Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,778

ПОКАЗАТЕЛИ ЭНДОТОКСИКОЗА В КРОВИ КРЫС С ЛИМФОСАРКОМОЙ ПЛИССА ПРИ ВВЕДЕНИИ НАНОЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗА

Горошинская И.А. 1 Качесова П.С. 1 Бородулин В.Б. 2 Немашкалова Л.А. 1 Лосев О.Э. 2 Чудилова А.В. 1
1 ФГБУ «Ростовский научно-исследовательский онкологический институт» Минздрава России
2 ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского» Минздрава России
Настоящая статья посвящена исследованию влияния железа в наноформе (дисперсность частиц 30–50 нм) на показатели эндогенной интоксикации в крови здоровых животных и животных с лимфосаркомой Плисса. Проведен анализ функционального состояния альбумина, содержания молекул средней массы, индекса токсичности и коэффициента интоксикации у животных-опухоленосителей без введения наночастиц железа и у животных, получавших наночастицы железа, в зависимости от выраженности противоопухолевого эффекта и продолжительности наблюдения. Развитие лимфосаркомы Плисса (контрольная группа) приводит к увеличению коэффициента интоксикации в 2,4 раза за счет двукратного снижения эффективной концентрации альбумина. Показано, что внутриопухолевое или внутрибрюшинное восьмикратное введение наночастиц в разовой дозе 1,25 мг/кг массы тела вызывало регрессию или торможение роста опухоли в 54,5 % случаев (у 24 животных из 44). При этом введение наночастиц железа приводит к увеличению эффективной концентрации и связывающей способности альбумина в среднем на 59,4 и 102,7 % (по сравнению с контрольной группой) у всех животных вне зависимости от влияния на размеры опухоли. Однако только у животных с регрессией опухоли наблюдается снижение низкомолекулярной фракции молекул средней массы при отсутствии прироста фракции среднемолекулярных пептидов и более низкий коэффициент интоксикации относительно контрольной группы. Для животных, остававшихся под наблюдением в течение 2,5 месяцев после полной регрессии лимфосаркомы, был характерен высокий уровень связывающей способности альбумина и дальнейшее снижение коэффициента интоксикации. Показано также, что у животных без опухоли введение наночастиц железа не влияет на показатели эндогенной интоксикации. Таким образом, введение наночастиц железа в использованных нами дозах и способах введения не вызывает развития эндогенной интоксикации у интактных животных и способствует нормализации показателей, ее характеризующих, у животных с лимфосаркомой Плисса.
наночастицы железа
лимфосаркома Плисса
противоопухолевый эффект
эндогенная интоксикация
1. Богословская О.А., Сизова Е.А., Полякова В.С., Мирошников С.А., Лейпунский И.О., Ольховская И.П., Глущенко Н.Н. Изучение безопасности введения наночастиц меди с различными физико-химическими характеристиками в организм животных // Вестник ОГУ. – 2009. – № 2. – С. 124–127.
2. Бородулин В.Б., Горошинская И.А., Качесова П.С., Бабушкина И.В., Положенцев О.Е., Дурнова Н.А., Василиадис Р.А., Лосев О.Э., Чесовских Ю.С. Изучение биологического действия наночастиц железа // Российские нанотехнологии. – 2015. – Т. 10. – № 3–4. – С. 76–83.
3. Горошинская И.А., Качесова П.С., Немашкалова Л.А., Бородулин В.Б. Способ торможения роста лимфосаркомы плисса в эксперименте // Патент РФ № 2561294. 2015. Бюл. № 24.
4. Матвеев С.Б., Спиридонова Т.Г., Клычникова Е.В., Николаева Н.Ю., Смирнова С.В., Голиков П.П. Критерии оценки эндогенной интоксикации при ожоговой травме. Клиническая лабораторная диагностика. – 2003. – Т. 10. – С. 52–53.
5. Чехун В.Ф., Шпилевая С.И. Роль эндогенного железа в формировании чувствительности опухоли к противоопухолевой терапии // Вопросы онкологии. – 2010. – № 3. – С. 251–261.
6. Ahmed N., Fessi H., Elaissari A. Theranostic applications of nanoparticles in cancer // Drug Discovery Today. – 2012. – Vol. 17, № 17. – P. 928–934.
7. Chamundeeswari M., Sastry T.P., Lakhsmi B.S., Senthil V., Agostinelli E. Iron nanoparticles from animal blood for cellular imaging and targeted delivery for cancer treatment // Biochimica et Biophysica Acta. – 2013. – № 1830. – P. 3005–3010.
8. Frezza M., Hindo S., Chen D., Davenport A., Schmitt S., Tomco D., Dou Q.P. Novel metals and metal complexes as platforms for cancer therapy // Curr Pharm Des. – 2010. Jun 16(16). – P. 1813–25.
9. Szalay B., Tátrai E., Nyírő G., Vezér T., Dura G. Potential toxic effects of iron oxide nanoparticles in in vivo and in vitro experiments // J. Appl. Toxicol. – 2011. – 8 p. wileyonlinelibrary.com/journal/jat. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.
10. Wong E.L., Fang G.S, Che C.M, Zhu N. Highly cytotoxic iron (II) complexes with pentadentate pyridyl ligands as a new class of anti-tumor agents // Chem. Commun. (Camb.). – 2005. – Sep 28 (36). – P. 4578–80.

