Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

ДОЗОЗАВИСИМОЕ ДЕЙСТВИЕ НАНОЧАСТИЦ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ НА МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ СЕЛЕЗЕНКИ

Златник Е.Ю. 1 Передреева Л.В. 1
1 ФГБУ «Ростовский научно-исследовательский онкологический институт» Минздрава России
Изучали влияние внутрибрюшинного введения наночастиц переходных металлов (НЧ Zn, НЧ Fe) в различных дозах на структурно-функциональные характеристики селезенок мышей. Выявлено дозозависимое действие обоих видов наночастиц на морфологические показатели селезенки, преимущественно описывающие состояние белой пульпы, характеризующей активность В-клеточного звена (количество и размер фолликулов, наличие у них герминативного центра, митотическая активность клеток). Обе исследованные дозы НЧ Zn (0,2 и 1 мг/кг массы) и низкая доза НЧ Fe оказывали незначительное влияние на изученные показатели, в отличие от высокой дозы НЧ Fe (1 мг/кг массы), введение которой вызывало угнетение пролиферативной активности спленоцитов, но не приводило к грубым повреждениям органа, что присуще иммунодепрессантам и тяжелым металлам.
наночастицы металлов
селезенка
морфологическое исследование
1. Дыкман Л.А., Хлебцов Н.Г. Золотые частицы в биологии и медицине: достижения последних лет и перспективы // Acta Naturae. – 2011. – Т. 3. – № 2 (9). – С. 28–50.
2. Златник Е.Ю., Передреева Л.В., Евстратова О.Ф. Особенности морфофункционального состояния тимуса мышей при введении наночастиц различных металлов // Известия вузов Сев-Кав. регион. Естеств. науки. – 2011. – № 1 (161). – С. 106–109.
3. Кудрин А.В., Громова О.М. Микроэлементы в иммунологии и онкологии. – М., 2007. – 544 с.
4. Кундиев Ю.И., Стежка В.А. Зависимость изменения иммунных и биохимических механизмов поддержания гомеостаза от материальной кумуляции свинца в организме (экспериментальное исследование) // Мед. труда и пром. экология. – 2002. – № 5. – С. 11–17.
5. Наноструктуры в биомедицине / под ред. К.Е. Гонсалвес, К.Р. Хальберштадт, К.Т. Лоренсин, Л.С. Наир. – М., 2012. – 519 с.
6. Стежка В.А., Лампека Е.Г., Дмитруха Н.Н. К механизму материальной кумуляции тяжелых металлов в организме белых крыс // Гигиена труда. – 2001. – Вып. 32. – С. 219–230.
7. Хаитов Р.М., Пинегин Б.В. Современные иммуномодуляторы: основные принципы их применения // Иммунология. – 2000. – № 5. – С. 4–7.
8. Шалашная Е.В., Горошинская И.А., Качесова П.С., Жукова Г.В. и др. Структурно-функциональные и биохимические изменения в органах иммунной системы при противоопухолевом действии наночастиц меди в эксперименте // Бюлл. эксперим. биол. и мед. – 2011. – Т. 152. – № 11. – С. 552–556.
9. Chen Z., Meng H., Xing G. et al. Acute toxicological effects of copper nanoparticles in vivo // The journal of physical chemistry. Toxicology letter. – 2006. – Vol. 163. – P. 109–120.
10. Meng H., Chen Z., Xing G. et al. Ultrahigh reactivity and grave nanotoxicity of copper nanoparticles // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. – 2007. – Vol. 272. – № 3. – P. 595–598.
11. Strauss G., Osen W., Debatin K. Induction of apoptosis and modulation of activation and effector function in T cells by immunosuppressive drugs // Clin. Exp. Immunology. – 2002. – № 2. – P. 255–266.
12. Zhang L., Gu F.X., Chan J.M. et al. Nanoparticles in Medicine: Therapeutic Applications and Developments // Clinical Pharmacology & Therapeutics. – 2008. – Vol. 83. – P. 761–769.
13. Zusman I., Kossoy G., Ben-Hur H. T cell kinetics and apoptosis in immune organs and mammary tumors of rats treated with cyclophosphamide and soluble tumor-associated antigens // In vivo. – 2002. – Vol. 16. – № 6. – P. 567–576.

