Наноматериалы – это материалы, структурированные на уровне молекулярных размеров или близком к ним. Структура может быть более или менее регулярной или случайной. Поверхности со случайной наноструктурой могут быть получены обработкой пучками частиц, плазменным травлением и некоторыми другими методами. В живой природе широко распространена самосборка. Структура всех тканей определяется их самосборкой из клеток; структура клеточных мембран и органоидов определяется самосборкой из отдельных молекул. Самосборка молекулярных компонент разрабатывается как способ построения периодических структур для изготовления наноэлектронных схем, и здесь были достигнуты заметные успехи [1, с. 54].
Но прежде чем говорить о применении наноматериалов в практике, следует детально и всесторонне изучить их свойства, как с материаловедческой, так и с биомедицинской стороны. Высокая биологическая доступность наночастиц ставит вопросы о необходимости выяснения механизмов взаимодействия наноматериалов с клетками организма, пути их преобразования и выведения, а также возможные токсические эффекты.
Железо как эссенциальный микроэлемент интересен по функциональной значимости для организма, в частности наночастицы железа и кобальта стимулировали защитную и дыхательную функции крови. При этом в крови увеличилось число лейкоцитов на 42 — 65 %, эритроцитов — на 44 — 50 %. Кроме того, к концу эксперимента, увеличился средний объем эритроцитов на 18 — 64 %, содержание гемоглобина в одном эритроците на 3,2 — 4,6 % и величина гематокритного числа на 74 — 109 % [2, с. 172; 3, с. 74; 4, с. 35].
Целью работы было: изучить оптическими методами гематологические показатели при однократном введении наночастиц железа в организм животных.
Экспериментальные исследования выполнены на 20 половозрелых белых крысах-самках линии Wistar в возрасте 3-х месяцев и массой 180±10 г. Животных содержали в условиях экспериментально – биологической клиники (виварий) Оренбургского государственного унивeрситета на стандартном рационе, со свободным доступом к воде и пище, при температуре 22±10С и 12-ти часовом освещении. Опытная группа эксперименте изучены гематологические показатели крови крыс при интраперитониальном введении раствора наночастиц железа (Fe3O4 c ядром Fe+3), размерами гранул 80±15нм, полученные в Институте энергетических проблем химической физики РАН (Москва).
Животным опытной группы в брюшную полость вводили раствор наночастиц железа из расчета 20,8 мг/кг массы в течение 3-х дней, Животным контрольной группы интраперитониально вводили стабилизирующий физиологический раствор.
Для приготовления суспензии наночастиц железа, навеску порошка растворяли в стабилизирующем физиологическом растворе, с последующей сонификацией на ультразвуковом дезинтеграторе УЗДН-2Т.
Выведение животных из эксперимента проводилось под эфирным наркозом на 1,2 и 3сутки.
Проведение экспериментальных исследований и содержание животных осуществлялось в соответствии с положением Хельсинской декларации о гуманном отношении к животным и в соответствии с рекомендуемыми Российским Регламентом 1987 г. и «The Guide for the Care and Use oflaoborotory Animals (National Academy Press Wasyington, D.S. 1996).
Анализ сыворотки крови проводился на биохимическом анализаторе Clima MC-15 A/Щ Юнимед. Для проведения общего анализа крови использовался гематологический анализатор MEDONIC CA-620 А/О Юнимед Москва 2002 г.
Спектрофотометрические измерения проводились на спектрофлуориметре типа СМ2203.
Статистическую обработку полученных данных проводили c использованием пакета программ «Statistica 5,5 for Windows» и программного пакета «MS Excel 2000».
При спектральном анализе гемоглобина на первые, вторые и третьи сутки после введения наночастиц железа установлено, что высота максимального пика в спектре поглощения гемоглобина по сравнению с контрольным опытом, увеличилась в 1,8 и 2,7 раза через 48 и 72 часа соответственно. Это свидетельствует об увеличении количества гемоглобина в крови.
Введение наночастиц железа уменьшается осмотическая хрупкость эритроцитов с 0,47% у контрольной группы до 0,40% и 0,35% у опытной группы через 48 и 72 часа соответственно.
Следовательно, введение наночастиц железа не только увеличивает количество гемоглобина в крови, но и уменьшает их хрупкость.
