ВЛИЯНИЕ ПРЕПАРАТОВ НАНОТЕХНОЛОГИИ НА КЛЕТОЧНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ

Белоусов А.Н.

 

«Тот, кто раньше овладеет нанотехнологией, займет ведущее
место в техносфере будущего»
Э. Теллер

Актуальность

Синтез и изучение препаратов нанотехнологии в XXI столетии приобретает высокую степень актуальности. “Nano” - в переводе с греческого - «карлик», - 1 млрд. доля метра. Развитие такого рода технологий позволит создать молекулярных роботов-врачей, которые способны "жить" внутри человеческого организма и устранять или предотвращать повреждения, включая генетические, механизмы старения клеток, способ­ствовать восстановлению тканей человеческого организма, излечению безнадежно боль­ных людей [9]. В настоящий момент официально в Украине зарегистрированы следующие препараты нанотехнологии: «Микромаг - Б» и магнитоуправляемый сорбент МУС-Б [2, 3]. Основу данных препаратов составляют наночастицы магнетита (Fe3O4) размером от 6 до 12 нм. Несмотря на проведенный комплекс клинико-биохимических исследований, до сих пор остаются не изучены механизмы действия коллоидных частиц магнетита на уровне внутриклеточных метаболических процессов [6, 7].

Цель работы

Изучить механизмы действия коллоидных частиц магнетита на уровне внутриклеточного метаболизма.

Материалы и методы

Материал исследования: коллоидные частицы магнитоуправляемого сорбента (МУС-Б) и ферроколлоид, необладающий магнитными свойствами. Основу МУС-Б составил магнетит (Fe3O4). Размер коллоидных частиц магнетита был в пределах от 6 до 12 нм.

Объект исследования: эритроциты и лейкоциты крови человека.

Всего обследовано: 80 человек. Из них: 1) Продукты клеточного обмена лейкоцитов определялись у 28 человек: практически здоровые – 12 человек; больные с синдромом ин­токсикации на фоне полиорганной недостаточности – 10 человек; терминальные больные – 6 человек. 2) Показатели свободнорадикального окисления липидов в эритроцитах исследова­лись у 42 человек: практически здоровые – 21 человек; больные вирусным гепатитом С – 21 человек.

Изучение клеточного метаболизма в лейкоцитах включало: определение содержания гликогена, активности сукцинат дегидрогеназы (СДГ), содержания общего белка [1]; активности Гл-6Ф-ДГ, определение активности лактатдегидрогеназы (ЛДГ), концентрации креатинина [5]; активности супероксиддисмутазы (СОД), активности каталазы, содержа­ния глютатиона восстановленного, концентрации ДК и МДА [4].

Гемолизат эритроцитов для определения активности ферментов получали согласно методике [8].

Исследования включали два этапа: определение перечисленных параметров в интактных клетках и клетках после обработки магнитоуправляемым сорбентом.

Результаты и их обсуждение

В результате исследования лейкоцитов практически здоровых людей после обработки крови коллоидными частицами магнетита (МУС-Б) выявлено: снижение содержания гликогена на 19±0,3 мг/1010 кл (р<0,001); общих липидов – на 6,1±0,5 мкг/106 кл (р<0,001); снижение активности Гл-6Ф-ДГ - 302,4±11,2 ммоль/1чх1011 кл (исходная 500±10,6 ммоль/1чх1011 кл), (р<0,001); увеличение содержания фосфолипидов - на 0,9±0,1 мг/106 кл (р>0,05); общего белка – на 8,0±0,5 мкг/1010 кл (р<0,001); концентрации креатинина – на 1,29±0,1 мг/109 кл (р>0,05); активности глютатиона (восст.) – 4,2±0,1 мг/1010 кл. (исходная - 3,2±0,1 мг/1010 кл), (р<0,001); активности гексокиназы – 11,4±0,2 ммоль/1ч х1011 кл. (исходная - 9,5±0,2 ммоль/1чх1011 кл), (р<0,001); лактатДГ – 611±11,4 ммоль/1чх1011 кл (исходная - 542±10,5 ммоль/1чх1011 кл), (р<0,001); сукцинатДГ – 6,9±0,2 ммоль/1чх1011 кл (исходная - 3,8±0,1 ммоль/1ч х1011 кл), (р<0,001); концентрации МДА – на 7,7±0,7 нмоль/мг (р<0,001); ДК – на 66,8±10,5 нмоль/мг (р<0,001); активности СОД – 0,18±0,04 МЕх106 кл/ч (исходная - 0,08±0,02 МЕх106 кл/ч), (р>0,05).

