CC BY
98
А.А. Иванов1,2,3, Т.М. Булынина1,2, Д.М. Утина1,2,3, А.В. Одинцов4, А.Ю. Бушманов1
Фитомеланин - средство стимуляции репродуктивной активности мышей-самцов
1 ФГБУ ГНЦ «Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна»,
г. Москва
2 ГНЦ «Институт медико-биологических проблем РАН», г. Москва 3 Объединенный институт ядерных исследований, г. Дубна 4 ООО «Опус», г. Иркутск
A.A. Ivanov1'2 3, T.M. Bulinina12, D.M. Utina1'23, A.V. Odintzov4, A.Ju. Bushmanov1
Fitomelanin - preparation to stimulate reproductive activity of male mice
1 A.I. Burnazyan Federal Medical and Biophysical Center, Moscow 2 Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences, Moscow
3 Joint Institute for Nuclear Research, Dubna
4 Limited Liability Company «Opus», Irkutsk
Ключевые слова: фитомеланин, спаривание, репро- Keywords: fitomelanin, mating, reproductive activity,
дуктивная активность, помет, приплод, облучение, birth, progeny, litter, radiation, mice.
мыши.
Исследована возможность использования водорастворимого фитомеланина для повышения и восстановления репродуктивной активности интактных мышей-самцов, сниженной путем воздействия ионизирующего излучения. Для стимуляции репродуктивной активности в эксперименте проводили перо-ральное курсовое введение животным фитомеланина в жидкой форме. Использовали фитомеланин с водо-растворимостью не менее 80% и концентрацией парамагнитных центров не менее 8*1017 спин/г, в растворенном виде в дистиллированной воде в эффективной концентрации. Воду с фитомеланином животные употребляли в качестве питьевой в течение 8—10 суток перед спариванием и в период спаривания. Стимулирующий эффект достигался при курсовом приеме внутрь с питьевой водой из расчета 12,5—50 мг меланина на 100 мл, при этом достигалось увеличение числа животных в приплоде в среднем в 1,34 раза у интактных мышей и в 1,23 раза у мышей со сниженной под влиянием облучения репродуктивной активностью.
We investigated the possibility of using water-soluble fitomelanin to improve the reproductive activity of intact male mice and restore male reproductive activity, reduced by effects of ionizing radiation. In the experiment, to stimulate the reproductive activity of male mice, they were given a course of melanin in liquid form, orally. The experiment was conducted with fitomelanin with water solubility not less than 80% and the concentration of paramagnetic centers not less than 8*1017 spin/g, dissolved in the distilled water at an effective concentration. Animals were consuming fitomelanin dissolved in their drinking water, for 8—10 days before the mating and within the mating period. The stimulating effect was achieved in case of a course intake of melanin, in concentration 12.5—50 mgper 100 ml of drinking water, thus increasing the number of animals per litter in intact mice in 1.34 times at and in mice with reproductive activity compromised by radiation exposure — in 1.23 times.
Проблема мужского бесплодия является одной из основных в современной андрологии [15; 21]. В этой связи поиск средств регуляции
мужской репродуктивной активности чрезвычайно актуален. Меланины — природные пигменты, участвуют в работе живых систем раз-
личного уровня организации. Они содержатся в микроорганизмах и растениях, в тканях животных и человека (придают окраску волосам, ресницам, коже), в ряде пищевых продуктов (чае, кофе, грибах, гречихе и др.). Меланины — высокомолекулярные соединения, образуются в результате полимеризации тирозина, диок-сифенилаланина или катехоламинов на белковой матрице, обладают широким спектром биомедицинских и технических свойств. Известны сообщения о практическом применении синтетических, полусинтетических и выделенных из биологических источников меланинов в медицине, косметологии, пищевой и лакокрасочной промышленности, технике и электронике.
По данным доклинического фармакологического исследования, водорастворимые меланины не токсичны. После однократного внутри-желудочного или внутрибрюшинного введения в дозах от 100 до 3000 мг/кг не отмечено гибели мышей. При введении в течение 15 сут не зафиксировано смертельных исходов, нарушения общего состояния, патологических изменений внутренних органов, не выявлено канцерогенного действия [2; 4; 16].
