Углеродный наноструктурный материал перспективный вектор доставки лекарственных препаратов меняет некоторые функциональные показатели самок mus musculus L. при пероральном введении

Горшенева Екатерина Борисовна; Гусев Александр Анатольевич; Шутова Светлана Владимировна; Емельянов Сергей Александрович; Ткачев Алексей Григорьевич

УДК 57.043, 57.044

УГЛЕРОДНЫЙ НАНОСТРУКТУРНЫЙ МАТЕРИАЛ - ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ВЕКТОР ДОСТАВКИ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ МЕНЯЕТ НЕКОТОРЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ САМОК М№ МиБСШШ Ь. ПРИ ПЕРОРАЛЬНОМ ВВЕДЕНИИ

Ключевые слова: биотестирование; многостенные углеродные нанотрубки; адресная доставка лекарств; биобезопасность; ксенобиотики;репродуктивная токсичность.

Исследовано влияние промышленного производимого углеродного наноструктурного материала (многостенных углеродных нанотрубок) на росто-весовые показатели, репродуктивные функции и систему крови самок мыши. Установлено, что наноматериал оказывает выраженное действие на основные висцеральные органы, это проявляется в увеличении их массы и размеров. Отмечено, что наноматериал позитивно повлиял на показатели репродукции.

Наноматериалы, такие как углеродные нанотрубки, являются перспективными носителями для доставки лекарственных веществ, обеспечивающими адресность, сохранность активных веществ во внутренней среде организма, пролонгированное^ действия [1]. Это предполагает введение наночастиц искусственного происхождения во внутреннюю среду организма. Кроме того, контакт живых систем с наноструктурными ксенобиотиками неизбежно будет нарастать в связи с развитием наноиндустрии и интенсивным поступлением наноматериалов в окружающую среду.

Несмотря на то, что наноматериалы в мире уже используются более 10 лет, ни один вид наноматериалов не был изучен в полном объеме на безопасность ни в одной из стран мира. Имеется ряд работ, демонстрирующих негативное воздействие этих структур на живые организмы [2-4]. Поэтому целью данного исследования явилась оценка степени и характера влияния углеродного наноструктурного материала «Таунит» (многослойных углеродных нанотрубок) на ростовесовые показатели, репродуктивные функции и систему крови самок мыши домовой (М. шшсиїш Ь.).

Задачами работы стали:

1. оценить степень токсического воздействия наноматериала на морфофункциональные показатели тест-объектов;

2. выявить наличие эффекта воздействия наноматериала на лейкоцитарный состав крови исследуемых млекопитающих животных;

3. выявить наличие эффекта воздействия наноматериала на репродуктивные функции самок мыши домовой.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объект исследования - углеродный наноматериал «Таунит» (УНМ «Таунит», многостенные углеродые нанотрубки), производимый в промышленных масштабах ООО «НаноТехЦентр» (г. Тамбов). Данный материал представляет собой одномерные, наномасштаб-

ные, нитевидные образования, цилиндрической формы с внутренним каналом, поликристаллического графита в виде сыпучего порошка черного цвета. Гидрофобен, химически инертен, чистота - более 98 %. Гранулы УНМ микрометрических размеров имеют структуру спутанных пучков многостенных трубок, способ получения - газофазное химическое осаждение на металлическом катализаторе (ГФХО) или СБС-процесс [4]. «Таунит» находит применение в авиационной, атомной, космической промышленности, медицине, фармацевтике, для производства суперкомпьютеров, видеотехники, плоских экранов, мониторов, фильтров широкого назначения. Добавка УНМ «Таунит» улучшает качество смазок, конструкционных композитов, строительных материалов. Гранулы «Таунита» могут служить носителями катализаторов или лекарственных препаратов, также в качестве адсорбентов, источника холодной эмиссии электронов.

Формировались две одновозрастные группы животных (экспериментальная и контрольная группы), состоящие из 10 половозрелых нелинейных самок лабораторной мыши каждая. На протяжении всего эксперимента все животные содержались в стандартных условиях (ГОСТ Р 50258-92).

