ВЛИЯНИЕ ТОПИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА ЦЕРИЯ НА РЕГЕНАРАЦИЮ ТКАНЕЙ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

https://clinical-journal. ru E-ISSN 2686-6838

@ (D

УДК 615:616-007

RESEARCH ARTICLE 3. Medical sciences

Corresponding Author: Blinova Ekaterina Valerievna, Pharmacology department of the I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University), Professor

E-mail: [email protected]

© Galichenko K.A., Sukhov A.V., Timoshkin S.P., Alkhatatnekh B.A.S., Mironov M.M., Eldyreva M.V., Sorokvasha I.V., Blinova E.V. - 2023

| Accepted: 28.05.2023

http://dx.doi.org//10.26787/nydha-2686-6838-2023-25-5-96-100

ВЛИЯНИЕ ТОПИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА ЦЕРИЯ НА РЕГЕНАРАЦИЮ ТКАНЕЙ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Галиченко1 К.А., Сухов1 А.В., Тимошкин2 С.П., Алхататнех2 Б.А.С., Миронов3 М.М, Елдырева4 М.В., Сорокваша2 И.В., Блинова1 Е.В.

1ФГАОУВО ПервыйМГМУ им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет), г. Москва, Российская Федерация

2ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва», г. Саранск, Российская Федерация

3ФГБОУВО «СамГМУ», г. Самара Российская Федерация

4ФГБОУВО «ЧГУим. И.Н. Ульянова», г. Чебоксары, Российская Федерация

Аннотация. В работе проведено исследование регенерации линейной раны у крыс-самцов линии Вистар (n=20) при топическом нанесении 1% гидрогеля наноформы оксида церия. Животным наносили линейную рану длиной 45 мм на всю глубину кожи и подкожно-жировой клетчатки с последующим ушиванием однорядными швами с помощью 4,0 нити производства Ethicon (США). Определяли время заживление раны, прочность послеоперационного рубца на разрыв с помощью динамометре Ugo Basile (Италия) на 14 сутки и косметические характеристики рубца по международной шкале SCAR. Было показано, что топическое применения гидрогеля с наночастицами оксида церия ускоряет заживление линейной раны до 6 ± 2 суток в сравнении с контролем 10± 1, увеличивает прочность рубцового соединения в исходе неосложненной кожной раны и достигала 427 г/см2 в сравнении с группой контроля 325 г/см2. Косметический результат при нанесении % коллоидный раствор наночастиц оксида церия претерпевал значительные изменения в сторону сокращения итогового балла 4,3 балла в сравнении с контролем - 7,8 и характеризовался тонкой линией, либо слабым распространением очевидных рубцов, не имел эритематозных изменений (у 2 животных), либо имел слабо-эритематозный характер с единичными телеанглиэктазиями без явлений депигментации и следов швов у большей части грызунов. Таким образом, топическое использование 1% коллоидного раствора наночастиц оксида церия в смеси с N-ацетил-б-аминогексановой кислотой в форме водорастворимого гидрогеля, ускоряло заживление линейной неосложненной кожной раны, приводило к повышению прочности рубцового соединения и сопровождалось благоприятными косметическими результатами рубца.

Ключевые слова: наночастицы оксида церия, регенерация, рубец, гидрогель

EXPERIMENTAL STUDY OF TOPICAL APPLICATION OF CERIUM OXIDE NANOPARTICLES ON TISSUE REGENERATION

Galichenko1 K.A., Sukhov1 A.V., Timoshkin2 S.P., Alkhatatnekh2 B.A.S., Mironov3M.M., Eldyreva4M.V., Sorokvasha2I.V., Blinova1 E.V.

