Оценка методом ЭПР-спектроскопии распределения наноалмазов в организме мышей при внутривенном введении

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.

• Материалы Научно-практической конференции «Фундаментальная дальневосточная наука - медицине»

E.V. Inzhevatkin1, A.V. Baron23, N.G. Maksimov4, M.B. Volkova3, A.P. Puzyr2, V.S. Bondar2 THE STUDY OF DISTRIBUTION OF NANODIAMONDS IN MICE AFTER INTRAVENOUS INJECTION USING ERP SPECTROSCOPY METHOD

1 International Scientific Center for Organism Extreme Conditions Research of Federal Research Center «Krasnoyarsk Science Center» of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Krasnoyarsk, Russia

2 Institute of Biophysics, Federal Research Center «Krasnoyarsk Science Center» of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Krasnoyarsk, Russia

3 Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia

4 Institute of Chemistry and Chemical Technology, Federal Research Center «Krasnoyarsk Science Center» of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Krasnoyarsk, Russia

EPR spectroscopy method was used for studied the distribution of modified nanodiamonds (MND) of explosive synthesis in the body of mice after intravenous injection of nanoparticles to the animals. It was shown that 2.5 h after the injection of MND into the tail vein of animals, the nanoparticles accumulate mainly in the lungs and liver. In the kidneys and heart of animals a much less amount of MND (by 1-1.5 order of magnitude) is found. Obtained results open the prospects for using the EPR method for studying the time dynamics of distribution, accumulation and elimination of nanodiamonds of explosive synthesis after their injection intravenously to the experimental animals.

Keywords: nanodiamonds of explosive synthesis, EPR spectroscopy, intravenous injection, inter-organ distribution of nanoparticles.

Одно из активно развивающихся направлений современной нанотехнологии связано с изучением и оценкой применимости наночастиц разной физико-химической природы в биомедицинских приложениях. В настоящее время исследователи всего мира разрабатывают подходы к использованию наночастиц для выделения биомолекул, создания средств диагностики, препаратов для нейтрализации токсикантов, самостоятельных терапевтических агентов, управляемых или целевых носителей лекарств [1-10].

Введение наночастиц в организм предполагает их деградацию в биологической среде после выполнения требуемой функции. В то же время, для биомедицинских приложений интерес представляют и не биодеградируемые наночастицы. В частности, исследователи проявляют большой интерес к биомедицинскому применению разных форм наноугле-рода (фуллерены, нанотрубки, графен). Одним из перспективных материалов этой группы являются наноалмазы взрывного синтеза. Ранее, нами были разработаны технологии, обеспечивающие высокую коллоидную устойчивость наноалмазов в водных суспензиях, включая их стерилизацию [11, 12]. Это открыло новые возможности для использования на-ноалмазов в качестве адресных носителей фармацевтических субстанций [8, 13].

Применение не биодеградируемых наночастиц в медицинских целях предполагает необходимость изучения их межорганного распределения и накопления после введения в организм и возможности последующей элиминации из организма. В случае наноалмазов, для изучения этих аспектов может быть использован метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Данный метод обладает

высокой чувствительностью и позволяет выявлять наночастицы, имеющие парамагнитные центры. Известно, что парамагнитные центры есть в нано-алмазах взрывного синтеза [14, 15]. Преимущества метода ЭПР состоят в возможности детектировать наноалмазы без их дополнительной маркировки, например, флуоресцентными или радиоактивными метками. В модельных экспериментах in vitro мы показали возможность детекции наноалмазов в биоматериалах методом ЭПР [16, 17].

Цель данной работы состояла в изучении методом ЭПР-спектроскопии распределения наноалмазов в организме мышей после внутривенного введения.

Материалы и методы

В работе использованы модифицированные нано-алмазы (МНА) со средним размером кластеров наночастиц в гидрозолях d50 = 70,6 нм (Zetasizer Nano ZS, Malvern Instruments Ltd., Англия), полученные из наноалмазов взрывного синтеза оригинальным способом [11, 12]. Экспериментальными животными являлись мыши ICR - самцы массой 26-28 г.

Водную суспензию МНА вводили мышам в хвостовую вену в дозе 40 мг МНА / 1 кг массы животного. Через 2,5 ч мышей усыпляли эфирным наркозом и брали кровь из подключичной артерии. Затем животных умерщвляли цервикальной дислокацией и брали для исследований печень, почки, легкие, сердце, селезенку, головной мозг и мышцы бедра. Для исключения контаминации биоматериалов частицами металла, которые могут вносить дополнительные сигналы в ЭПР-спектр образцов, все манипуляции с органами проводили, используя пластиковые и керамические инструменты. Органы гомогенизировали в дистиллированной воде с помощью ручного гомогенизатора (система стекло-стекло).

Наличие МНА в крови и гомогенатах органов регистрировали с помощью ЭПР Фурье-спектрометра Elexsys E580 (Bruker, Германия) в Центре коллективного пользования ФИЦ КНЦ СО РАН. Содержание МНА в образцах оценивали по величине ЭПР-сигнала, которая пропорциональна концентрации наночастиц [16, 17].