В настоящее время остается актуальной проблема поиска новых эффективных противоопухолевых средств. Перспективным направлением является наномедицина, одной из задач которой является разработка противоопухолевых средств в форме наноразмерных структур [6]. Большое внимание уделяется исследованию агентов на основе переходных металлов. Хотя безопасность металлических наночастиц для организма окончательно не определена, они все более широко используются в медицине. Немалое количество исследований посвящено изучению новых комплексных соединений на основе железа [7]. В частности показано, что комплексные железосодержащие производные пиридила обладают большей, по сравнению с платиной и блеомицином, цитотоксичностью и устойчивостью в физиологических условиях [10]. Активно обсуждается вопрос о связи железосодержащих веществ и белков, участвующих в регуляции метаболизма железа, с процессами клеточной пролиферации, дифференцировки, клеточной гибели, иммунитета, а также о роли эндогенного железа в формировании чувствительности опухоли к химио- и радиотерапии [5].

В то же время имеются данные о потенциальной токсичности наночастиц, содержащих железо [9]. Благодаря малым размерам металлы в форме наночастиц легче вступают в химические реакции в организме и обладают большей биологической активностью, чем соли металлов, но в связи с этим наночастицы могут вызывать и более значимые токсические повреждения в органах и тканях. Органы-мишени и механизмы развития токсического эффекта разнообразны и зависят от физических и размерных характеристик наночастиц, а также биологической модели исследования [1, 8]. Показано, что сферические наночастицы биогенных металлов, в том числе железа, диаметром частиц 20–50 нм, полученные плазмохимическим методом, при их пероральном введении мышам оказывают влияние на обмен углеводов, липидов и белков, снижают устойчивость эритроцитов к гемолизу, вызывают сывороточную гиперферментемию, указывающую на повреждение гепатоцитов [2].

Целью данной работы явилось изучение влияния наночастиц железа на уровень эндогенной интоксикации в крови здоровых животных и животных с лимфосаркомой Плисса при разной эффективности их действия на рост опухоли.

Материалы и методы исследования

В качестве экспериментальной модели использовали крыс, которым была перевита лимфосаркома Плисса (ЛСП), характеризующаяся быстрым агрессивным ростом с тенденцией к инвазии в окружающие ткани, прорастанием забрюшинной клетчатки, гематогенным метастазированием и некротизацией, а также сниженной чувствительностью к цитостатикам. Штамм ЛСП получен из банка опухолевых штаммов ФГБНУ «РОНЦ им. Н.Н. Блохина». Всего в исследовании было использовано 104 нелинейные крысы-самцы массой 250–300 г.: 67 животных с ЛСП, разделенных на опытную группу из 44 крыс, которым вводили наночастицы (НЧ) железа, и контрольную группу – 23 крысы без введения НЧ, и 37 интактных крыс, из которых 10 вводили НЧ железа. Использовали нанопорошки железа, полученные из крупнодисперсных порошков с помощью плазменной технологии, основанной на испарении сырья (крупнодисперсного порошка или прутка) в плазменном потоке с температурой 5000–6000 К и конденсации пара до ультрадисперсных частиц требуемого размера (дисперсность частиц 30–50 нм). Исследование методом рентгеновской спектроскопии на основе анализа тонкой структуры спектров рентгеновского поглощения в области края поглощения (XANES – X-ray absorption near edge spectroscopy) показало, что НЧ представляли собой металлическое железо в оксидной оболочке и не окислялись в 0,9 % NaCl [2].

