной и иммунной системе [1].Обоснованием для выбора фукоидана послужили ранее проведенные исследования, в ходе которых было установлено, что сульфатированные полисахариды имеют низкую токсичность и обладают иммуномодулирующими, антиопухолевыми и антиинфекционными свойствами [2].

Радиопротекторное действие фукоиданов последнее время исследуется достаточно интенсивно. Показано, что фукоиданы обладают ярко выраженным радиопротекторным действием [3]. Ранее Tawfik et al показали, что профилактическое введение per os крысам фукоидана (в течение 10 дней до облучения) оказывает защитное действие на клетки кроветворной и иммунной системы после облучения, что связано с подавлением радиационно-индуцированного апоптоза в популяции эритроидных, лимфоидных и миелоидных клеток [4]. Также фукоидан подавляет свободно-радикальное окисление, индуцированное облучением [4] и, являясь антиоксидантом, защищает внешние оболочки иммунных клеток и клеток крови [5]. Однако в исследованиях часто используются фукоиданы с неустановленной структурой, что снижает значимость полученных авторами результатов изучения их биологического действия. Таким образом, использование фукоидана целесообразно для восстановления радиационно-ин-дуцированной иммуносупрессии в постлучевом периоде у облученных мышей.

Цель исследования

Целью настоящей работы явилось изучение радиопротекторных свойств фукоидана из бурой водоросли Fucus evanescens с установленной структурой для обоснования перспективности его применения при острой лучевой болезни (ОЛБ).

Материалы и методы

В работе использовали нативный фукоидан в комплексе с полифенолами с молекулярной массой 130-430 кДа, выделенный из бурой водоросли Fucus evanescens. Фукоидан состоит из 1^-3- и 1^-4-связанных остатков a-L-фукозы. Полисахарид сульфатирован главным образом по С2 и в меньшей степени по С4. Ацетильные группы занимают свободное положение при С4. Фукои-

дан содержит минорные остатки моносахаридов, такие, как галактоза и ксилоза, молярное соотношение которых составляет Fuc:Gal:Xyl:OS°3 1:0,03:0,01:1,2 соответственно [2, 6-8].

Эксперименты проведены на беспородных мышах-самцах с массой тела 18-20 г, содержавшихся в стандартных условиях вивария на стандартном рационе. Работа выполнена с соблюдением правил и международных рекомендаций Европейской конвенции «О защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях» (Страсбург, 1986). В каждой экспериментальной группе было по 6 животных. Перед опытами мыши находились на карантине в течение 2 недель. Мышей облучали однократно рентгеновским излучением в дозе 7 Гр с использованием системы для рентгеновского облучения XPERT 80 (KUBTechnologies, Inc, Milford, USA) при мощности дозы 0,36 Гр/мин, напряжении 50 кВ, силе тока 1 мА.

Мышам опытных групп вводили фукоидан за 24 часа до облучения и через 1 час после облучения однократно подкожно в дозе 100 мг/кг как профилактическое средство и средство раннего лечения ОЛБ. Мыши контрольной группы получали только эквивалентное количество физиологического раствора. На 9 сутки после облучения определяли содержание стволовых кроветворных клеток по тесту селезёночных эндоколоний (Till и McCulloch) [9]. Животных выводили из опыта с использованием эфирного наркоза, извлекали селезёнки, фиксировали в растворе Буэна, а затем подсчитывали число макроскопически видимых на поверхности селезёнки колоний. Параллельно подсчитывали количество лейкоцитов периферической крови и одновременно исследовали действие фукоидана на динамику массы и клеточ-ности лимфоидных органов. Для этого селезенку и тимус извлекали, взвешивали, затем гомогенизировали, фильтровали через капроновый фильтр и подсчитывали количество ядросодержащих клеток (ЯСК) в камере Горяева.

Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета программы «Statistica-10». Для всех данных были подсчитаны средние арифметические значения и их стандартные отклонения. Для определения значимости межгрупповых различий был использован параметрический t-критерий Стьюдента.

Результаты и обсуждение

Клетки, формирующие колонии в селезенке облученных мышей, являются эквивалентами стволовых кроветворных клеток. Они наделены огромным про-лиферативным потенциалом и способны к самоподдержанию на протяжении всей жизни организма. За счет

общих стволовых клеток происходит постоянное обновление кроветворной и лимфоидной ткани [9]. Наиболее адекватным количественным показателем гибели или выживания клеток является их способность к неограниченному воспроизведению, о которой судят по числу селезеночных колоний на 9 сутки после облучения.