У больных с синдромом эндогенной интоксикации на исходном этапе исследования в лейкоцитах отмечены признаки угнетения метаболических процессов, что проявлялись: снижением содержания фосфолипидов – на 0,4±0,1мкг/10 6 кл; общего белка – на 3,9 ±0,3 мкг/1010 кл; общих липидов – на 8,3±0,6 мкг/106 кл; возрастанием концентрации креатинина – на 2,09±0,2 мг/109 кл.

По­сле обработки крови МУС-Б в лейкоцитах отмечено увеличение содержания фосфолипидов – на 1,8±0,1мкг/106 кл (р<0,001); общего белка – на 15,3±0,1мкг/1010 кл (р<0,05); концентрации креатинина – на 0,7±0,1мг/106 кл (р>0,05); уменьшение содержания общих липидов – на 15,6±0,1мкг/106 кл (р<0,001). Данные изменения свидетельствовали о восстановлении метаболических процессов в клетке.

У терминальных больных на исходном этапе исследования в лейкоцитах отмечены аналогичные признаки угнетения метаболических процессов, однако, в более выраженной форме.
 
В результате обработки крови коллоидными частицами магнетита (МУС-Б) признаков восстановления показателей клеточного метаболизма не обнаружено. Так, концентрация креатинина не повышалась, а снижалась – на 0,4±0,1 мг/109 кл (р>0,05); активность лактатДГ снижалась – 330±10,9 ммоль/1чх1011 кл (исходная - 348±12,1 ммоль/1чх1011 кл), (р>0,05); сукцинатДГ – 1,6±0,1 ммоль/1чх1011 кл (исходная – 2,0±0,2 ммоль/1чх1011 кл), (р>0,05); содержание ДК снижалось – на 5,6±10,5 нмоль/мг (р>0,05); активность СОД не изменялась (р>0,05). Уменьшение активности сукцинатДГ, вероятно, обусловлено дефицитом кислорода и дестабилизацией мембран, а стабильность активности супероксиддисмутазы (СОД), возможно, свидетельстует о несостоятельности процессов антирадикальной защиты (см. табл. 1).
 
Таким образом, у больных с синдромом эндогенной интоксикации после обработки крови коллоидными частицами магнетита (МУС-Б) отмечен процесс восстановления регуляторных механизмов клеточного метаболизма. Нормализация уровня ПОЛ и показателей антиоксидантной системы (АОС) свидетельствовали о снятии окислительного стресса.
 
Напротив, у терминальных больных после обработки крови коллоидными частицами магнетита, процесс восстановления клеточного метаболизма не выявлен. Возможно это объясняется высоким уровнем эндогенной интоксикации, повреждением мембранного ап­парата клеток, истощением метаболических субстратов.
Универсальность действия коллоидных частиц магнетита (МУС-Б) на процессы клеточной регуляции подтвердилась в исследованиях активно­сти ферментов антирадикальной защиты у практически здоровых и больных людей на вирусный гепатит С.
 
Все обследуемые были разделены по группам в зависимости от исходных показате­лей состояния АОС (см. табл. 2).
Установлено, что у всех исследуемых после обработки крови коллоидными частицами магнетита (МУС-Б) модулируется активность антиоксидантной системы (АОС) эритроцитов (СОД, каталазы и глютатиона).
 