НЧ железа суспендировали в физиологическом растворе непосредственно перед использованием и вводили животным 8-кратно по 4 введения в неделю с 5-дневным перерывом после 4 введения (основная группа). Разовая доза НЧ составила 1,25 мг/кг массы, курсовая – 10 мг/кг. Использовали два способа введения НЧ: локально в опухоль и внутрибрюшинно. В контрольной группе животным-опухоленосителям внутрибрюшинно вводили 0,9 % раствор хлорида натрия (по 0,3 мл). Введение НЧ начинали при достижении размеров опухоли в среднем 1,01 ± 0,14 см3 (от 0,16 до 2,8 см3). Забой большинства животных осуществляли на 21–25 сутки после перевивки опухоли. Критериями оценки влияния НЧ железа на рост экспериментальных опухолей служили: индекс эффективности (ИЭ) и процент торможения роста опухоли (по объему опухоли – Тv %, по массе опухоли – Тm %). Для выявления возможного влияния НЧ железа на развитие эндогенной интоксикации в организме здоровых животных в исследование была включена группа крыс без опухоли (группа сравнения), которая получала внутрибрюшинные инъекции взвеси наночастиц в указанных выше дозах по аналогичной схеме.

Биохимические исследования были проведены у 19 животных контрольной группы и 24 животных основной группы, из которых 16 животных были выведены из эксперимента на 21–25 сутки после перевивки опухоли и 8 животных с полной регрессией ЛСП после введения наночастиц железа наблюдались в течение 3,5 месяцев после перевивки опухоли, а также у 10 животных без опухоли после введения наночастиц и 20 интактных крыс.

Для оценки эндогенной интоксикации изучены: уровень молекул средней массы (МСМ254 и МСМ280), общая (ОКА) и эффективная (ЭКА) концентрации альбумина, рассчитаны связывающая способность альбумина (ЭКА/ОКА×100 %), индекс токсичности (ОКА/ЭКА – 1) и коэффициент интоксикации (МСМ254/ЭКА×1000) [4].

Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета программ Statistika 6.0, используя критерии Фишера и Стьюдента для оценки значимости различий двух независимых выборок. Отклонения между рядами оценивали как значимые при вероятности различий, превышающих 95 % (p < 0,05 – p < 0,001), а при 0,1 > p > 0,05 считали, что различия обнаружены на уровне статистической тенденции.

Результаты исследования и их обсуждение

У животных с ЛСП при введении НЧ железа полная регрессия опухоли наблюдалась в 50 % случаев (при внутриопухолевом введении у 14 из 20 животных, при внутрибрюшинном введении – у 8 из 24 животных), торможение роста у 4,5 % животных (n = 2), рост опухоли у 45,5 % животных (n = 20). Процент торможения роста лимфосаркомы Плисса в целом по группе составил: Тv % – 65,2 %, Тm % – 53,7 %; ИЭ – 2,79. При этом интратуморальное введение наночастиц железа оказалось более эффективным (р ≤ 0,05 по Фишеру) – полная резорбция опухоли наблюдалась в 70 % случаев, тогда как при внутрибрюшинном введении только у 33 % крыс. Таким образом, с использованием большого количества животных была подтверждена эффективность разработанного нами способа торможения роста опухоли путем введения наночастиц железа [3].

Исследование показателей эндогенной интоксикации (таблица) показало, что в контрольной группе (опухоленосители без введения наночастиц железа) у животных с лимфосаркомой Плисса имело место снижение эффективной концентрации альбумина и его связывающей способности на 50,2 и 37,6 % соответственно относительно средних значений у интактных животных.

Влияние введения наночастиц железа на показатели эндогенной интоксикации в плазме крови крыс с лимфосаркомой Плисса

Показатель

Интактные животные n = 20

Группа сравнения

n = 10

Контрольная группа (ЛСП) n = 18

Введение наночастиц железа при ЛСП

ЛСП + НЧ железа

n = 16

Рост опухоли

(27–120 г)

n = 4

Регрессия опухоли (0–0,03 г) n = 12

Через 3,5 месяцев (отсутствие рецидивов) n = 8

ОКА (г/л)

