CC BY
1
https://doi.org/10.33647/2074-5982-19-3-66-70
(«О
BY 4.0
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ОБОСНОВАНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ ФОРМ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ФУНКЦИЙ
К.Т. Еримбетов1*, Р.А. Земляной1, А.В. Федорова2, О.В. Обвинцева3
1 ООО «Научно-исследовательский технологический центр «Превентивной информационной медицины» 249030, Российская Федерация, Калужская обл., Обнинск, Киевское ш., 3, стр. 2, оф. 8
2 Медицинский радиологический научный центр им. А.Ф. Цыба — филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр радиологии» Минздрава России 249036, Российская Федерация, Калужская обл., Обнинск, ул. Королева, 4
3 Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания животных— филиал ФГБНУ «Федеральный научный центр животноводства — ВИЖ имени Л.К. Эрнста» 142132, Российская Федерация, Московская обл., Подольск, п. Дубровицы, 60
В наших исследованиях ставилась цель разработать и исследовать наноструктурные клатратные комплексы 20-гидроксиэкдистерона, производного роданина 3-(2-фенилэтил)-2-тиоксо-1,3-тиа-золидин-4-она с различными клатратообразователями, в частности с такими как арабиногалактан, ß-циклодекстрин. Впервые предложена экспериментальная модель обоснования их применения для коррекции физиологических процессов и функций как в норме, так и при нарушениях в животном организме. Заключили, что полученные результаты обосновывают возможность регуляции обменных процессов за счёт активирования сигнальных путей, связанных с клеточной пролиферацией.
Ключевые слова: производное роданина, 20-гидроксиэкдистерон, метаболизм, биологическая доступность, токсичность, гипергликемия
Конфликт интересов: авторы заявили об отсутствии конфликта интересов.
Для цитирования: Еримбетов К.Т., Земляной Р.А., Федорова А.В., Обвинцева О.В. Экспериментальная модель обоснования применения новых форм биологически активных веществ для коррекции физиологических процессов и функций. Биомедицина. 2023;19(3):66-70. https://doi.org/ 10.33647/2074-5982-19-3-66-70
Поступила 22.04.2023
Принята после доработки 16.08.2023
Опубликована 10.09.2023
EXPERIMENTAL MODEL TO SUBSTANTIATE THE APPLICATION OF NEW BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCES FOR CORRECTING PHYSIOLOGICAL PROCESSES AND FUNCTIONS
Kenes T. Erimbetov1*, Ruslan A. Zemlyanoy1, Alena V. Fedorova2, Olga V. Obvintseva3
1 Research Technological Center "Preventive Information Medicine" 249030, Russian Federation, Kaluga Region, Obninsk, Kievskoe Highway, 3, Building 2, Office 8
Еримбетов К.Т., Земляной РА., Федорова А.В., Обвинцева О.В. «Экспериментальная модель обоснования применения новых форм биологически активных веществ для коррекции физиологических процессов и функций»
2 Medical Radiological Research Center named after A.F. Tsyb — Branch of the National Medical Research Center for Radiology of the Ministry of Health Care of Russia 249036, Russian Federation, Kaluga Region, Obninsk, Koroleva Str, 4
3 All-Russian Research Institute of Physiology, Biochemistry and Nutrition of Animals — Branch of the Federal Research Center for Animal Husbandry — All-Russian Institute of Animal Husbandry named after L.K. Ernst 142132, Russian Federation, Moscow Region, Podolsk, Dubrovitsy Village, 60
I In this research, we aim to develop and investigate nanostructured clathrate complexes of 20-hydroxy-ecdysterone, a rhodanine derivative of 3-(2-phenylethyl)-2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-one, with various clathrate formers, such as arabinogalactan and P-cyclodextrin. For the first time, an experimental model is proposed to justify their use for the correction of physiological processes and functions, both in normal and pathologic conditions in the animal body. The results obtained substantiate the possibility of regulating metabolic processes by activating signaling pathways associated with cell proliferation.
Keywords: rhodanine derivative, 20-hydroxyecdysterone, metabolism, bioavailability, toxicity, hyperglycemia Conflict of interest: the authors declare no conflict of interest.
For citation: Erimbetov K.T., Zemlyanoy R.A., Fedorova A.V., Obvintseva O.V. Experimental Model to Substantiate the Application of New Biologically Active Substances for Correcting Physiological Processes and Functions. JournalBiomed. 2023;19(3):66-70. https://doi.org/10.33647/2074-5982-19-3-66-70
Submitted 22.04.2023 Revised 16.08.2023 Published 10.09.2023
В последние годы большой интерес у исследователей вызывает изучение молекул, воздействующих на метаболические звенья и которые могут активировать сигнальные пути, связанные с пролиферацией, ростом и развитием [2, 6].