Перед началом эксперимента снимали метрические и весовые характеристики и изучали индивидуумы методом весоростовых индикаторов, который был разработай в 1960-х гг. академиком С.С. Шварцем [5]. После нескольких дней совместного содержания с самцами самок отсаживали в отдельные клетки и с этого момента переходили на поение тестируемой жидкостью. Концентрация раствора УНМ «Таунит» для поения самок в экспериментальной группе составляла

0,03 % по массе в дистиллированной воде, или 30 мг/кг массы тела среднесуточно в течение 6 недель. Дозировка была выбрана исходя из предварительных экспериментов на других тест-объектах и литературных данных о подобных опытах [6-8]. Эксперимент завершался после окончания молочного вскармливания потомства.

Рис. 1. Сопоставление среднегрупповых характеристик массы внутренних органов у самок мыши домовой в экспериментальной и контрольной группах

Оцениваемые признаки: процент гибели самок (общий и за каждый день эксперимента); процент гибели молодняка в течение первых трех дней жизни; процент не родивших самок; число эмбрионов у погибшей самки; плодовитость; метрические и весовые характеристики самок; лейкоцитарный состав крови.

В случае гибели животного внепланово проводили снятие всех перечисленных параметров. На каждом этапе помимо экспериментальной группы содержалась и аналогичным образом изучалась контрольная группа мышей, для поения которой использовалась обычная вода.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В результате воздействия на организм УНМ «Тау-нит» у самок мыши домовой произошли выраженные морфофункциональные изменения практически всех исследуемых органов. В частности, увеличение среднегрупповых показателей массы сердца, желудочнокишечного тракта (ЖКТ), печени и почек (рис. 1).

1Ш*Л

& * г

V 1

Рис. 2. ЖКТ у самки контрольной группы на момент окончания эксперимента (стрелкой на рисунке обозначена слепая кишка)

Рис. 3. ЖКТ у самки экспериментальной группы на момент окончания эксперимента (стрелкой на рисунке обозначена слепая кишка)

Рис. 4. Печень самки мыши домовой в контрольной группе

Рис. 5. Печень самки мыши домовой в экспериментальной группе

Также было обнаружено визуальное изменение некоторых внутренних органов, а в частности слепого отдела кишечника и печени. Таким образом, нами было установлено, что наноматериал, поступающий в организм животного с питьевой водой, оседает в слепой кишке, в результате чего она приобретает ярко выраженный темный цвет и несколько больший размер (рис. 2 и 3). Также наблюдалось некоторое потемнение печени в экспериментальной группе самок, что может быть следствием замедления венозного оттока в данном органе (рис. 4 и 5).

Следует отметить, что среднегрупповые показатели массы тела у самок в экспериментальной группе (27,15 г) значительно превышают таковые в контрольной группе (24,06 г). Главным образом, это связано с увеличением среднегрупповых значений массы внутренних органов. Но так как суммарное увеличение массы внутренних органов у самок в экспериментальной группе не перекрывает общего увеличения массы тела, следует предположить, что оставшаяся доля приходится на опорно-двигательный аппарат и кожные покровы.

Таким образом, вероятно, что в условиях поступления в организм животного УНМ «Таунит» происходит значительное увеличение массы и размеров большинства внутренних органов.

Оценка показателей системы крови показала, что в результате воздействия УНМ происходит значительное снижение количества сегментоядерных нейтрофилов крови. Так, среднегрупповые значения данного форменного элемента в контрольной группе оказались выше более чем в 3 раза (рис. 6).

Также в экспериментальной группе наблюдается некоторое увеличение доли эозинофилов и базофилов и резкое повышение лимфоцитов крови (84,8 % в контрольной и 94,25 % в экспериментальной группах).

Оценка показателей репродуктивной системы [9] выявила, что при воздействии на организм УНМ «Тау-нит» происходит повышение плодовитости самок, снижение смертности молодняка, а также уменьшение доли не родивших особей (рис. 7).

Рис. 6. Сопоставление среднегрупповых характеристик количества сегментоядерных нейтрофилов крови у млекопитающих экспериментальной и контрольной групп

Рис. 7. Сопоставление среднегрупповых характеристик % гибели молодняка, плодовитости самок и % не родивших особей мыши домовой в экспериментальной и контрольной группах

Можно предположить, что проникая в организм животного с питьевой водой, наноматериал поступает в ЖКТ, откуда всасывается в кровь и лимфу. С кровотоком «Таунит» поступает к основным системам органов и тканям: сердце, легкие, печень, почки, селезенка, также наноматериал поступает в костный мозг и ЦНС.