Так, в 11 (26,2%) человек практически здоровых людей после обработки эритроцитов МУС-Б отмечено: увеличение активности глютатиона – 4,9±0,2 мгх1010 кл. (исходная - 3,7±0,1 мгх1010 кл), (р>0,05); активности СОД – 0,26±0,01 МЕх106 кл/ч (исходная - 0,17±0,01 МЕх106 кл/ч), (р<0,001); активности каталазы – 6,2±0,1 мккатал х1010 кл. (исходная - 5,4±0,1 мккатал х1010 кл), (р<0,001).
В 9 (21,4%) человек увеличение активности глютатиона и каталазы не отмечалось (р>0,05). Активность СОД уменьшалась – 0,09±0,01 МЕх106 кл/ч (исходная - 0,11±0,01 МЕх106 кл/ч), (р<0,001).
В 12 (28,5%) человек отмечено: увеличение активности глютатиона - 4,5±0,1 мгх1010 кл (3,5±0,1 мгх1010 кл), (р<0,001); активности каталазы - 5,9±0,1мккатал х1010 кл (исходная - 5,5±0,1мккатал х1010 кл), (р<0,01); уменьшение активности СОД – 0,07±0,02 МЕх106 кл/ч (исходная - 0,10±0,02 МЕх106 кл/ч), (р>0,05).
В 10 (23,8%) человек увеличение активности глютатиона – 4,4±0,2 мгх1010 кл (исходная - 4,1±0,2 мгх1010 кл), (р>0,05); активности СОД – 0,18±0,02 МЕх106 кл/ч (исходная - 0,15±0,02 МЕх106 кл/ч), (р>0,05); активность каталазы уменьшалась – 5,3±0,1 мккатал х1010 кл (исходная - 5,7±0,1 мккатал х1010 кл), (р<0,01).
 
Аналогичный процесс коррекции показателей уровня активности ферментов антирадикальной защиты при различных исходных вариантах, также отмечен и у больных с вирусным гепатитом С (см. табл.2).
Вероятно, действие коллоидных частиц магнетита обусловлено, с одной стороны, свойствами коллоидных частиц магнетита (МУС-Б) селективно сорбировать белковые мо­лекулы с поверхности мембран клетки [10]; с другой , возможно , изменением конформационной структуры поверхностных белков мембран посредством магнитного поля, индуцируемого частицами магнетита.
 
С целью изучения сорбционной активности ферроколлоид а и МУС-Б относительно поверх­ностных белков мембран исследовались эритроциты практически здоровых людей.
В результате исследования уста­новлено: ферроколлоид сорбирует спектрин на 11±1% ( p<0,001), анкирин – на 1±0,5% ( p >0,05); коллоидные частицы МУС-Б сорбируют спектрин - на 7±1% ( p <0,001), анкирин – на 3±0,5% ( p <0,001) (см. рис.1).
 
Таким образом, ферроколлоид и магнетит обладают различной сорбционной активностью относительно поверхностных белков мембран клеток. Однако следует напомнить, что ферроколлоид «слепо» сорбирует белковые молекулы , что несомненно нарушает целостность мембраны клетки. В отличие от ферроколлоида МУС-Б обладает селективными свойствами сорбции основанном на принципе магнитофереза, а поэтому в целом не вызы­вает нарушений структурной целостности мембран клеток, а лишь количественно изме­няет состав белковых молекул.
 
Заключение: В данной работе впервые систематизированы результаты исследований действия коллоидных частиц магнетита (МУС-Б) на механизмы клеточной регуляции. Установлено, что точкой их приложения являются поверхностные белки мембран клеток.
Таким образом, мы предполагаем, что в основе биологического действия препаратов нанотехнологии лежит их влияние на конформацию и состав белковых молекул цитоплазмы и внутриклеточных мембран. Изменение состава белковых молекул влияет на транспорт веществ в клетку, что и определяет процессы внутриклеточного метаболизма.