1I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University), Moscow, Russian Federation

2N.P. Ogarev National Research Mordovia State University, Saransk, Russian Federation

3SamSMU, Samara, Russian Federation

4CSU named I.N. Ulyanova, Cheboksary, Russian Federation

Abstract. We studied the regeneration potential of a rat's linear wound with topical application of 1% cerium oxide nanoform hydrogel. We performed a rat's linear wound 45 mm long and sutured their by single-row sutures using 4.0 Ethicon (USA). We studied the time of wound healing, the tensile strength of the postoperative scar using a Ugo Basile dynamometer (Italy) on the 14th day and the cosmetic characteristics of the scar according to the international

2023. Vol. 25. № 5

Issue Doi: 10.26787/nydha-2686-6838-2023-25-5

E-ISSN 2686-6838

SCAR scale. It was shown that the topical application of a hydrogel with cerium oxide nanoparticles accelerates the healing of a linear wound up to 6 ± 2 days compared to the control 10 ± 1, increases the strength of the cicatricial connection in the outcome of an uncomplicated skin wound and reached 427 g/cm2 compared to the control group of 325 g /cm2. The cosmetic result characterized by reduction in the final score of 4.3 points compared to the control -7.8 and was thin line or a weak spread of obvious scars, had no erythematous changes (in 2 animals) , or had a slightly erythematous character with single telangliectasias without depigmentation and traces of sutures in most rodents. Thus, the topical application of a 1% colloidal solution of cerium oxide nanoparticles mixed with N-acetyl-6-aminohexanoic acid in the form of a water-soluble hydrogel accelerated the healing of a linear uncomplicated skin wound, increased the strength of the scar joint, and was accompanied by favorable cosmetic results of the scar.

Keywords: cerium oxide nanoparticles, regeneration, scar, hydrogel

Введение. Заболеваемость, ассоциированная с кожными ранами, остается высокой и обусловливает высокую медико-социальную и экономическую значимость этой проблемы во всем мире. В последнее десятилетие наблюдается рост первичной заболеваемости, хирургической активности по поводу раневых дефектов, в частности, ожогового и диабетического происхождения [1, 2]. Заживление раны - это тонко регулируемый патофизиологический процесс, который включает взаимодействие между резидентными клетками, популяциями мигрирующих в область повреждения инфильтрирующих клеточных популяций, молекулами межклеточного матрикса цито- и хемокинами. Последовательные этапы процесса ранозаживления направлены на достижение, с одной стороны, контроля над факторами внешней агрессии, иррадикации инородных тел и продуктов, и, с другой стороны, регуляции гомеостаза, направленной на обеспечение поддержания целостности тканей, обеспечение их функциональности в ответ на травматическое повреждение с последующей полной тканевой регенерацией [3, 4]. Лечение, направленное на профилактику вторичных инфекционных осложнений и стимуляцию регенерации кожной раны, представляет собой сложную, комплексную и не решенную до настоящего дня медицинскую задачу. Для активации и стимуляции ранозаживления могут применяться как локальные, так и системные терапевтические и хирургические воздействия. В то же время, местному лечению, по мнению исследователей и практикующих специалистов в этой предметной области, необходимо отдавать предпочтение вследствие отсутствия системных нежелательных эффектов, направленного и концентрированного воздействия на патологически измененную область и профилактику резистентности микроорганизмов в случае формирования вторичных инфекционных осложнений кожной раны [5]. Многочисленные исследования демонстрируют высокий ранозаживляющий потенциал применения с лечебной целью

фармакологических агентов в виде наночастиц. Их использование позволяет стимулировать регенерацию, предотвращать присоединения вторичной флоры в раневой процесс [6,7].

Цель. Изучение регенерации линейной кожной раны крысы, прочности формирующегося рубца и его косметических свойств на фоне курсового топического применения коллоидного раствора наночастиц оксида церия в форме гидрогеля.

Материалы и методы исследования.