43,86 ± 1,30

38,35 ± 0,57

р < 0,02

35,44 ± 1,24

р < 0,001

27,13 ± 1,25

р < 0,001

рк < 0,001

26,40 ± 1,10

р < 0,001

рк < 0,01

27,37 ± 1,65

р < 0,001

рк < 0,001

35,33 ± 0,98

р < 0,01

р2 < 0,01

ЭКА (г/л)

28,46 ± 1,77

23,98 ± 2,28

14,17 ± 1,56

р < 0,001

22,59 ± 1,40

р < 0,05

рк < 0,001

23,45 ± 1,76

рк < 0,02

22,30 ± 1,81

р < 0,05

рк < 0,01

28,55 ± 1,69

р2 < 0,05

ССА (%)

64,56 ± 3,38

63,1 ± 6,1

40,30 ± 4,40

р < 0,001

81,70 ± 1,66

р < 0,001

рк < 0,001

88,55 ± 2,92

р < 0,01

рк < 0,001

79,42 ± 1,53

р < 0,01

рк < 0,001

р1 < 0,02

80,45 ± 2,91

р < 0,02

ИТ

0,656 ± 0,071

0,692 ± 0,159

2,049 ± 0,341

р < 0,001

0,221 ± 0,025

р < 0,001

рк < 0,001

0,135 ± 0,038

р < 0,01

рк < 0,02

0,250 ± 0,027

р < 0,001

рк < 0,001

р1 < 0,05

0,253 ± 0,041

р < 0,01

МСМ254 (у.е.)

0,262 ± 0,007

0,250 ± 0,013

0,269 ± 0,010

0,242 ± 0,011

0,285 ± 0,001

0,228 ± 0,011

р < 0,02

рк < 0,02

р1 < 0,02

0,231 ± 0,008

р < 0,02

МСМ280 (у.е.)

0,215 ± 0,014

0,209 ± 0,004

0,197 ± 0,009

0,214 ± 0,010

0,255 ± 0,007

рк < 0,01

0,201 ± 0,010

р1 < 0,01

0,211 ± 0,004

КИ

9,99 ± 0,68

10,24 ± 0,89

23,62 ± 2,94

р < 0,001

11,14 ± 0,66

рк < 0,001

12,35 ± 0,88

0,05 < рк < 0,1

10,74 ± 0,813

рк < 0,01

8,281 ± 0,569

р2 < 0,05

Примечания: р – статистическая значимость различий по сравнению с группой интактных животных; рк – статистическая значимость различий по сравнению с группой контрольных животных (ЛСП); р1 – статистическая значимость различий между группами с регрессией и ростом опухоли (или торможением роста) при введении наночастиц железа; р2 – статистическая значимость различий между группами животных с регрессией опухоли, выведенных из эксперимента через 21–25 дней и через 3,5 месяца после перевивки опухоли (представлены р только для значимых различий).

При этом общая концентрация альбумина была снижена на 19,2 %. Это привело к увеличению индекса токсичности (ИТ), характеризующего функциональное состояние альбумина (сорбционную способность), в 3,1 раза (на 212,3 %). Уровень молекул средней массы не изменился у животных с ЛСП. Коэффициент интоксикации, отражающий баланс между накоплением и связыванием токсических лигандов, превысил уровень у интактных животных на 136,5 %.

Введение наночастиц железа животным с ЛСП привело к статистически значимому изменению показателей функционального состояния альбумина и коэффициента интоксикации при отсутствии значимых изменений содержания МСМ. Содержание ОКА снизилось на 23,4 и 38,1 % относительно контрольных и интактных животных соответственно, содержание ЭКА увеличилось на 59,4 % относительно контрольной группы до уровня показателя в группе сравнения и оставалось ниже нормы лишь на 20,6 %. Это привело к увеличению ССА и снижению ИТ соответственно на 102,7 % и в 9,3 раза относительно контрольной группы и на 26,5 % и в 3 раза относительно интактных животных. КИ был ниже на 52,8 % (в 2,1 раза) по сравнению с контрольной группой и статистически значимо не отличался от интактных животных. Важно отметить, что были выявлены статистически значимые отличия в связывающей способности альбумина, индексе токсичности и уровне МСМ в зависимости от наличия эффекта введения наночастиц на рост опухоли. При этом даже у животных с продолженным ростом после введения наночастиц железа показатели, отражающие способность альбумина осуществлять связывание токсических продуктов, были значительно выше, чем в контрольной группе: уровень ЭКА – на 61 %, ССА – на 156,5 %, хотя содержание МСМ254 оказалось на том же уровне, что и у животных-опухоленосителей, которым наночастицы не вводились. Однако уровень МСМ254 у животных с ростом опухоли после введения наночастиц железа был статистически значимо выше (на 25 %), чем у животных с полной регрессией опухолевого узла. Уровень среднемолекулярных пептидов (МСМ280) у животных с регрессией опухоли не отличался от значений в контрольной группе, но был значимо ниже (на 21,2 %), чем у животных с продолженным ростом после введения наночастиц железа. При этом парадоксальный, на первый взгляд, факт более высокой потенциальной связывающей способности альбумина и сниженного ИТ при увеличенной концентрации МСМ у животных с ростом лимфосаркомы Плисса после введения наночастиц железа по сравнению с животными с регрессией опухоли позволяет предположить, что у них молекулы альбумина оказались неспособными связывать токсические ингредиенты крови, на что указывает и несколько больший (на 15 %) коэффициент интоксикации в подгруппе с ростом опухоли по сравнению с животными с регрессией.