Выводы:

 1). Коллоидные частицы магнетита (МУС-Б) выступают в роли модули­рующего фактора метаболических процессов в лейкоцитах крови здоровых и больных людей.
 2). Обработка эритроцитов коллоидными частицами магнетита (МУС-Б) приводит к избирательной сорбции поверхностных белков мембран клеток.
 3). Коллоидные частицы магнетита (МУС-Б) модулируют активность ферментного звена антиоксидантной системы в эритроцитах здоровых и больных людей вирусным гепатитом С. 

Таблица 1. Показатели клеточного обмена лейкоцитов у различного рода больных (M±m).

Продукты клеточного обмена лейкоцитов
Практически здоровые люди (n=12)
Больные с синдромом интоксикации на фоне полиорганной недостаточности (n=10)
Терминальные больные (n=6)
Исходные данные
После обработки «МУС-Б»
P
Исходные данные
После обработки «МУС-Б»
P
Исходные данные
После обработки «МУС-Б»
P
Гликоген, мг/1010 кл
51,4±0,5
32,4±0,3
<0,001
32,3±0,4
21,4±0,5
<0,001
27,6±0,4
23,0±0,3
<0,001
Фосфолипиды, мгх106 кл
2,5 ±0,2
3,4 ±0,1
>0,05
2,1±0,2
3,9±0,1
<0,05
1,8±0,1
1,9±0,2
>0,05
Общий белок, мкгх1010 кл
36,2± 0,4
44,2±0,5
<0,001
32,3±0,3
47,6±0,5
<0,001
28,6±0,3
29,3±0,4
>0,05
Общие липиды, мкгх106 кл
98,1±0,6
92,0±0,5
<0,001
89,8±0,6
74,2±0,5
<0,001
84,6±0,8
83,1±0,7
>0,05
Креатинин, мгх109 кл
1,01±0,2
2,3±0,1
>0,05
3,1±0,2
3,8±0,1
>0,05
3,4±0,1
3,0±0,2
>0,05
Глютатион (восст), мгх1010 кл
3,2±0,2
4,2±0,1
<0,001
2,7±0,1
4,7±0,2
<0,001
1,0±0,1
1,0±0,2
>0,05
Гексокиназа, ммоль/1чх1011 кл
9,5±0,2
11,4±0,2
<0,001
7,7±0,1
10,8±0,2
<0,001
6,3±0,1
6,8±0,2
>0,05
Лактат ДГ, ммоль/1чх1011 кл
542±10,5
611±11,4
<0,001
467±10,6
591±11,1
<0,001
348±12,1
330±10,9
>0,05
Гл-6Ф-ДГ, ммоль/1чх1011 кл
500±10,6
302,4±11,2
<0,001
378±10,8
187,3±12,0
<0,001
278,6±10,1
211,5±10,3
<0,001
Сукцинат ДГ, ммоль/1чх1011 кл
3,8±0,1
6,9±0,2
<0,001
2,7±0,1
6,7±0,2
<0,001
2,0±0,2
1,6±0,1
>0,05
МДА, нмоль/мг
22,9±0,5
30,6±0,7
<0,001
32,5±0,5
34,4±0,7
<0,05
36,8±0,5
37,1±0,6
>0,05
ДК, нмоль/мг
190±10,3
256,8±10,5
<0,001
197±11,2
261,4±12,1
<0,001
205,7±10,3
200,1±10,7
>0,05
СОД,МЕх106 кл/ч
0,08±0,02
0,18±0,04
>0,05
0,12±0,03
0,28±0,02
>0,05
0,22±0,03
0,22±0,02
>0,05

Таблица 2. Показатели активности ферментов антирадикальной защиты в эритроцитах до и после обработки крови «МУС–Б» при различных исходных вариантах (M±m).