Результаты и обсуждение

Как показали исследования (рис. 1), наибольшее количество МНА регистрируется методом ЭПР-спектроскопии в легких и печени мышей. Расчеты, проведенные из величин характерных ЭПР сигналов (g = 2,003, AH ~ 10 Гс), регистрируемых от МНА в образцах биоматериалов, показывают, что через 2,5 ч в легких и печени животных аккумулируется до 24% и 18% нано-частиц, соответственно, от суммарной дозы введенных МНА. По-видимому, что в сердце и почках выявляется значительно меньшее (на 1-1,5 порядка) количество на-ночастиц. Наличие МНА в образцах крови, селезенки, головного мозга и мышц бедра в пределах чувствительности использованного метода не выявлено.

В пользу значительно большей эффективности аккумуляции МНА в легочной ткани мышей, по сравнению с тканями других изучаемых органов свидетельствуют и расчеты содержания наночастиц на единицу массы органа. Из полученных данных следует, что в ткани легкого МНА аккумулируется почти на порядок эффективнее, чем в ткани печени. Наименьшая эффективность накопления МНА наблюдается в тканях почек и сердца.

Таким образом, методом ЭПР-спектроскопии проведена оценка распределения МНА взрывного синтеза в органах и тканях мышей после внутривенного введения. Показано, что через 2,5 часа после введения в хвостовую вену МНА аккумулируются преимущественно в легких и печени мышей. В почках и сердце животных обнаруживается значительно меньшее количество наночастиц. Использованным методом не выявлено наличие МНА в образцах крови, селезенки, головного мозга и мышц бедра. Результаты исследования открывают перспективы изучения методом ЭПР-спектроскопии временных динамик межорганного распределения, накопления и элиминации наноалмазов при их внутривенном введении экспериментальным животным.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ (грант № 16-04-00999).

ЛИТЕРАТУРА

1. Yoo J.W., Doshi N., Mitragotri S. Adaptive micro and nanoparticles: temporal control over carrier properties of faciliate drug delivery. Adv. Drug Deliv. Rev. 2011; 63. 1247-1256. doi: 10.1016/j.addr.2011.05.004.

2. Morachis J.M., Mahmoud E.A., Almutairi A. Physical and chemical strategies for therapeutic delivery by using polymeric nanoparticles. Pharmacol. Rev. 2012; 64: 505-519. doi: 10.1124/pr.111.005363.

3. Ishchenko L.A., Stolyar S.V., Ladygina V.P., Rai-kher Yu.L., Balasoiu M., Bayokov O.A., Iskhakov R.S., Inzhevatkin E.V. Magnetic properties and application of biomineral particles produced by bacterial culture. Physics Procedia. 2010; 9: 279-282. doi: 10.1016/j. phpro.2010.11.062.

4. Ding X., Liu J., Li J., Wang F., Wang Y., Song S., Zhang H. Polydopamine coated manganese oxide nanoparticles with ultrahigh relaxivity as nanotheranos-tic agents for magnetic resonance imaging guided syn-ergetic chemo-/photothermal therapy. Chem. Sci. 2016; 7: 6695-6700. doi: 10.1039/c6sc01320a.

5. Plank C., Zelphati O., Mykhalik O. Magnetically enhanced nucleic acid delivery. Adv. Drug Deliv. Rev. 2011; 63:1300-1331. doi: 10.1016/j.addr.2011.08.002.

6. Lamanna G., Battigelli A., Menard-Moyon C., Bianco A. Multifunctionalized carbon nanotubes as advanced multimodal nanomaterials for biomedical applications. Nanotech. Rev. 2012; 1: 17-29.

7. Bondar V.S., Pozdnyakova I.O., Puzyr A.P. Applications of nanodiamonds for separation and purification of proteins. Phys. Solid State. 2004; 46: 758-760.

8. Purtov K.V., Petunin A.I., Burov A.E., Puzyr A.P., Bondar V.S. Nanodiamonds as a carriers for address delivery of biologically active substances. Na-noscale Res. Lett. 2010; 5: 631-636. doi: 10.1007/ s11671-010-9526-0.

9. Ronzhin N.O., Baron A.V., Mamaeva E.S., Puzyr A.P., Bondar V.S. Nanodiamond-based tests systems for biochemical determination of glucose and cholesterol. J. Biomat. Nanobiotech. 2013; 4: 242-246.

10. Vasilyeva E.Yu., Prokhorenkov V.I., Puzyr A.P., Bondar V.S. The effects of nanodiamonds at the action of colored metal ions on the skin of Guinea pigs. J. Biomat. Nanobiotech. 2016; 7: 214-224.

11. Бондарь В.С., Пузырь А.П. Наноалмазы для биологических исследований // ФТТ. 2004; 46: 698-701.

