ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОРАЗМЕРНОГО ОКСИДА ЖЕЛЕЗА (IV) В МОДЕЛИРОВАНИИ НЕСПЕЦИФИЧЕСКОГО ВОСПАЛЕНИЯ ЛЕГКИХ МОРСКИХ СВИНОК
1,2, 1, 1, 1, 1
1Сибирский государственный медицинский университет
2НИ Томский политехнический университет
E-mail: *****@***ru
Как и любая другая технология, нанотехнология в медицине имеет две стороны. С одной стороны, благодаря своим специфическим свойствам, определенные наночастицы (НЧ) активно используются в фармацевтике (входя в состав некоторых лекарственных средств), рентгенодиагностике (являясь составляющими рентгеноконтрастных препаратов), нанохирургии [3, 7]. С другой стороны, те же самые свойства могут скрывать в себе опасность. НЧ могут попадать внутрь организма через желудочно-кишечный тракт, дыхательную систему, покровные эпителии, преодолевая защитные барьеры организма [1, 7]. Однако основным и наиболее распространённым путём проникновения их в организм являются дыхательные пути [3, 4], Исследования показывают, что при длительном воздействии НЧ на систему органов дыхания они вызывают неспецифическое воспаление легких [8]. Исследование всех перечисленных эффектов поступление наноматериалов в организм возможно с использованием моделей на лабораторных животных.
Наночастицы магнетита (Fe3O4) были получены методом механохимического синтеза из солевых систем на базе отдела структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН. Частицы сферической формы, диаметром 3-12 нм, из них 60% размером 3-7 нм и 40% объединены в слабосвязанные агрегаты, которые перед экспериментом диспергировали ультразвуком с помощью небулайзера. Для ингаляции морским свинкам приготавливали взвесь НЧ 0,025 мг/мл в дистиллированной воде. Эта концентрация была определена ранее, в предыдущих работах кафедры биофизики и функциональной диагностики совместно с НИИ оптики атмосферы СО РАН.
Основным критерием оценки протекающего процесса неспецифического воспаления при поступлении в организм НЧ Fe3O4 является количество Перлс – позитивных альвеолярных макрофагов. Однако необходимо отметить, что Перлс - позитивные альвеолярные макрофаги обнаруживаются в легких в норме и представлены они гемосидерофагами. Т. е. это макрофаги, нагруженные гемосидерином (продукт разрушения гемоглобина), который высвобождается в легких из эритроцитов, вышедших из гиперемированных венозных сосудов. Так же следует заметить, что собственно гемосидерофаги имеют более ярко выраженную Перлс - позитивную реакцию, по сравнению с макрофагами, нагруженными наномагнетитом [2], в результате того, что гемосидерин имеет размеры много большие чем агломераты НЧ магнетита.
Исследование гистологического строения легких проводилось у 33 животных. Было изготовлено 36 микропрепаратов, которые были окрашены сочетано по методу Перлса и гематоксилином-эозином [2]. При изучении гистологической картины лёгких животных контрольной группы (рис.1) наблюдали уменьшение размеров просветов альвеол, утолщение межальвеолярных перегородок, гиперемию сосудов. Экссудат и транссудат отсутствовали. Кроме того, в микропрепаратах присутствовали незначительное утолщение стенки бронхиол, а также уменьшение просвета бронхов. Визуализировался незначительный отек подслизистой оболочки бронхов и наблюдали очаговую эксфолиацию бронхиального эпителия. Встречались единичные Перлс - позитивные клетки в просветах альвеол (альвеолярные макрофаги) и в межальвеолярных перегородках (интерстициальные макрофаги). Реакция на железо в них была слабо выражена.