В то же время опубликованные данные указывают на наличие у меланинов разнообразных фармакологических свойств.
В экспериментах на грызунах показано, что меланин обладает антистрессорным [5], противосудорожным [5] и антимутагенным действием [1; 13], повышает физическую работоспособность [8], усиливает иммунную защиту организма [8; 9], вызывает продукцию цито-кинов, таких как интерлейкины — 6 и 8, тумор-некротического фактора, ростового фактора эндотелия [19; 20; 22], ускоряет рост массы тела и нормализует гематологический статус [6]. Сообщается о применении меланина в экспериментальной терапии лучевой болезни [3].
Запатентовано противовирусное средство на основе меланина [17].
Мазь, изготовленная с использованием меланина (мазь: туба 15 г, рег. № 11/12/947, 06.12.2011), рекомендована в качестве фотопротектора для наружного применения.
Меланин запатентован в качестве радиопротектора [18] и лечебного средства при лучевой болезни [10].
При хроническом (в течение 20 сут) облучении беременных крыс в суммарной дозе
~1,25 Гр, не сопровождающемся развитием лучевой болезни, ежедневное внутрижелудоч-ное введение суспензии меланина в крахмальном геле (10 мг/кг) устраняло в постнаталь-ном периоде дефицит соматического развития крысят [8; 9].
Имеются указания на способность меланина снижать накопление радионуклидов в организме [14].
В доступной литературе мы не встретили сообщений об использовании меланина для повышения репродуктивной активности самцов, несмотря на то что совершенно очевидно участие меланина в половой окраске птиц и животных [2].
Наличие у меланинов разнообразных биомедицинских свойств многие авторы связывают с наличием у этих веществ антиоксидантной активности [4; 16].
Исходя из всего перечисленного, целью работы стало исследование возможности использования водорастворимого меланина для повышения и восстановления репродуктивной активности интактных мышей-самцов, сниженной путем воздействия ионизирующего излучения.
Материалы и методы
В экспериментах использовали фитомела-нин, изготовленный из лузги гречихи в соответствии с ТУ 9197-001-6735746-0, с водора-створимостью не менее 80% и концентрацией парамагнитных центров не менее 8х 1017 спин/г.
Эксперименты выполняли на аутбредных половозрелых мышах ICR (CD-1) SPF-кате-гории — 38 самцах и 173 самках массой тела 22—30 г. Для экспериментов отбирали только клинически здоровых особей. Контрольные и подопытные группы формировали случайным выбором из равнозначных по массе животных. Проведено 6 повторных экспериментов.
Испытания стимулирующей эффективности меланина проводили на интактных мышах в разное время года, поскольку известны сезонные колебания уровня репродуктивной активности у грызунов. Соотношение самцов и самок в различных экспериментах было 1/3 или 1/5. Спаривание проводили в течение 3—10 сут. Кроме того, часть экспериментов выполняли на облученных самцах, поскольку известно, что сперматогенез является чрезвы-
чайно радиочувствительным процессом [12]. Мышей облучали тотально у-квантами 60Со с мощностью 1 Гр/мин на установке Рокус-М. Доза однократного облучения составила 0,5 и 1,0 Гр.
Фитомеланин, растворенный в дистиллированной воде из расчета 12,5—50 мг на 100 мл, мыши-самцы получали в свободном доступе вместо питьевой воды в течение 8—10 сут перед спариванием, а затем в течение 3—10 сут в период спаривания. Контрольные животные на протяжении всего эксперимента получали дистиллированную воду. Количество выпиваемой воды в разных экспериментах составило 2,5—3,5 мл на животное в сутки.
Влияние меланина на репродуктивную активность самцов оценивали по числу пометов и числу живых мышат в помете.
Статистическую обработку полученных в эксперименте данных проводили с помощью общепринятых методов вариационной статистики [11]. Рассчитывали средние арифметические показатели и их стандартные ошибки. Значимость различий оценивали по 1-критерию Стьюдента, считая статистически достоверным значение р < 0,05.
Эксперименты выполняли с соблюдением «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных», регламентированных приказом Министерства здравоохранения СССР от 12 августа 1987 г. № 75.