Таблица

Влияние фукоидана из бурой водоросли Fucus evanescens на показатели кроветворения мышей, облученных в дозе 7 Гр на 9 сутки после облучения

Показатель Группы р

Интактные мыши Контроль облучения 1гр. Фукоидан 100 мг/кг за 24 ч до облучения 2 гр. Фукоидан 100 мг/кг через 1 ч после облучения 3 гр.

М±ст М±ст М±ст М±ст

Число эндоколоний на селезенку - 12,5±3,66 10,57±2,08 25,67±11,00 Р(1-2)=0,27 Р(1-3)=0,02 Р(2-3)=0,01

Масса селезенки (мг) 89,68±3,31 88,17±15,35 р*=0,82 81,14±24,16 р*=0,41 130,67±50,05 р*=0,07 Р(1-2)=0,55 Р(1-3)=0,07 Р(2-3)=0,04

Масса тимуса (мг) 67,0± 10,54 64,5±22,88 р*=0,81 54,71±20,17 р*=0,21 56,0±12,73 р*=0,13 Р(1-2)=0,43 Р(1-3)=0,44 Р(2-3)=0,89

Клеточность тимуса (х106) 166,05± 38,21 79,67±29,23 р*=0,001 71,79±28,45 р*=0,00 61,83±17,37 р*=0,00 Р(1-2)=0,69 Р(1-3)=0,22 Р(2-3)=0,42

Клеточность тимуса на 1 мг массы (х106) 2,5± 0,4 1,34±0,51 р*=0,001 1,26±0,42 р*=0,00 1,08±0,29 р*=0,00 Р(1-2)=0,76 Р(1-3)=0,30 Р(2-3)=0,40

Кол-во лейкоцитов в периферической крови (х106) 4,67± 0,32 1,52±0,75 р*=0,00 1,61±0,32 р*=0,00 1,40 ±0,30 р*=0,00 Р(1-2)=0,78 Р(1-3)=0,71 р(2-3)=0,24

Примечание: М±ст -средняя и стандартное отклонение от средней; р - достоверность различий между сравниваемыми опытными группами; 1, 2, 3 - соответствующие группы; р* - достоверность различий опытных групп с интактным контролем.

Наиболее выраженный эффект нами был выявлен при введении фукоидана через 1 час после облучения - количество селезеночных макроколоний в этой группе превышало показатели контрольной группы и группы с профилактической схемой введения вещества в 2,1 и 2,4 раза соответственно (табл.). Также на 9-е сутки, в период начального восстановления гемо-поэтической ткани, отмечено значимое увеличение массы селезенки у мышей, получивших фукоидан через 1 час после облучения, тогда как в контрольной группе и у мышей при профилактической схеме введения фукоидана значимых различий не выявлено. В это же время у всех облученных мышей, отмечено снижение общего количества лейкоцитов периферической крови. При этом выраженность лейкопении в опытных и контрольной группах статистических различий не имела. Также отмечено значительное снижение клеточности тимуса у всех животных при сохранении его массы на уровне интактного контроля.

Представленные результаты свидетельствуют о том, что введение мышам фукоидана через 1 час после облучения способствует более раннему восстановлению пролиферативной функции кроветворных органов, что подтверждается на 9 сутки увеличением массы селезенки и появлением в ней ростков кроветворения.

Зависимость тяжести и исхода острой лучевой болезни связана с характером лучевого поражения стволовых клеточных популяций критических тканей и систем организма. Ближайшим последствием радиационных повреждений является клеточное опустошение критических органов. Гемо-поэтические стволовые клетки и самые ранние коммитированные предшественники гемопоэза отличаются максимальной радиочувствительностью [9] и гибнут впервые часы и сутки после облучения. Решающим моментом для положительного исхода лучевой болезни является скорость восстановления супрессированного кроветворения, зависящая от глубины первичного опустошения указанных популяций и выбора эффективного лечения, направленного на восстановление процессов постлучевой репарации.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Данная работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 16-14-10131 «Разработка уникальных радиопротекторов на основе веществ из гидробионтов морей Дальнего востока России».

Materials of the Scientific and Practical Conference «Fundamental Far Eastern science for medicine»

ЛИТЕРАТУРА

1. Баранов А.Е., Рождественский Л.М. Аналитический обзор схем лечения острой лучевой болезни, используемых в эксперименте и клинике // Радиационная биология. Радиоэкология. 2008; 48(3): 287-302.