В последние годы многими авторами в стране и в мире разрабатываются и конструируются наноразмерные частицы различных веществ, которые могут найти эффективное применение в биологии и медицине [5; 12]. Вследствие размера таких частиц, обеспечивающего многократное возрастание суммарной поверхности и проникающей способности, они могут представлять как значительные возможности для коррекции различных патологических процессов, так и определенную опасность для сохранности структуры и функции нормальных клеток и тканей. Дозозависимость действия на иммунную систему различных веществ и препаратов, в частности иммуномодуляторов, описана в литературе [7]. Хорошо известно, что многие металлы оказывают влияние на состояние иммунной системы, являясь необходимыми метаболическими компонентами для всех ее звеньев [3]. Тем не менее влияние вновь синтезированных металлосодержащих наночастиц на функции иммунной системы, в частности на структурное и функциональное состояние ее органов, описано в единичных работах, причем в них объектом исследования были животные-опухоленосители [2; 8]. Селезенка является периферическим органом иммунной системы, но выполняет, кроме того, ряд других важных функций; она способна реагировать не только на специфические антигены, но и на различные воздействия, включая экстремальные (интоксикация, кровопотеря, гипоксия, стресс, сепсис). В ней, наряду с печенью, происходит накопление металлов при их введении в организм. Отмечена фазность развития изменений в органе в зависимости от длительности введения, а следовательно, и суммарной дозы тяжелых металлов (свинца, кадмия) [4; 6]. Показано, что золотые наночастицы после их введения экспериментальным животным выводятся из печени и селезенки в течение 3–4-х мес. [1], в связи с чем вопрос об оптимальном соотношении доза ‒ эффект и о возможном повреждении этих органов является актуальным для проведения исследований в области биомедицинского применения нанотехнологий. По-видимому, еще в большей мере, чем к золотым наночастицам, это относится к частицам металлов с переменной валентностью (переходным), которые более активно участвуют в химических и метаболических процессах и могут вызывать их нарушения, проявляя токсичность, отмеченную, например, у наночастиц меди [9; 10].

Целью данной работы явилось экспериментальное исследование действия различных доз наночастиц переходных металлов (цинка и железа) на морфофункциональные характеристики селезенки мышей.

Материалы и методы исследования

В работе были использованы наночастицы (НЧ, размер 40–100 нм), представляющие собой ультрадисперсные порошки переходных металлов (Zn, Fe), синтезированные на Саратовском плазмохимическом комплексе ФГУП РФ ГНЦ ГНИИХТЭОС. Эксперимент выполнялся с соблюдением принципов гуманности, изложенных в директивах Европейского сообщества (86/609/ЕЕС) и Хельсинкской декларации по защите позвоночных животных, используемых для лабораторных и иных целей. Белым беспородным мышам-самцам массой 18–20 г, содержащимся в стандартных условиях вивария, выполняли внутрибрюшинное введение взвеси НЧ металлов (Zn, Fe) в концентрации 2 и 10 мкг/мл каждого металла по 0,5 мл. Непосредственно перед введением взвесь диспергировали с помощью ультразвуковой обработки. Введение выполняли в течение 4-х дней, суммарная доза НЧ составляла 4 и 20 мкг/мышь (0,2
и 1 мг/кг массы соответственно), после чего животных наблюдали 4 дня. Контрольной группе аналогичным образом вводили изотонический раствор NaCl. В каждой из 4-х опытных групп и 1 контрольной было по 10 мышей, всего 50 животных. Селезенки мышей всех групп фиксировали в формалине и в жидкости Карнуа, после проводки до парафиновых блоков готовили срезы, которые окрашивали гематоксилином-эозином и метиловым зеленым пиронином по Браше в модификации А.А. Симаковой. В срезах исследовали структурные характеристики органа с помощью светового микроскопа Micros (Австрия).

Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием параметрических (критерий Стьюдента) и непараметрических (критерий Уилкоксона, z-критерий знаков) методов.

Результаты исследования и их обсуждение

Данные морфологического исследования селезенок мышей, получавших НЧ металлов, представлены в таблице и на рис. 1 и 2.

При микроскопии срезов селезенки значительных различий гистологической картины между опытными и контрольными животными не отмечено; их характеристики были во многом сходны. Капсула, трабекулы селезенки – тонкие или умеренно выраженные, ретикулярная ткань слабо заметна, в некоторых препаратах практически не видна. Паренхима значительно преобладает над стромой, кровеносные сосуды едва заметны, местами расширены, заполнены эритроцитами. Плотность расположения клеток умеренная, в контроле иногда разреженная, у мышей опытных групп – местами высокая. Красная пульпа умеренно развита; представлена эритроцитами, лимфоцитами, единичными макрофагами и мегакариоцитами, а также россыпями плазматических клеток. Белая пульпа хорошо или умеренно развита, представлена многочисленными лимфоидными фолликулами и периартериальными муфтами. Не отмечено визуальных различий состояния периартериальных муфт и мантийной зоны фолликулов между животными исследованных групп. Введение различных доз НЧ не оказывало влияния на клеточность красной и белой пульпы мышей опытных групп, при этом содержание клеток в селезенках животных этих групп статистически достоверно превышало контрольные значения (рис. 1).

pic_18.wmf

Рис. 1. Общее количество клеток в красной и белой пульпе селезенки опытных
(доза НЧ 1 мг/кг массы) и контрольных мышей в 1 поле зрения (х1350)

Это превышение было обусловлено высоким содержанием лимфоцитов в селезенках мышей, получавших НЧ металлов (166,4 ± 17,25 в поле зрения при введении НЧ Zn и 177,3 ± 18,3 при введении НЧ Fe против 95,57 ± 4,52 в контроле; в обоих случаях Р < 0,05).

При исследовании морфологии белой пульпы органа опытных и контрольных животных был выявлен ряд дозозависимых различий, сравнительная характеристика которых представлена в таблице.

Влияние различных доз НЧ металлов на структурные параметры селезенок мышей

Показатели
(n в срезе; х1350)

Контроль

НЧ Zn

НЧ Fe

Доза НЧ (мг/кг массы)

Доза НЧ (мг/кг массы)

0,2

1

0,2

1

Количество лимфоидных фолликулов

26,25 ± 3,11

36,83 ± 3,33*

27,86 ± 2,02** ***

28,5 ± 3,22

18,57 ± 2,06* ** ***

Из них

Малых

10,09 ± 1,37

13,33 ± 1,24**

10,43 ± 0,81**

9,84 ± 1,09**

6,45 ± 0,7* ** ***

Средних

8,9 ± 0,9

13,0 ± 1,17*

9,14 ± 0,76***

11,5 ± 1,7

7,33 ± 0,94***

Больших

7,26 ± 1,17

10,5 ± 2,3

8,29 ± 0,45**

7,17 ± 1,28

4,79 ± 0,42* ** ***

С герминативным центром

11,42 ± 1,4

8,25 ± 1,36

11,57 ± 1,32**

7,83 ± 1,84

4,62 ± 0,52* ** ***

Количество митозов в герминативном центре (n)

6,3 ± 1,04

5,75 ± 0,58

4,14 ± 0,19* **

4,66 ± 0,53

2,91 ± 0,38* ** ***

Примечание. * – статистически достоверные отличия от контроля (Р < 0,05); ** – статистически достоверные различия в зависимости от вида НЧ; *** – различия в зависимости от дозы НЧ.