Результаты исследования и их обсуждение
Полученные результаты в обобщенном виде и в шести различных сериях представлены в таблицах 1 и 2. В проведенных исследованиях установлено, что фитомеланин при длительном приеме как интактными, так и облученными мышами обладает выраженной способностью стимулировать репродуктивную активность.
В исследовании было выявлено, что выраженные эффекты достигаются при использовании меланина в растворенном виде. Причем оптимальным (эффективная концентрация) является его растворение в дистиллированной воде из расчета 12,5—50 мг на 100 мл воды с использованием этой воды у животных как питьевой. Нами было выявлено, что именно в данной форме меланин способен оказывать адекватное стимулирующее действие на репродуктивную активность интактных мышей-самцов (табл. 1) со сниженной под воздействием облучения способностью к оплодотворению (табл. 2).
Во всех 6 экспериментах отмечен стимулирующий эффект фитомеланина в отношении репродуктивной активности самцов, что является достаточным для доказательства статистической достоверности эффекта (р = 0,05) [11].
Отмечено увеличение числа беременностей: у интактных животных — с 80 до 86% (табл. 1), у облученных — с 87 до 97% (табл. 2).
Таблица 1 Влияние предварительного перед спариванием содержания мышей-самцов ICR (CD-1) на питьевой воде с меланином (12,5—50 мг/100 мл дистиллированной воды) на репродуктивную активность
Эксперимент № Группа Число животных Число пометов Число мышатв приплоде Увеличение приплода (%)
самцов самок абс. ч. % абс. ч. среднее на 1 помет
1 Опытная 3 9 9 100 75 8,3 109
Контрольная 3 9 9 100 69 7,7
2 Опытная 2 10 10 100 91 9,1 105
Контрольная 2 10 10 100 87 8,7
3 Опытная 5 25 18 72 159 8,8 183
Контрольная 5 25 16 64 87 5,4
4 Опытная 3 15 14 93 104 7,4 133
Контрольная 3 15 12 80 78 6,5
Z 1-4 Опытная 13 59 51 86 429 - 134
Контрольная 13 59 47 80 321 -
Таблица 2 Влияние предварительного перед спариванием содержания облученных в дозе 0,5 Гр (эксперимент № 1) и 1,0 Гр (эксперимент № 2) у-квантов 60Со мышей-самцов ICR (CD-1) на питьевой воде с меланином (12,5 мг/100 мл дистиллированной воды) на репродуктивную активность
Эксперимент № Группа Число животных Число пометов Число мышат в приплоде Увеличение приплода (%)
самцов самок абс. ч. % абс. ч. среднее на 1 помет
1 (облучение в дозе 0,5 Гр) Опытная 3 15 14 93 118 8,4 126
Контрольная 3 15 12 80 94 7,8
2 (облучение в дозе 1,0 Гр) Опытная 3 15 15 100 108 7,2 121
Контрольная 3 15 14 93 89 6,4
Z 1-2 Опытная 6 30 29 97 226 - 123
Контрольная 6 30 26 87 183 -
Суммарно у животных, получавших фито-меланин, на 89 самок зарегистрировано 80 беременностей, у контрольных на 89 самок — 73 беременности.
Применение меланина увеличило число мышей в приплоде у интактных животных с 321 до 429, у облученных — с 183 до 226, суммарно — с 504 до 655, т.е. в 1,3 раза.
Выявленная зависимость величины стимулирующего эффекта фитомеланина от уровня исходной репродуктивной активности мышей, представленная на рисунке, описывается формулой полинома 3-й степени (у = —1,15х3 + + 33,6х2 - 322,87х + 1127,7) с достоверностью аппроксимации И2 = 1. При анализе данных о среднем числе мышат в помете (рисунок) обращает на себя внимание тот факт, что сти-
мулирующий эффект фитомеланина в большей степени проявляется при исходно низкой репродуктивной активности самцов или в случае ее снижения после облучения, тогда как при исходно ( у контрольных животных) высокой репродуктивной активности (эксперимент № 2, таблица 2) стимулирующий эффект минимален.