| Рис. 1. Лёгкое интактной морской свинки (контрольная группа). Окр. - гематоксилин - эозин и по методу Перлса. Ув. – 200. а – Перлс - позитивные клетки активных фагоцитов лёгкого; б - полнокровие микроциркуляторного русла; в – уменьшение прсвета бронха мелкого калибра. |
При микроскопии микропрепаратов, изготовленных из прикорневой зоны легкого опытной группы животных, выведенных из эксперимента через 9-29 суток после завершения ингаляционного введения аэрозоля НЧ Fe3O4, лишь на периферии были обнаружены единичные очаговые скопления Перлс - позитивных клеток системы активных фагоцитов легких. Кроме того, в просвете части артерий обнаруживалась жидкость бледно-розового цвета (плазма) с небольшим количеством эритроцитов. При этом наблюдали уменьшение просвета некоторых артерий. Что касается воздухоносных путей, то в просвете некоторых бронхов обнаружили наличие экссудата, эксфолиацию эпителия и небольшой отёк подслизистой оболочки бронхов. Также наблюдали умеренную гиперемию сосудов.
Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что элиминация, поступивших ингаляционно НЧ Fe3O4, в организме морских свинок спустя месяц замедляется, поскольку выраженность гистологических изменений в структуре лёгких не снижается, а только нарастает. В ходе исследования нами были установлены изменения морфологической структуры легкого животных опытной группы на 9, 15,21 и 29 сутки при ингаляционном поступлении аэрозоля нанопорошка Fe3O4 в их организм. Отсутствие факта гибели животных, а также характер обнаруженных изменений в микроскопической структуре лёгкого свидетельствуют о возможных компенсаторных реакциях организма морских свинок на введение НЧ Fe3O4. Данные изменения могут являться как результатом непосредственного действия НЧ на клетки органов, так и быть опосредованными (нарушение микроциркуляции, активация плазменных белковых систем, освобождение клеточных медиаторов и т. д.), которые вызывают ишемическое, токсическое или рецептор-опосредованное повреждение клеток [6]. Все вышеизложенное укладывается в картину неспецифической воспалительной реакции ткани легкого.
Таким образом, ингаляционное введение наноразмерных инертных оксидом металлов приводит к развитию воспалительной реакции. В связи с этим, в будущем особое внимание следует уделить изучению отдаленных последствий ингаляционного поступления НЧ Fe3O4, так как НЧ, вероятно, способны накапливаться во внутренних органах, приводя к непредсказуемым последствиям.
Библиографический список
1. , , М. Роль нейтрофилов и прооксидантного потенциала крови в развитии эндотелиальной дисфункции при артериальной гипертензии /Бюллетень СО РАМН. – 2003. - №2. - С. 107 – 111.
2. Микроскопическая техника / Под ред. и . – М.: Медицина, 1996. – С.377-405.
3. , , В. Влияние наноразмерного магнетита на сократительную активность гладкомышечных сегментов легочной артерии морских свинок / Бюллетень сибирской медицины. – 2012, № 1. – С. 17-25.
4. Нанотехнологии в медицине / Свешников вестник российской академии наук. – 2009. - Т. 79, № 7, - С. 627–636.
5. , , Токсичность искусственных наночастиц / Казанский медицинский журнал. – 2009. – Т. 90, № 4. – С. 578-584.
6. , , Н. Источники образования свободных радикалов и их значение в биологических системах в условиях нормы / Современные наукоёмкие технологии. – 2006. – №6. – С.
7. Наночастицы – крохотные вещества с огромным потенциалом. Возможности и риски. – Кёльн. Федеральное министерство образования и научных исследований (BMBF) «Наноматериалы: новые вещества». – 2008. – С. 32-38.
8. Stoeger A. et al. Inhalation of ultrafine carbon particles triggers biphasic pro-inflammatory response in the mouse lung / Eur. Respir. J. – 2006. – Vol. 28, №2 . – Р. 275-285.
Сведения об авторах
Носарев Алексей Валерьевич – д-р мед. наук, профессор
- ординатор
- студент
Кеденова Айсылу Максимовна - студент
- студент
Вид доклада: /стендовый