Экспериментальные исследования выполнен на 20 половозрелых крысах-самцах линии Вистар, полученных из питомника ФГБУН Институт биоорганической химии имени академиков Шемякина и Овчинникова Российской академии наук (г. Пущино) и содержащихся в виварии Сеченовского Университета. Шерсть на холке животных выщипывали, кожу обрабатывали 70% раствором спирта этилового и стерильным хирургическим скальпелем вдоль позвоночного столба, отступя на 10-15 мм от условной линии, соединяющей проксимальные края ушных раковин, наносили линейную рану длиной 45 мм на всю глубину кожи и подкожно-жировой клетчатки. После чего рану ушивали семью однорядными швами с помощью 4,0 нити производства Ethicon (США). Расстояние между стежками составляло 6 мм. Животные были разделен на 2 группы: 1-я группа контроля с линейной раной с нанесением гидрогеля без оксида церия, 2-я линейная рана с нанесением наноформы оксида церия в гидрогеле с 2 по 10 сутки, полученные в отделе химии, технологии синтетических лекарственных средств и аналитического контроля АО «ВНЦ БАВ», г. Старая Купавна. Проводили наблюдение за животными в течение 21 суток, проводя визуальную оценку ранозаживления. На 10 сутки швы снимали. На 14 сутки животные выводились из эксперимента под изофлурановым наркозом, участок кожи, подкожно-жировой клетчатки, на протяжении 10 мм от раны иссекали и после определения размеров кожного соединения помещали в стерильный охлажденный

https://clinical-journal ru E-ISSN 2686-6838

изотонический 0,9% раствор хлорида натрия для проведения измерений прочности рубцового соединения, на динамометре Ugo Basile (Италия).На 21 сутки при интегральной оценке эффективности ранозаживления в исследуемых группах c использованием универсальной международной шкалы SCAR. Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации НШ-843.2022.3 (соглашение № 07515-2022-842 от 12 мая 2022г.)

Результаты. В контрольной серии опытов время полного ранозаживления составляло в среднем 10 ± 1 суток, тогда как при локальном ежесуточном нанесении наноформы 1% оксида церия в гидрогеле закрытие дефекта проходило статистически значимо быстрее и составляло 6 ± 2 суток (р < 0,05 при сравнении с контрольной группой) таблица 1.

Таблица 1

Время полного закрытия кожной линейной раны крысы и площадь рубцового соединения на

фоне местного нанесения 1 % НФОЦ

Группа животных Кратность местного применения Время полного закрытия раны, сутки (М ± SD) Площадь кожного рубца, мм2 (М ± SD)

Контроль (гидрогелевый матрикс) 1 раз в сутки 10 ± 1 109 ± 4

1% НФОЦ 1 раз в сутки 6 ± 2* 88 ± 3*

Примечание: * р < 0,05 достоверность различий при сравнении с контролем (одномерный дисперсионный анализ, критерийМанна-Уитни

Table 1

The time of complete closure of the skin linear wound of the rat and the area of the scar connection against the background of topical application of 1% NFOC

Experimental groups Multiplicity of local application Time of complete wound closure, days (М ± SD) Skin scar area, mm2 (М ± SD)

Control (hydrogel matrix) 1 time per day 10 ± 1 109 ± 4

1% NFOC 1 time per day 6 ± 2* 88 ± 3*

Note: * p < 0.05 significance of differences when compared with control (univariate analysis of variance, Mann-Whitney test)

г/см 2 550 ■

p = 0.001

p = 0,001

Интактная кожа

Контроль

1% НФОЦ

Рис.1 - Прочность рубцового кожного соединения в исходе линейной кожной неосложненной раны крыс-самцов на фоне локального применения 1% коллоидного раствора наноформы оксида церия в виде гидрогеля: достоверность различий определяли с помощью критерия ANOVA с последующим

применением критерия Тьюки после проверки нормальности распределения одномерным дисперсионным анализом

Также изменялась и площадь кожного соединения в исходе линейного раневого процесса: в группе контрольных лабораторных крыс она была равна 109 ± 4 мм2, а на фоне локального применения наноформы 1% оксида церия в гидрогеле снижалась до 88 ± 3 мм2 (р < 0,05 при сравнении с контрольной группой).

Прочность интактной кожи крыс-самцов в среднем составляла 521 г/см2. Прочность рубцового соединения в исходе неосложненной кожной раны в контрольной группе животных заметно снижалась в среднем на 48% и достигала значения 325 г/см2 (рисунок 1).