Заключение
Фитомеланин стимулирует репродуктивную активность мышей-самцов. Стимулирующий эффект достигается при курсовом приеме внутрь с питьевой водой из расчета 12,5-50 мг меланина на 100 мл, при этом достигается увеличение числа животных в приплоде в среднем в 1,34 раза у интактных мышей и в 1,23 раза
Влияние уровня исходной репродуктивной активности мышей в контрольной группе на величину стимулирующего эффекта меланина у леченых мышей
у мышей со сниженной под влиянием облучения репродуктивной активностью.
Полученные нами данные указывают на большое значение пигментного обмена в репродуктивной активности особей мужского пола. Молекулярные и клеточные механизмы выявленного феномена должны стать предметом специального исследования. Стимулирующий эффект меланина в отношении репродуктивной активности самцов при практически полной безвредности, простой и удобный способ применения позволяют рекомендовать меланин для клинического изучения при решении задач репродуктивной медицины (андрологии), а также в животноводстве и ветеринарии.
Авторство на предоставленные результаты закреплено заявкой на патент [7].
Литература
1. Алексеева Т.Н., Орещенко А.В., Куликова А.В. и др. Влияние растительного мела-нинового пигмента на кластогенные эффекты химических мутагенов у мышей // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2001. № 6. С. 51—61.
2. Борщевская М.И., Васильева С.М. Развитие представлений о биохимии и фармакологии меланиновых пигментов // Вопросы медицинской химии. 1999. Т. 45. Вып. 1. С. 13-24.
3. Бушманов А.Ю., Иванов А.А., Андрианова И.Е. и др. Противолучевые свойства меланина // Саратовский научно-медицинский журнал. 2014. Т. 10. № 4. С. 828-832.
4. Жеребин Ю.М., Бондаренко Н.А., Макан С.Ю. и др. Фармакологические свойства эномеланиновых пигментов // Доклады АН УССР. 1984. № 3. Серия 5. С. 64-67.
5. Жеребин Ю.М., Сава В.М., Колесник А.А., Богатский А.В. Исследования антиокислительных свойств эномеланина // ДАН СССР. 1982. Т. 262. № 1. С. 112-115.
6. Иванов А.А., Андрианова И.Е., Мальцев В.Н. и др. Фармакологические свойства фито-меланина // Медицина экстремальных ситуаций. 2014. № 4 (50). С. 66-72.
7. Иванов А.А., Воронцова З.А., Булынина Т.М. и др. Способ повышения репродуктивной активности мышей самцов в эксперименте. Патент на изобретение № 2551619.
8. Изместьева О.С., Дубовик Б.В., Жаворонков Л.П. Экспериментальная оценка радиозащитного действия меланина на соматическое развитие при облучении в антенатальном периоде онтогенеза // Радиационная биология. Радиоэкология. 2007. Т. 47. № 6. С. 684-689.
9. Изместьева О.С., Дубовик Б.В., Жаворонков Л.П. Экспериментальная оценка нейроэмбриопротекторных свойств меланина при облучении в антенатальном периоде развития // Радиационная биология. Радиоэкология. 2007. Т. 47. № 6. С. 690-695.
10. Котенко К.В., Бушманов А.Ю., Иванов А.А. и др. Способ профилактики и лечения острой лучевой болезни в эксперименте. Заявка на патент № 2014119837/14 (031583).
11. Лакин Т.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1980.
12. Лягинская А.М. Репродуктивная система // Радиационная медицина / Под. ред. Л.А. Ильина. М., 2004. С. 352-371.
13. Моссэ И.Б. Радиация и наследственность: генетические аспекты противорадиационной защиты. Минск: Университетское изд-во, 1990.
14. Моссэ И.Б., Плотникова С.И., Лях П.П. и др. Радиопротектор, снижающий накопление радионуклидов в организме. Заявка на а. с. 06.12.90. № 1888566 (116992).
15. Никифоров О.А., Ломейко Е.А., Ломака С.В., Лавыш И.А. Мужское бесплодие: актуальные вопросы физиологии, этиопа-тогенеза и диагностики нарушений репродуктивной системы у мужчин // Запорожский медицинский журнал. 2014. № 4. С. 69-76.