Современные представления о физиологических механизмах регуляции обмена веществ, роста и развития животных дают основания полагать, что ранний постна-тальный период онтогенеза является наиболее благоприятным для коррекции метаболических процессов с целью полной реализации генетического потенциала их развития. Об этом свидетельствуют данные возрастного ослабления компонентов трансляции и факторов, необходимых для активации роста анаболических процессов. Такое снижение трансляционной способности в ответ на питание у новорождённых детёнышей происходит очень быстро. В частности, повышенная способность к синтезу мышечного белка у новорождённых обусловлена высоким содержанием рибосом и увеличением эффективности
процесса трансляции [3-5]. В связи с этим ключевым моментом является координация внутриклеточных процессов, осуществляемых с участием различных химическими сигналов, которые отражают влияние факторов питания и гормонального статуса (например, инсулин/ЮF-I), состояние энергетического обмена, физическую активность (например, АМР-киназа, фосфа-тидная кислота) и медиаторы стрессовых воздействий [1].
Разработка биологически активных веществ с улучшенными физико-химическими и биофармацевтическими свойствами, обеспечивающих возможность регуляции обменных процессов за счёт активирования сигнальных путей, связанных с клеточной пролиферацией, является актуальной задачей на современном этапе развития биомедицинской науки.
Предложенная экспериментальная модель предполагала проведение двух этапов исследования:
1. Получение наноструктурных клатрат-ных комплексов предусматривало его синтез
и исследование свойств, разработку методики количественного определения их в плазме крови, оценку относительной биологической доступности на крысах и собаках.
2. Проведение серий экспериментов на животных (мышах, крысах, кроликах) с целью регуляции физиологических процессов и функции: метаболизма, в т. ч. при его нарушениях (на экспериментальных моделях), повышения устойчивости, активности антиоксидантной защиты организма и оценки их токсичности.
В результате проведённых исследований впервые получен супрамолекуляр-ный комплекс производного роданина с Р-циклодекстрином при массовом соотношении 1:5, представляющий собой кристаллический мелкодисперсный порошок белого с жёлтым оттенком цвета со средним размером частиц 40,5 нм. По растворимости в воде и биологической доступности превышает в 5,0 и 6,08 раза соответственно аналогичное значение производного роданина.
Также был получен наноструктурный клатратный комплекс 20-гидроксиэкдисте-рона с арабиногалактаном с соотношением масс 1:10 в виде мелкодисперсного подвижного порошка белого с оттенком светло-жёлтого цвета со средним размером частиц 35,3 нм. Растворимость в водной среде наноструктурного клатратного комплекса 20-гидроксиэкдистерона с арабиногалакта-ном в соотношениях 1:5 и 1:10 составила, соответственно, 10,0 и 10,5 г/л, а растворимость в воде самого 20-гидроксиэкдисте-рона — 6,7 г/л. По уровню биологической доступности наноструктурный клатратный комплекс 20-гидроксиэкдистерона с араби-ногалактаном с соотношением масс 1:10 превышает 1,91 раза аналогичное значение исходного соединения.
Ингибирующее действие супрамолеку-лярного комплекса производного роданина с Р-циклодекстрином в отношении киназы гликогенсинтазы 3р как сигнальной молекулы сопровождалось активированием про-
цессов обмена белков, углеводов и липидов в организме.
Супрамолекулярный комплекс производного роданина с Р-циклодекстрином обеспечивает усиление неспецифической резистентности и первой линии системы ан-тиоксидантной защиты организма кроликов, при этом не влияет на процессы перекисно-го окисления липидов. При экспериментальной гипергликемии на крысах и кроликах проявляет гипогликемическую активность и нормализацию обмена веществ.
Впервые показана физиологическая значимость и безопасность применения су-прамолекулярного комплекса производного роданина с Р-циклодекстрином, что подтверждается отсутствием мутагенных свойств в тесте хромосомных нарушений в клетках костного мозга самцов и самок мышей, влияния на внешний вид и поведение животных, повреждающего действия в отношении внутренних органов и систем организма и принадлежностью к VI классу относительно безвредных веществ по Hodge и к 5-му классу токсичности в соответствии с ГОСТ 32644-2014.