Варианты
Показатели свободнорадикального окисления липидов в эритроцитах крови
  Практически здоровые люди
Больные вирусным гепатитом С
Исходные данные
После обработки «МУС-Б»

 

P

Исходные данные
После обработки «МУС-Б»
P
I (n=11)
Глютатион,мгх1010 кл
3,7±0,1
4,9±0,2
>0,05
3,9±0,2
4,8±0,1
<0,001
СОД, МЕх10кл/ч
0,17±0,01
0,26±0,01
<0,0 01
0,08±0,01
0,09±0,01
>0,05
Каталаза, мккатал х1010 кл
5,4±0,1
6,2±0,1
<0,001
9,2±0,2
10,0±0,1
<0,001
II (n=9)
Глютатион,мгх1010 кл
4,7±0,1
4,7±0,1
>0,05
3,0±0,1
5,2±0,1
<0,001
СОД, МЕх10кл/ч
0,11±0,01
0,09±0,01
<0,001
0,11±0,01
0,07±0,01
<0,01
Каталаза, мккатал х1010 кл
5,2±0,1
5,1±0,1
>0,05
10,5±0,1
10,0±0,1
>0,05
III (n=12)
Глютатион,мгх1010 кл
3,5±0,1
4,5±0,1
<0,001
2,7±0,1
5,5±0,1
<0,001
СОД, МЕх106 кл/ч
0,10±0,02
0,07±0,02
>0,05
0,25±0,02
0,19±0,02
<0,05
Каталаза, мккатал х1010 кл
5,5±0,1
5,9±0,1
<0,0 1
8,7±0,1
11,0±0,1
<0,001
IV (n=11)
Глютатион,мгх1010 кл
4,1±0,1
4,4±0,2
>0,05
2,5±0,2
4,9±0,2
<0,001
СОД, МЕх10кл/ч
0,15±0,01
0,18±0,02
>0,05
0,09±0,02
0,14±0,01
<0,05
Каталаза, мккатал х1010 кл
5,7±0,1
5,3±0,1
<0,01
9,0±0,1
8,2±0,1
<0,001

 

Схематическая структура состава мембраны эритроцита интактная

Рис. 1. Схематическая структура поверхностных белков мембраны эритроцита

(интактная, после обработки ферроколлиодом, магнетитом - МУС-Б).

 

Литература:

1. Асатиани В.С. Ферментные методы анализа // М.: Наука, 1969. – 580 с.

2. Госпатент Украины №30538А UA A 23L 1/304 Лечебно-профилактический продукт “ Micromage-B ”. / Белоусов А.Н. (Украина) №98052704 Заявл.25.05.98. Опубл. 15.11.00. Бюл. №6-11.

3. Госпатент №24322А UA A61N2/00. Сорбент для экстракорпоральной детоксикации биологических жидкостей . / Белоусов А.Н. (Украина) № 97062918 Заявл. 19.0 6 .97; Опубл. 17.07.98.

4. Костюк В.А., Потапова А.И., Ковалева Т.В. Вопросы медицинской химии. - Москва. -1990. Т.36. №2. С.89-91.

5. Мельников В.В. Лабораторные методы исследования в клинике. // М.: Медицина, 1987. – 280 с. 

6. Belousov A.N. Experimental study of activity of magnet-controlled haemosorbent with respect to blood protein fractions. // Eighth International Conference on magnetic fluids. - Timisoara , Romana. 1998. - P. 478-479.

7. Belousov A.N. New trend in extracorporal detoxication of biological fluids. // Eighth International Conference on magnetic fluids. - Timisoara , Romana. 1998. - P. 484-485.

8 Chasis J.A., Mohandas N. J. Cell Biol., 1986, v.103, 343р.

9. Peter E. Cohan Technology and Value Creation in Combinatorial Materials Science // COMBI 2001 - The 4th Annual International Symposium on Combinatorial Approaches for New Materials Discovery. San Diego , CA USA , 2001. - 231 p.

 

 


© 2008 — 2019 «Лаборатория прикладных нанотехнологий»
Разработка и поддержание сайта - seozavr.com