16. Островский М.А., Донцов А.Е. Физиологические функции меланина в организме // Физиология человека. 1985. Т. 11. № 4. С. 670-678.
17. Теплякова Т.В., Афонина В.С., Балах-нин С.М. и др. Противовирусное средство на основе меланина. Патент RU 2480227.
18. Dadachova E., Casadevall A. Oral administration of melanin for protection against radiation // United States Patent Application Publication Pub. No: US 2014/0037674 A1.
19. El-Obeid A., Al-Harbi S., AL-Jomah N., Hassib A. Herbal melanin modulates tumor
necrosis factor alpha (TNF-alpha), interleu-kin 6 (IL-6) and vascular endothelial growth factor (VEGF) production // Phytomedicine: international journal of phytotherapy and phytopharmacology. 2006. May. Vol. 13 № 5. P. 324-333.
20. El-Obeid A., Hassib A., Pontén F., Wester-mark B. Effect of herbal melanin on IL-8: a possible role of Toll - like receptor 4 (TLR4) // Biochemical and Biophysical research communications. 2006. Jun. 16. Vol. 344. № 4). P. 1200-1206.
21. Nieschlag E., Behre H.M., Nieschlag S. Definition of Andrology // Andrology: Male Re-
productive Health and Dysfunction. Springer. 2010. P. 646.
22. Oberg F., Hassib A., Ahnfelt M. et. al. Herbal melanin activates TLR 4/NF-kappa B signaling pathway // Phytomedicine: international journal of phytotherapy and phytopharmacology. 2009. May. Vol. 16 № 5. P. 477-484.
Контакты:
Иванов Александр Александрович,
заведующий лабораторией
ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна.
Тел. раб.: (499) 190-96-35.
E-mail: a1931192@mail.ru
_информация
74-е заседание Комитета по радиационной защите и охране здоровья Агентства по ядерной энергии Организации экономического сотрудничества и развития
(АЯЭ ОЭСР)
Секретариат Комитета по радиационной защите и охране здоровья 13-15 апреля 2016 г. провел в Париже 74-е ежегодное совещание, посвященное итогам деятельности за год и формированию стратегической программы на 2017-2022 гг.
В мероприятии приняли участие более 60 представителей 24 государств - членов Агентства и ряда международных организаций (МАГАТЭ, МКРЗ, ВОЗ, МАРЗ, МОТ). Работу совещания возглавляли председатель Комитета Майкл Бойд, ученый секретарь Комитета Эдвард Лазо, руководитель Департамента радиационной защиты и обращения с РАО АЯЭ Михаэль Зиман, представитель Российской Федерации в АЯЭ Александр Рахуба и специалист по радиационной защите того же подразделения АЯЭ Ольвидо Гузман.
С российской стороны в мероприятии приняла участие Н.К. Шандала, заместитель генерального директора по науке и биофизическим технологиям ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России.
Цель совещания - рассмотрение итогов выполнения рабочего плана Комитета за период с апреля 2015 г. по апрель 2016 г., а также обсуждение отчетов перед Комитетом по различным направлениям деятельности АЯЭ. Руководители департаментов АЯЭ выступили с сообщениями о текущей и будущей работе, которая может представлять интерес для Комитета, в том числе была обсуждена деятельность постоянных технических комитетов АЯЭ.
Отмечена большая роль ФМБА России и Госкорпорации «Росатом» в подготовке и успешном проведении на площадке ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России 4-го международного семинара АЯЭ по научным аспектам и ценностям, учитываемым при принятии решений в области радиационной защиты (июнь 2015 г.).
Россия ранее предложила включить в стратегический план Комитета формирование новой экспертной группы для рассмотрения проблемы обращения с ядерным наследием. На данном заседании при обсуждении вопросов формирования новых экспертных групп Н.К. Шандала представила детальное предложение по новому возможному направлению деятельности Комитета: «Экспертная группа по радиационной защите на объектах ядерного наследия (ЕОЬБ)». Данное предложение, сформированное при участии трех государств - России, Норвегии и США, было поддержано участниками заседания.