Участие наноструктурного клатратного комплекса 20-гидроксиэкдистерона с ара-биногалактаном в Р13К-пути активации серин-треониновой протеинкиназы В сопровождалось повышением активности бе-локсинтезирующей, креатинкиназной, лак-татдегидрогеназной систем, развитием скелетно-мышечной ткани, увеличением ретенции азота за счёт уменьшения его эндогенных потерь, показателей роста и развития животных, улучшением липид-ного профиля организма в постнатальный период развития. Также было показано, что наноструктурный клатратный комплекс 20-гидроксиэкдистерона с арабиногалакта-ном обеспечивает защиту от оксидативного и нитрозативного стресса за счёт повышения активности ферментов антиоксидант-ной системы, естественной резистентности и снижения процессов перекисного
Еримбетов К.Т., Земляной РА., Федорова А.В., Обвинцева О.В. «Экспериментальная модель обоснования применения новых форм биологически активных веществ для коррекции физиологических процессов и функций»
окисления липидов в организме животных. Наноструктурный клатратный комплекс 20-гидроксиэкдистерона с арабиногалак-таном на животных (крысы и кролики) обеспечивает физиологическую возможность утилизировать глюкозу и коррекцию
обменных процессов после гипергликемии. Обоснованием для практического применения наноструктурного клатратного комплекса 20-гидроксиэкдистерона с арабино-галактаном является его физиологическая безопасность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ | REFERENCES
1. Еримбетов К.Т., Обвинцева О.В., Соловьева А.Г., Федорова А.В., Земляной Р.А. Сигнальные пути и факторы регуляции синтеза и распада белков в скелетных мышцах (обзор).Проблемы биологии продуктивных животных. 2020;1:24-33. [Erimbetov K.T., Obvintseva O.V., Solovieva A.G., Fedorova A.V., Zemlyanoy R.A. Signal'nye puti i faktory regulyat-sii sinteza i raspada belkov v skeletnykh myshtsakh (obzor) [Signaling pathways and factors regulating the synthesis and breakdown of proteins in skeletal muscles (review)]. Problemy biologii produktivnykh zhivotnykh [Problems of productive animals biology]. 2020;1:24-33. (In Russian)]. DOI: 10.25687/1996-6733.prodanimbiol.2020.1.24-33.
2. Anthony T.G. Mechanisms of protein balance in skeletal muscle. Domest. Anim. Endocrinol. 2016;56(Suppl.): 23-32. DOI: 10.1016/j.domaniend. 2016.02.012.
3. Davis T.A., Fiorotto M.L., Suryawan A. Bolus vs. continuous feeding to optimize anabolism in neonates.
Curr. Opin. Clin. Nutr. Metabol. Care. 2015;18(1):102-108. DOI: I0.1097/Mc0.0000000000000128.
4. Davis T.A., Suryawan A., Orellana R.A., Fiorotto M.L., Burrin D.G. Amino acids and insulin are regulators of muscle protein synthesis in neonatal pigs. Animal. 2010;4(11):1790-1796. DOI: 10.1017/ S1751731110000984.
5. Davis T.A., Suryawan A., Orellana R.A., Nguyen H.V., Fiorotto M.L. Postnatal ontogeny of skeletal muscle protein synthesis in pigs. J. Anim. Sci. 2008;86(14 Suppl.):13-18. DOI: 10.2527/jas.2007-0419.
6. Montenegro M.C., Peraza P., Balemian N., Carballo C., Barlocco N., Barrios P.G., Mernies B., Saadoun A., Castro G., Guimaraes S.F., Llambi S. Gene expression analysis by RNA-sequencing of Longissimus dorsi muscle of pigs fed diets with differing lipid contents. Genet. Mol. Res. 2019;18(4):gmr183097. DOI: 10.4238/gmr18307.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ | INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Еримбетов Кенес Тагаевич*, д.б.н., ООО «Научно-исследовательский технологический центр «Превентивной информационной медицины»; e-mail: [email protected]
Земляной Руслан Александрович, ООО «Научно-исследовательский технологический центр «Превентивной информационной медицины»; e-mail: [email protected]
Федорова Алена Владимировна, Медицинский радиологический научный центр им. А.Ф. Цы-ба — филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр радиологии» Минздрава России; e-mail: [email protected]
Kenes T. Erimbetov*, Dr. Sci. (Biol.), Research Technological Center "Preventive Information Medicine";
e-mail: [email protected]
Ruslan A. Zemlyanoy, Research Technological Center "Preventive Information Medicine"; e-mail: [email protected]
Alena V. Fedorova, Medical Radiological Research Center named after A.F. Tsyb — Branch of the "National Medical Research Center for Radiology" of the Ministry of Health Care of Russia; e-mail: [email protected]
Обвинцева Ольга Витальевна, к.б.н., Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания животных — филиал ФГБНУ «Федеральный научный центр животноводства — ВИЖ имени Л.К. Эрнста»; e-mail: [email protected]
Olga V. Obvintseva, Cand. Sci. (Biol.), All-Russian Research Institute of Physiology, Biochemistry and Nutrition of Animals — Branch of the Federal Research Center for Animal Husbandry — All-Russian Institute of Animal Husbandry named after L.K. Ernst;
e-mail: [email protected]
* Автор, ответственный за переписку / Corresponding author