IISSN 2686-6838

Fig.1 - The strength of the cicatricial skin joint in the outcome of a linear skin uncomplicated wound of male rats against the background of local application of a 1% colloidal solution of cerium oxide nanoform in the form of a hydrogel: the significance of differences was determined using the ANOVA criterion followed by applying the Tukey test after checking the normality of the distribution by univariate analysis of variance

Топическое нанесение один раз в сутки в течение 12 суток 1% коллоидного оксида церия в форме наночастиц в гидрогеле сопровождалось значимым повышением прочностных

характеристик рубца - сила, требовавшаяся для разрыва кожного соединения возрастала до 427 г/см2 (р = 0,001 при сравнении с контрольной группой), однако, не достигала значений интактной кожи (р = 0,001 при сравнении с интактной группой).

В контрольной группе животных при оценке распространенности рубца преобладали умеренно распространенные очевидные рубцы, при этом у 1 крысы отмечалось серьезное распространение рубцовой ткани за пределы первичного повреждения. Рубец имел эритематозный характер с телеанглиэктазиями и явлениями диспигментации и следами швов у всех грызунов, входивших в группу контроля. Также у всех животных отмечали являения гипертрофии / атрофии от умеренной до выраженной степени. Общая интегральная оценка в баллах в этой группе составила 7,8 баллов.

В группе животных, которым ежесуточно наносили гидрогель, содержащий 1% коллоидный раствор наночастиц оксида церия, косметический результат претерпевал значительные изменения в сторону сокращения итогового балла. Так, при оценке распространенности рубца последний был представлен либо тонкой линией, либо слабым распространением очевидных рубцов, при этом у 1 крысы умеренное распространенные очевидные рубцы за пределы первичного повреждения. Рубец либо не имел эритематозных изменений (у

2 животных), либо имел слабо-эритематозный характер с единичными телеанглиэктазиями без явлений депигментации и следов швов у большей части грызунов, входивших в группу, получавшую получавшей 1% НФОЦ. Также у всех животных отмечали явления гипертрофии / атрофии легкой степени. Общая интегральная оценка в баллах в этой группе составила 4,3 балла (р < 0,05 при сравнении с контролем) (рисунок 2).

Рис.2 - Комплексная интегральная оценка косметического результата заживления линейной кожной раны крыс по международной шкале SCAR на фоне топического применения 1% НФОЦ: * р < 0,05 достоверность различий при сравнении с интактной кожей; А р < 0,05 достоверность различий при сравнении с контролем (одномерный дисперсионный анализ, критерий Манна-Уитни)

Fig.2 - Comprehensive integral assessment of the cosmetic result of the healing of a linear skin wound in rats according to the international SCAR scale against the background of topical application of 1% NFOC: * p < 0.05 significance of differences when compared with intact skin; A p < 0.05 significance of differences when compared with control (univariate analysis of variance, Mann-Whitney test)

E-ISSN 2686-6838

Выводы. Таким образом, топическое использование 1% коллоидного раствора наночастиц оксида церия в смеси с N-ацетил-б-аминогексановой кислотой в форме водорастворимого гидрогеля, ускоряло заживление линейной неосложненной кожной раны, приводило к повышению прочности

рубцового соединения и сопровождалось благоприятными косметическими результатами в виде уменьшения площади поверхности рубца, отсутствия его депигментации, эритематозных изменений и телеангиэктазий, атрофических и гипертрофических процессов в области рубца.

REFERENCES

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

[1]. [2].

[3].

[4].

[5].

[6].

[7].

Kuehn, B.M. Chronic Wound Care Guidelines IssuedChronic Wound Care Guidelines Issued. JAMA 2007, 297, 938. Wang, W.; Lu, K.-J.; Yu, C.-H.; Huang, Q.-L.; Du, Y.-Z. Nano-drug delivery systems in wound treatment and skin regeneration. J. Nanobiotechnol. 2019, 17, 1-15.

Gurtner, G.C., Werner, S., Barrandon, Y., Longaker, M.T. Wound repair and regeneration Nature, Vol. 453, no. 7193, pp. 314321, 2008.

