Стимуляция проникновения магнитных наночастиц в хрящевую и костную ткань с помощью градиента магнитного поля Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

© АФОНЬКИН В.Ю., ДОБРЕЦОВ К.Г., КИРИЧЕНКО А.К., ЛАДЫГИНА В.П., СИПКИН А.В.

СТИМУЛЯЦИЯ ПРОНИКНОВЕНИЯ МАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ В

ХРЯЩЕВУЮ И КОСТНУЮ ТКАНЬ С ПОМОЩЬЮ ГРАДИЕНТА

МАГНИТНОГО ПОЛЯ.

В.Ю. Афонькин, К.Г. Добрецов, А.К. Кириченко, В.П. Ладыгина, А.В.

Сипкин

Дорожная клиническая больница на станции Красноярск, гл. врач - к.м.н.

В.В. Саклакова;

Институт биофизики СО РАН, дир. - член-корр. РАН, д-р физ.-мат. наук

А.Г. Дегерменджи.

Резюме. Настоящее исследование посвящено изучению направленного действия магнитных наночастиц. На удаленную костную и хрящевую ткани носа наносили раствор с железосодержащим нановеществом. В качестве источника магнитного поля использовали аппарат для низкочастотной магнитотерапии «Полюс-101», который обеспечивал непрерывный режим работы одного индуктора (1,5±0,3мТл). Полученные данные свидетельствуют, что, благодаря градиенту магнитного поля, магнитные наночастицы проникают в толщу хрящевой и костной ткани.

Ключевые слова: наночастицы, магнитное поле.

В настоящее время уделяется большое внимание управляемой доставке лекарственных веществ на наноносителях [8, 2, 10, 11]. Однако отсутствует единая точка зрения о способах введения нановеществ в организм. Самым распространенным является внутривенный путь введения [4, 5, 1, 9]. Реже наночастицы вводятся внутрибрюшинно, эндотрахеально, внутримышечно, подкожно и перорально [3, 2, 12]. Практически в литературе отсутствуют данные о местном применении наночастиц, а информация о местном введении магнитных наночастиц вообще отсутствует. Преимуществом местного введения

наночастиц является: уменьшение концентрации вещества, воздействие

непосредственно на очаг поражения и отсутствие отрицательного системного действия на организм.

Целью настоящей работы явилась оценка возможности местного введения магнитных наночастиц in vitro с помощью градиента магнитного поля.

Материалы и методы

Магнитные наночастицы были получены в результате культивирования бактерий Klebsiella oxytoca, выделенных из сапропеля озера Боровое -Красноярский край. Ранее выполненные исследования свидетельствуют о том, что в процессе жизнедеятельности бактерии синтезируют наночастицы минерала ферригидрита 5Fe2O3*9H2O (6, 7). Ферригидрит относится к антиферромагнетикам. Вследствие малого размера частиц (2-7 nm) магнитные

-р1 3+

моменты ионов Fe , находящиеся на поверхности частицы, оказываются некомпенсированными и формируют “паразитный” интегральный магнитный момент отдельной частицы. В работе использовались осадки, предварительно отожженные при температуре 5500С.

Для создания магнитного поля использовали аппарат «Полюс-101», который обеспечивал непрерывный режим работы одного индуктора (1,5±0,3мТл).

Материалом исследования явилась удаленная хрящевая и костная ткань перегородки носа 10 пациентов после ее резекции. Операции проводились в связи с нарушением функции носового дыхания, без признаков воспаления и других патологических состояний хрящевой и костной тканей.

Исследуемое магнитное нановещество представляет собой порошок коричневого цвета массой 0,125г, который добавляли в 1мл 0,9% раствора NaQ. Весь материал был равнозначно разделен на три серии. В серии 1 кусочки хрящевой и костной ткани помещались в колбу с растворенными в физиологическом растворе наночастицами на 20 минут, после чего промывались в физиологическом растворе и отправлялись на гистологическое исследование. В серии 2 кусочки хрящевой и костной ткани погружались в колбу с растворенными наночастицами и выдерживались в магнитном поле,

созданном аппаратом «Полюс-101», в течение 20 минут, после чего промывались в физиологическом растворе и отправлялись на гистологическое исследование. В серии 3 кусочки хрящевой и костной ткани укладывались в колбу с растворенными наночастицами, затем - в магнитное поле на 40 минут, после чего промывались в физиологическом растворе и отправлялись на гистологическое исследование.

Для обнаружения наночастиц в тканях при гистологическом исследовании использовалась реакция Перлса.

Результаты и обсуждение

Как видно из рисунка 1, в серии 1 наночастицы не проникают в хрящевую ткань, а располагаются по краю хряща. Несмотря на относительно рыхлую структуру ткани хряща на периферии, распространения наночастиц вглубь не происходило.

Аналогичная картина была установлена и в костной ткани (рис. 2). Окрашенное нановещество располагалось в основном в просвете и вокруг костных каналов. В глубину канала, где находятся костные пластинки, железосодержащее вещество не проникало.

При воздействии на ткани магнитным полем в течение 20 минут (серия 2) активность железосодержащих наночастиц значительно усилилась (рис. 3, 4). Под градиентом магнитного поля нановещества проникли в толщу хряща и кости. Распространение их в тканях происходило диффузно. Это можно объяснить тем, что межклеточное вещество хрящевой ткани состоит из основного аморфного вещества и коллагеновых волокон. То же самое было определено и в костной ткани, где проникновение наночастиц в костные пластинки осуществлялось практически на всем протяжении костных фрагментов.