Диаметр эритроцитов на всех этапах исследования оставался в пределах доверительного интервала (6,79 ± 0,44) мкм, полученного для серии из 10 контрольных опытов с доверительной вероятностью 95 %. Результаты измерения представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Определение погрешности при измерении диаметров эритроцитов
|
Среднее значение диаметра Dср, мкм |
Среднеквадратическое отклонение
SD, мкм |
Точность оценки
ΔD, мкм |
Относительная погрешность ε, % |
| 6,79 | 1,89 | 0,44 | 6, 41 |
Результаты биохимического анализа крови. Наши исследования показали, что при внутрибрюшинном введении наночастиц железа происходит увеличение концентрации Fe в плазме крови на 3,05 %, 20,75 %, 32,74 % на первые, вторые, третьи сутки соответственно. Выявлено увеличение концентрации Mg в плазме крови на 134,2 %, 3,68 % на первые, вторые сутки после инъекции соответственно, причем на третьи сутки после инъекции выявлена тенденция к снижению концентрации Mg на 20 %. Наблюдается увеличение концентрации фосфора в плазме крови на 119,9 %, 3,68 % на первые, вторые сутки после инъекции соответственно, с последующим снижением концентрации на 62,31 % на третьи сутки после инъекции, как видно из рисунка 1.
Рисунок 1 – Разница в динамике концентраций химических элементов в плазме крови опытной группы относительно контрольной, %
Кроме того, выявлено повышение активности аланинаминотрансферазы на 13,30 %, 16,97 % на первые, вторые сутки после инъекции соответственно, с последующим снижением активности фермента на 61,63 % на третьи сутки после инъекции (рис. 2).
Рисунок 2 – Разница концентрации ферментов плазмы крови опытной группы относительно контрольной, %
В то же время зарегистрировано снижение активности аспартатаминотрансферазы на 29,25 %, 67,97 %, 12,10 % на первые, вторые, третьи сутки после инъекции соответственно.
Таким образом, роль химических элементов в организме многогранна и многофункциональна. Однако стоит обратить внимание на ответную реакцию организма при поступлении химических элементов с различной биологической ролью, что предопределяется физиологической ролью органов и систем организма [5, с.14].
Таким образом, в ведение в организм наночастиц железа сопровождается увеличением содержания гемоглобина и концентрации железа в течение трех суток, на фоне сохранения диаметра эритроцитов и их количества. Осмотическая хрупкость эритроцитов уменьшается на четверть с 0,48 % до 0,35 % в течение 72 часов после инъекции. Отсутствие факта гибели животных, а также характер обнаруженных изменений биохимических показателей крови свидетельствуют о возможных компенсаторно-приспособительных реакциях организма на внутрибрюшинное введение нанопорошка железа.
Исследования выполнены при поддержке Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований вновь создаваемыми научной организацией и вузом совместными научными лабораториями» (проект №14-36-00023).
- Щука, А.А. Приборы наноэлектроники / А.А. Щука // Вестник Международной академии наук. Русская секция. – 2007. – №2. – С. 53-59.
- Мирошникова Е.П., Аринжанов А.Е., Глущенко Н.Н., Василевская С.П. Обмен химических элементов в организме карпа при использовании наночастиц кобальта и железа в корме. Вестник Оренбургского Государственного университета, 2012; 6: 170-175с.
- Барабаш, А.А. Особенности межэлементных взаимодействий в организме животных при различной нутриевой обеспеченности / А.А. Барабаш, Е.П. Мирошникова, А.И. Гречушкин, О.Ю. Сипайлова // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2008. – №12. – С. 72–75.
- Forchhammer L, Loft S, Roursgaard M, Cao Y, Riddervold IS, Sigsgaard T, Møller P (2011) Expression of adhesion molecules, monocyte interactions and oxidative stress in human endothelial cells exposed to wood smoke and diesel exhaust particulate matter, Toxicology Letters, In Press, Uncorrected Proof, Available online 14 December 2011 doi:10.1016/j.toxlet.2011.12.003.
- Рапопорт, О.А. Результаты испытания препаратов железа на молодняке норок / О.А. Рапопорт, М.А. Голушкова // сб. науч. тр. НИИ пушного звероводства и кролиководства им. Афанасьева. – 1989. – Т. 36. – С. 11–19.[schema type=»book» name=»Изучение оптическими методами гематологических показателей при интраперитонеальном введении в организм животных наночастиц железа» author=»Лебедев Святослав Валерьевич, Лебедева Валерия Святославовна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-05-05″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.02.2015_02(11)» ebook=»yes» ]