2. Беседнова Н.Н. Морские гидробионты - потенциальные источники лекарств // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2014; 57(3): 4-10.3.

3. Lee J., Kim J., Moon C., Kim S., Hyun J., Park J., Shin T. Radioprotective effects of fucoidan in mice treated with total body irradiation. Phytother. Res. 2008; 22: 1677-1681. doi: 10.1002/ptr.2562.

4. Tawfik1 S.S., Salama S. F. Preventive Efficacy of Fucoidan in Rats Exposed to y-Rays Jourrnall off Radi-iattiion Researrch and Applliied Sciiences. J. Rad. Res. Appl. Sci. 2011; 4(1): 233-244.

5. Kim H.J., Kim M.H., Byon Y.Y., Park J.W., Jee Y., Joo H.G. Radioprotective effects of an acidic polysac-

charide of Panax ginseng on bone marrow cells. J.Vet. Sci. 2007; 8: 39-44. doi: 10.4142/jvs.2007.8.1.39.

6. Anastyuk S.D., Shevchenko N.M., Dmitrenok P.S., Zvyagintseva T.N. Structural similarities of fucoidans from brown algae Silvetia babingtonii and Fucus evane-scens, determined by tandem MALDI-TOF mass spectrometry. Carbohydrate Research. 2012; 358: 78-81. doi: 10.1016/j.carres.2012.06.015.

7. Anastyuk S.D., Shevchenko N.M., Nazarenko E.L, Dmitrenok P.S., Zvyagintseva T.N. Structural analysis of a fucoidan from the brown alga Fucus evanescens by MALDI-TOF and tandem ESI mass spectrometry. Carbohydrate Res. 2009; 344(6): 779-787. doi: 10.1016/j. carres.2009.01.023.

8. Till J.E., McCulloch E.A. A direct measurement of the radiation sensitivity of normal mouse bone marrow cells. Radiat. Res. 1961; 14: 213-222.

9. Коноплянников А.Г. Радиобиология стволовых клеток. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 120 с.

Сведения об авторах

Шутикова Анна Леонидовна - к.м.н., н.с. лаборатории иммунологии, «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова», г. Владивосток, ул. Сельская, 1, тел.: 8(423) 24424-46; е-mail: shutikova79@mail.ru;

Иванушко Людмила Александровна - к.м.н., с.н.с лаборатории иммунологии, «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова», г. Владивосток, ул. Сельская, 1, тел.: 8(423) 244-24-46; e-mail: l.iva_57@mail.ru;

Маляренко Олеся Сергеевна - к.х.н., н.с. лаборатории химии ферментов, ТИБОХ ДВО РАН, 690022, г. Владивосток, ул. Проспект 100 лет Владивостоку, 159, тел.: 8(423) 231-07-05; e-mail: malyarenko.os@gmail.com;

Ермакова Светлана Павловна - д.х.н., профессор, зав. лабораторией химии ферментов, ТИБОХ ДВО РАН, 690022, г. Владивосток, ул. Проспект 100 лет Владивостоку, 159, тел.: 8(423) 231-07-05; е-mail: swetlana_e@mail.ru.

© Коллектив авторов, 2017 г doi: 10.5281/zenodo.817793

Удк 577.332.23: 539.199

Е.В. Инжеваткин1, А.В. Барон23, Н.Г. Максимов4, М.Б. Волкова3, А.П. Пузырь2, В.С. Бондарь2

оценка методом эпр-спектроскопии распределения наноалмазов в организме мышей при внутривенном введении

1 Международный научный центр исследований экстремальных состояний организма ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск, Россия

2 Институт биофизики СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск, Россия

3 Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия

4 Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск, Россия

Методом ЭПР-спектроскопии исследовано распределение модифицированных наноалмазов (МНА) взрывного синтеза в органах и тканях мышей после внутривенного введения. Показано, что МНА, введенные в хвостовую вену животных, через 2,5 ч аккумулируются преимущественно в легких и печени. В почках и сердце животных обнаруживается значительно меньшее (на 1-1,5 порядка) количество МНА. Полученные результаты открывают перспективы для применения метода ЭПР в изучении распределения, накопления и элиминации наноалмазов взрывного синтеза при их внутривенном введении экспериментальным животным.

Ключевые слова: наноалмазы взрывного синтеза, ЭПР-спектроскопия, внутривенное введение, межорганное распределение наночастиц.