Наноматериал может вызывать выявленные нами изменения у исследуемых самок микромамалий, т. к. в других работах показано [6-8], что наноматериалы могут влиять на процессы энергетического и пластического обмена в клетках, а также на процессы передачи наследственной информации. В то же время клеточные механизмы полученных нами изменений требуют более глубокого исследования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, проведено исследование влияния углеродного наноструктурного материала на ростовесовые показатели, репродуктивные функции и лейкоцитарный состав крови самок мыши домовой. Показано, что в результате перорального введения коллоидного водного раствора наноматериала наблюдается существенное увеличение массы и размеров большинства внутренних органов и тела в целом; измененяется лейкоцитарный состав крови; происходит улучшение репродуктивных функций самок, а также снижение смертности потомства.

ВЫВОДЫ

1. В условиях поступления в организм животного УНМ «Таунит» происходит существенное увеличение массы и размеров большинства внутренних органов, в т. ч. их визуальное изменение.

2. Происходит изменение лейкоцитарного состава крови.

3. УНМ «Таунит», поступая в организм, позитивно влияет на репродуктивные способности самок микро-мамалий (происходит уменьшение количества не родивших особей, снижение смертности молодняка, также возрастает количество особей в приплоде, их весоростовые показатели).

Полученные результаты могут быть учтены при разработке норм содержания углеродных наноматериалов в средах, контактирующих с животными и человеком, а также при создании на основе многостенных углеродных нанотрубок лекарственных препаратов нового поколения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фостер Л. Нанотехнологии. Наука, инновации, возможности. М.: Техносфера, 2008. 352 с.

2. Kostarelos K. The long and short of carbon nanotube toxicity // Nature

Biotechnology. 2008. V. 26. № 7, July. P. 774-776.

3. Miyawaki J., Yudasaka M., Azami T. et al. Toxicity of Single-Walled

Carbon Nanohorns // Acsnano. 2008. V. 2. № 2. P. 213-226.

4. Poland C.A., Duffin R., Kinloch I. et al. Carbon nanotubes introduced into the abdominal cavity of mice show asbestoslike pathogenicity in a pilot study // Nature Nanotechnology. 2008. V. 3. July. P. 423-428.

5. Шварц С.С., Смирнов B.C., Добринский Л.Н. Метод морфофизиологических индикаторов в экологии наземных позвоночных // Труды Ин-та экологии растений и животных. УФАН СССР. 1968. Вып. 58. 386 с.

6. Гусев А.А., Емельянов А.В. Нанобезопасность - новое направление экологических исследований // Проблемы экологии в современном мире. Тамбов, 2008. С. 39-41.

7. Гусев А.А., Емельянов А.В., Ткачев А.Г., Поздняков А. П., Веденеева Т.А., Стегачева Т.А. Оценка воздействия наносодержащего материала «Таунит» на живые системы // Экология и безопасность жизнедеятельности: сборник материалов 8 Междунар. науч.-практ. конф. Пенза, 2008.

8. Гусев А.А., Зайцева О.Н., Полякова И.А., Горшенева Е.Б. и др.

Предварительные результаты комплексного биотестирования углеродного наноматериала - перспективного носителя лекарственных препаратов // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2010. Т. 15. Вып. 5. С. 1538-1540.

9. Геодакян В.А. Дифференциальная смертность и норма реакции мужского и женского пола // Журн. общ. биологии. 1974. Т. 35. № 3. С. 376-385.

БЛАГОДАРНОСТИ: НИР проведена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, гос-контракты № П 208 от 23.04.2010 г. и № 16.740.11.0194 от 24.09.2010 г.

Поступила в редакцию 25 ноября 2010 г.

Gorsheneva E.B., Gusev A.A., Shutova S.V., Yemelyanov A.V., Tkachyov A.G. Carbon nanomaterial - perspective vector of drug delivery changes some functional indicators of females of Mus musculus L. at peroral introduction

The influence of industrial made carbon nanomaterial (multiwalled carbon nanotubes) on growth and weight indicators, reproductive functions and system of blood of females of the mouse is investigated. It is established, that nanomaterial shows the expressed action on the internal bodies, by increasing their weight and the sizes. At the same time, nanomaterial has positively affected reproduction indicators.

Key words: biotesting; multiwalled carbon nanotubes; drug delivery; biosafety; xenobiotics; reproductive toxicity.

CARBON NANOMATERIAL PERSPECTIVE VECTOR OF DRUG DELIVERY CHANGES SOME FUNCTIONAL INDICATORS OF FEMALES OF MUS MUSCULUS L. AT PERORAL INTRODUCTION