Reinke, J. M., Sorg, H. Wound repair and regeneration. European Surgical Research, vol. 49, no. 1, pp. 35- 43, 2012. Gao, W.; Chen, Y.; Zhang, Y.; Zhang, Q.; Zhang, L. Nanoparticle-based local antimicrobial drug delivery. Adv. Drug Deliv. Rev. 2018, 127, 46-57.

Jahromi, M.A.M.; Zangabad, P.S.; Basri, S.M.M.; Zangabad, K.S.; Ghamarypour, A.; Aref, A.R.; Karimi, M.; Hamblin, M.R. Nanomedicine and advanced technologies for burns: Preventing infection and facilitating wound healing. Adv. Drug Deliv. Rev. 2018, 123, 33-64.

Varlamova, E.G., Turovsky, E.A., Blinova, E.V. Therapeutic potential and main methods of obtaining selenium nanoparticles International Journal of Molecular Sciences. 2021. Т. 22. № 19.

Author Contributions. Galichenko K.A. - preparation of the material, writing the text, Sukhov A. V. - literature review, text writing, Timoshkin S.P. - concept and design of the study, Alakhattnekh B.A. S. - collection andprocessing of materials, Eldyreva M.V. -preparation of the material, statistical processing of materials, Sorokvasha I.N. -conducting an experiment, Blinova E.V. - the concept and design of the study.

Conflict of Interest Statement. The authors declare no conflict of interest.

Galichenko K.A. - SPIN ID: 9415-7508; ORCID ID: 0000-0001-7681-0382

Sukhov A.V. - ORCID ID: 0000-002-1113-3736

Timoshkin S.P. - ORCID ID: 0000-0001-5518-6859

Alkhatatnekh B.A.S. ORCID ID: 0000-0003-0976-4253

Eldyreva M. V. - SPIN ID:3817-4129

Sorokvasha I.N. - ORCID ID: 0000-0002-8314-6616

Blinova E.V. - SPIN ID: 5729-3854; ORCID ID: 0000-0003-0050-0251

For citation: Galichenko K.A., Sukhov A.V., Timoshkin S.P., Alkhatatnekh B.A.S., Mironov M.M., Eldyreva M.V., Sorokvasha I.V., Blinova E.V. EXPERIMENTAL STUDY OF TOPICAL APPLICATION OF CERIUM OXIDE NANOPARTICLES ON TISSUE REGENERATION // Medical & pharmaceutical journal "Pulse". - 2023;25(5):96-100. http://dx.doi.org//10.26787/nydha-2686-6838-2023-25-5-96-100.

Вклад авторов. Галиченко К.А. - подготовка материала, написание текста, Сухов А.В. - обзор литературы, написание текста, Тимошкин С.П. - концепция и дизайн исследования, Алахататнех Б.А.С. - сбор и обработка материалов, Елдырева М.В. -подготовка материала, статистическая обработка материалов, Сорокваша И.Н. - проведение эксперимента, Блинова Е.В. -концепция и дизайн исследования.

Заявление о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Галиченко К.А. - SPIN-ID:9415-7508 ORCID ID: 0000-0001-7681-0382

Сухов А.В. - ORCID ID:0000-002-1113-3736

Тимошкин С.П. - ORCID ID: 0000-0001-5518-6859

Алхататнех Б.А.С. ORCID ID: 0000-0003-0976-4253

Елдырева М.В. - SPINID:3817-4129

Сорокваша И.Н. - ORCID ID: 0000-0002-8314-6616

Блинова Е.В. — SPIN ID: 5729-3854; ORCID ID: 0000-0003-0050-0251

Для цитирования: Галиченко К.А., Сухов А.В., Тимошкин С.П., Алхататнех Б.А.С., Миронов М.М, Елдырева М.В., Сорокваша И.В., Блинова Е.В. ВЛИЯНИЕ ТОПИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА ЦЕРИЯ НА РЕГЕНАРАЦИЮ ТКАНЕЙ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ // Медико-фармацевтический журнал "Пульс". 2023;25(5):96-100. http://dx.doi.org/Z10.26787/nydha-2686-6838-2023-25-5-96-100.