Как видно из таблицы, введение меньшей суммарной дозы НЧ металлов (0,2 мг/кг массы) вызывает статистически достоверное возрастание количества лимфоидных фолликулов после введения НЧ Zn, а введение НЧ Fe в этой дозе не приводит к изменениям большинства исследованных показателей. Однако подсчет процентного содержания фолликулов различных видов от их общего количества выявил снижение процента фолликулов с герминативным центром после введения малых доз исследуемых НЧ металлов (рис. 2).

pic_19.wmf

Рис. 2. Процентное содержание фолликулов с герминативным центром
в селезенках мышей после введения различных доз НЧ металлов

Интересно, что при введении НЧ в более высокой дозе (1 мг/кг массы) у животных, получавших НЧ Zn, этот показатель восстанавливается до значений контрольной группы (41,53 ± 4,65 и 44,92 ± 4,41 %соответственно), а у мышей, получавших НЧ Fe, остается статистически достоверно ниже как контроля, так и результата действия НЧ Zn, составляя 24,88 ± 2,52 % (Р < 0,05).

При введении НЧ Fe в дозе 1 мг/кг массы обнаружено снижение еще ряда параметров. У мышей данной группы происходит уменьшение по сравнению с контролем числа селезеночных фолликулов всех видов, а также количества митозов в герминативных центрах. Эти же показатели были статистически значимо ниже, чем у животных, получавших НЧ Zn в аналогичной дозе и получавших НЧ Fe дозе 0,2 мг/кг (таблица); таким образом, действие НЧ Zn можно считать более щадящим, чем НЧ Fe. Кроме того, о сохранности гуморального звена иммунитета после введения НЧ Zn свидетельствует более высокий уровень плазматических клеток в белой пульпе селезенок мышей данной группы (19,35 ± 2,28 %) по сравнению с получавшими НЧ Fe (12,88 ± 0,96 %; Р < 0,05) и близкий к уровню контрольных значений (24,57 ± 2,12 %).

При введении НЧ Zn в дозе 1 мг/кг массы происходит статистически достоверное снижение только одного из исследованных показателей, а именно митотической активности клеток герминативных центров (таблица). У этих животных также наблюдается более низкое общее количество лимфоидных фолликулов по сравнению с группой мышей, получавших НЧ Zn в дозе 0,2 мг/кг массы, хотя оно находится на уровне контрольных значений.

Таким образом, показаны различия направленности влияния внутрибрюшинного введения наночастиц переходных металлов, зависящие от дозы и от химического состава, на функционально значимые морфологические показатели селезенки. Продемонстрировано угнетающее действие НЧ Fe в дозе 1 мг/кг массы на некоторые структурные показатели селезенки, относящиеся преимущественно к активности В-клеточного звена иммунной системы, которое у НЧ Zn было выражено незначительно. Однако даже при введении этой дозы не наблюдается грубых повреждений селезенки, отмеченных у иммунодепрессантов, в частности цитостатиков [11, 13]: обнажения ретикулярной стромы, нарушения типичной структуры фолликулов, развития процессов некроза, признаков апоптоза и дистрофических изменений спленоцитов. Не выявлено также расширения синусов, утолщения стенки центральных артерий фолликулов, полнокровия сосудов с очагами кровоизлияний, выраженной плазмоклеточной реакции красной пульпы, уменьшения размеров фолликулов, площади Т- и В-зависимых зон, вызываемых действием тяжелых металлов (свинца, кадмия) [4, 6]. Подобных повреждающих эффектов у исследованных нами НЧ не обнаружено; а описанные изменения не характеризуют необратимых процессов в органе и, возможно, являются временными.

Авторы выражают глубокую благодарность профессору Саратовского государственного медицинского университета В.Б. Бородулину за любезное предоставление наночастиц металлов.

Рецензенты:

Николаева Н.В., д.м.н., ассистент кафедры онкологии Ростовского государственного медицинского университета, г. Ростов-на-Дону;

Колесникова Н.В., д.б.н., профессор кафедры иммунологии, аллергологии и лабораторной диагностики ФПК и ППС, ГБОУ ВПО «Кубанский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Краснодар.

Работа поступила в редакцию 13.05.2014.


Библиографическая ссылка

Златник Е.Ю., Передреева Л.В. ДОЗОЗАВИСИМОЕ ДЕЙСТВИЕ НАНОЧАСТИЦ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ НА МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ СЕЛЕЗЕНКИ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 7-2. – С. 282-285;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34432 (дата обращения: 20.04.2021).

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