Таким образом распространение железосодержащего нановещества в толщу тканей подтверждает его супермагнитность и дает основание полагать, что можно управлять им с помощью магнитного поля.

Несмотря на то, что в серии 3 время магнитного воздействия было увеличено вдвое, объективного увеличения железосодержащего вещества в ткани не наступило.

Таким образом на основании полученных данных выявлено, что магнитное воздействие на железосодержащие нановещества приводит к проникновению наночастиц в толщу хрящевой и костной тканей. Длительность магнитного воздействия на наночастицы не влияет на увеличение числа нановеществ диффундирующих в ткани.

Выполненное исследование является предварительным. Мы надеемся, что дальнейшее изучение магнитных наночастиц даст возможность ответить на нерешенные вопросы использования наночастиц и улучшить эффективность лечения больных с различными заболеваниями.

STIMULATION OF PENETRATION IN CARTILAGINOUS AND BONE TISSUE WITH THE HELP OF MAGNETIC FIELD GRADIENT V.Yu. Afonkin, K.G. Dobretsov, A.K. Kirichenko, V.P. Ladygina, A.V. Sipkin

Krasnoyarsk station railway hospital

This research concerns investigation of influence of magnetic nanoparticles. The solution with ferruginous substance was carried on cut bone or cartilaginous tissue of nose. The apparatus “Polyus-101” for low-frequency magnetotherapy provided steady operating mode of one inductor (1,5±3 mTl). Data achieve that magnetic nanoparticles penetrate in cartilaginous and bone tissue, because of gradient of magnetic field.

Литература

1. Беденов Е.О. Направленное изменение уровня наночастиц из поли-н-бутилцианоакрилата в печени крыс // Фармацев. бюллетень. -2002. - №9. - С. 35-36.

2. Васильев А.Е. Наноносители лекарственных веществ // Новая

аптека. - 2003. - №1. - С. 64-67.

3. Наночастицы как лекарственная форма, обеспечивающая

направленный транспорт антибиотиков в фагоциты / В.Г. Ширинский,

А.Е. Гуляев, Г.Я. Кивман и др. // Мед. и экология. - 1997. - №2. - С. 7680.

4. Кивман Г.Я., Васильев А.Е. Наноносители для внутриклеточного транспорта лекарственных веществ // I Рос. нац. конгресс «Человек и лекарство». - 1992. - С. 226.

5. Кинетика и химиотерапевтическая активность некоторых антибиотиков, ассоциированных с наночастицами / С.А. Абдрахманов,

С.Т. Байсагатов, А.Ю. Шерстов и др. // Астана мед. журналы. - 1999. -№4. - С. 84-98.

6. Магнитные свойства суперпарамагнитных наночастиц Fe2O3-H2O, синтезированных бактериями / С.В. Столяр, О.А. Баюков, Ю.Л. Гуревич и др. // Материаловедение. - 2006. - №7. - С.34-39.

7. Мессбауэровские исследования бактериального ферригидрита / С.В. Столяр, О.А. Баюков, Ю.Л. Гуревич и др. // Неорганич. материалы. -2007. - Т. 43, №6. - С.1-4.

8. Оптимизация фармакокинетики препарата «Фотосенс» с помощью биодеградирующих наночастиц / И.Н. Скидан, А.И. Бобрускин, А.Е. Гуляев и др. // Антибиот. и химиотерапия. - 2001. -Т.46, №4. - С.6-9.

9. Induction of inflammation in vascular endothelial cells by metal

oxide nanoparticles: effect of particle composition /

A Gojova, B Guo, RS Kota et al // Environ Health Perspect. - 2007. - Vol. 115, №3. - Р. 4003-409.

10. Magnetic nanoparticles and their applications in medicine / E. Duguet, S. Vasseur, S. Mornet at al. // Nanomed. - 2006. - Vol.1, №2. -Р. 157-168.

11. Medical applications of magnetic nanoparticles /

C. Alexiou, R. Jurgons, C. Seliger at al. // J Nanosci Nanotechnol. - 2006. - Vol.6, №9-10. - Р. 2762-2768.

12. Toxicity and tissue distribution et magnetic nanoparticles in mice / Jun Sung Kim, Tae-Jong Yoon, Kyeong Nam Yu at al. // Toxicological sciences. - 2006. - Vol.89, №1. - Р. 338-347.

Рис. 1. Гистологическая картина хрящевой ткани (серия 1). Реакция Перлса Х100.

Рис. 2. Гистологическая картина костной ткани (серия 1). Реакция Перлса Х100.

Рис. 3. Гистологическая картина хрящевой ткани (серия 2). Наличие железосодержащих наночастиц в толще хряща. Реакция Перлса Х100.

Рис. 4. Гистологическая картина костной ткани (серия 2). Наличие железосодержащих наночастиц в толще кости. Реакция Перлса Х100.

ж

Г

ъ \

s

г * ч*

♦",> \ Т \

ч

і

ч#

.Л I

Ч*

%

•V «Г *

\

V %

* л*

і

1

і

0

t

і

s

і.. . /

і

Г

*

«.г

і1

ж

. *' І У5:

Ф -

« *

• »

- **

Ф

%

• .

, ** Л* • •

* •

*

*¥

Ф

^ # А J* *

: * \ I

t

*•

%

• »

• »

*

#