12. Пузырь А.П., Бондарь В.С. Способ получения наноалмазов взрывного синтеза с повышенной коллоидной устойчивостью. Пат. РФ № 2252192 // Бюл. 2005. № 14.

13. Медведева Н.Н., Жуков Е.Л., Инжеваткин Е.В., Беззаботнов В.Е. Изучение противоопухолевых свойств модифицированных наноалмазов детонационного синтеза и сорбированного на них доксо-рубицина на примере асцитной карциномы Эрлиха // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2015;160: 360-363.

14. Puzyr A.P., Bondar V.S., Bukayemsky A.A., Se-lyutin G.E., Kargin V.F. Physical and chemical properties of modified nanodiamonds. NATO Sci. Ser. II. Math. Phys. Chem. 2005; 192: 261-270.

Материалы Научно-практической конференции «Фундаментальная дальневосточная наука - медицине»

15. Солматова А.А., Ильин И.В., Шахов Ф.М., Ки-далов С.В., Вуль А.Я., Явкин Б.В., Мамин Г.В., Орлин-ский С.Б., Баранов П.Г. Обнаружение методом электронного парамагнитного резонанса гигантской концентрации азотно-вакантных дефектов в детонационных наноалмазах // Письма вЖЭТФ. 2010; 92: 106-109.

16. Инжеваткин Е.В., Барон А.В., Максимов Н.Г., Волкова М.Б., Пузырь А.П., Бондарь В.С. Использование ЭПР-спектроскопии для детекции наноалмазов в биологических образцах / Сборник материалов

VI Всероссийская конференция по наноматериалам с элементами научной школы для молодежи «НАНО 2016». - М.: ИМЕТ РАН, 2016. С.524-525.

17. Барон А.В., Максимов Н.Г., Инжеваткин Е.В., Волкова М.Б., Пузырь А.П., Бондарь В.С. Применение метода ЭПР для определения наноалмазов в биологических материалах / Тезисы докладов XVIII Всероссийского симпозиума c международным участием «Сложные системы в экстремальных условиях». - Красноярск: Изд-во СФУ, 2016. С.13.

Сведения об авторах

Инжеваткин Е.В., международный научный центр исследований экстремальных состояний организма ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск; е-тай: inscience@mail.ru;

Барон А.В., институт биофизики СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск;

Максимов Н.Г., институт биофизики СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск;

Волкова М.Б., Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск;

Пузырь А.П., институт биофизики СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск;

Бондарь В.С., институт биофизики СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск.

© Коллектив авторов, 2017 г. doi: 10.5281/zenodo.817785

Удк 593.96+576.53

Л.С. Долматова1, О.А. Уланова1, М.П. Бынина2, Н.Ф. Тимченко2

термостабильный токсин yersinia pseudotuberculosis вызывает разнонаправленные изменения уровней маркеров функциональной активности двух типов фагоцитов У голотурии eupentacta fraudatrix

1 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева, Владивосток

2 НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова, Владивосток

В двух типах фагоцитов (Ф1 и Ф2) голотурии Eupentacta fraudatrix, полученных методом градиентного центрифугирования, были исследованы уровень оксида азота и активность аргиназы при воздействии летального для голотурий термостабильного токсина Yersinia pseudotuberculosis (TcTY.p) in vitro. Впервые показано, что два типа фагоцитов голотурии E. fraudatrix отличаются по уровню этих маркеров, используемых для фенотипирования М1 и М2 макрофагов позвоночных. Это позволяет провести аналогию между исследуемыми типами фагоцитов голотурии и двумя типами макрофагов. Показано, что ТсТУр способен менять исходный фенотип фагоцитов, тем самым, по-видимому, снижая их бактерицидный эффект.

Ключевые слова: псевдотуберкулезный микроб, Yersinia pseudotuberculosis, бактериальный токсин, аргиназа, оксид азота, функциональный фенотип фагоцитов.

L.S. Dolmatova1, О.А. Ulanova1, МР. Bynina2, N.F. Timchenko2

thermostable toxin yersinia pseudotuberculosis induces opposite variations in the levels of markers of functional activities of the two types of phagocytes in the holothurian eupentacta fraudatrix

1 Il'ichev Pacific Oceanological Institute, Vladivostok, Russia

2 Somov Institute of Epidemiology and Microbiology, Vladivostok, Russia

The levels of nitric oxide and arginase activity were measured in the two types of phagocytes (P1 and P2) of the holothurian Eupentacta fraudatrix treated with a thermostable toxin (lethal for holothurians) of Yersinia pseudotuberculosis (TsTYp) in vitro. For the first time, the two types of phagocytes were shown to have different levels of these markers known to be used for phenotyping M1 and M2 macrophages of vertebrates. These data indicate that the phagocyte types under study may be analogous to the M1 and M2 macrophages. It was shown also that TsTYp is able to change the phenotypes of phagocytes and possbly in that way to decrease their bactericidal activity.

Keywords: pseudotuberculosis microbe, bacterial toxin, arginase, nitric oxide, functional phenotype of phagocytes.