Важно отметить, что введение наночастиц железа интактным животным не вызывало значимых изменений МСМ, связывающей способности альбумина и коэффициентов, отражающих развитие эндогенной интоксикации. У них было отмечено лишь снижение ОКА на 12,6 % (таблица). Следовательно, использованные наночастицы, не влияя на изученные показатели у интактных животных, способствовали снижению эндотоксикоза у животных с опухолевым ростом.

8 животных с полной регрессией ЛСП после введения наночастиц железа были оставлены на выживание и выявление возможности рецидивирования и выведены из эксперимента через 3,5 месяцев после перевивки опухоли. У них наблюдалась нормализация большинства исследованных биохимических параметров. Анализ показателей эндогенной интоксикации показал, что в данной группе животных (т.е. по прошествии 2,5 месяцев после завершения эксперимента в основной группе) имеет место статистически значимое увеличение содержания общей и эффективной концентрации альбумина соответственно на 29,1 и 28,0 % относительно группы крыс с регрессией ЛСП, выведенных из опыта через 5–7 дней после завершения введения наночастиц железа. При этом ОКА была ниже на 19,4 %, чем у интактных животных, а ЭКА – на их уровне. Связывающая способность альбумина, индекс токсичности (ИТ) и содержанием обоих пулов МСМ не отличались от значений у животных сразу после достижения полной регрессии ЛСП. При этом коэффициент интоксикации (КИ) был статистически значимо ниже – на 22,9 %, т.е. за счет полной нормализации эффективной концентрации альбумина наблюдалось существенное снижение этого интегрального показателя интоксикации, отражающего баланс между накоплением и связыванием токсических лигандов.

Заключение

Полученные результаты свидетельствуют о том, что применение наночастиц железа в использованных нами дозах способствует снижению уровня эндогенной интоксикации, сопровождающей развитие злокачественного процесса. При этом наиболее выраженная нормализация большинства изученных показателей наблюдалась у животных спустя несколько месяцев после регрессии ЛСП под влиянием наночастиц железа. Это позволяет прийти к двум важным выводам о том что, во-первых, введение наночастиц железа (как внутриопухолевое, так и системное – внутрибрюшинное) в использованной нами дозировке, обладая выраженным противоопухолевым эффектом, не оказывает побочного токсического действия на организм и, во-вторых, в ближайшем периоде у животных с противоопухолевым эффектом не происходит возникновения рецидивов злокачественного процесса и наблюдается их 100 % выживаемость на протяжения длительного периода наблюдения. Таким образом, выявлено принципиальное различие в действии наночастиц железа при их внутриопухолевом и внутрибрюшинном введении животным-опухоленосителям и влиянии тех же наночастиц на состояние печени и ряда других органов при их введении здоровым животным per os. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о перспективности использования металлического железа в наноразмерной форме при разработке новых противоопухолевых препаратов.

Исследование частичной выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 14-04-32046 мол_а.


Библиографическая ссылка

Горошинская И.А., Качесова П.С., Бородулин В.Б., Немашкалова Л.А., Лосев О.Э., Чудилова А.В. ПОКАЗАТЕЛИ ЭНДОТОКСИКОЗА В КРОВИ КРЫС С ЛИМФОСАРКОМОЙ ПЛИССА ПРИ ВВЕДЕНИИ НАНОЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗА // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 9-2. – С. 303-307;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35582 (дата обращения: 05.08.2020).

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