Оценка токсических эффектов магнитоконтрастирующего диагностического гадолиний-содержащего нанокомпозита

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Для усиления контрастирования и повышения диагностической чувствительности при проведении магнитной резонансной терапии (МРТ) в последние годы используют магнитные наночастицы, способные одновременно оказывать и терапевтическое воздействие на патологический очаг. Последнее осуществляется путём эффективного захвата нейтронов, который среди всех химических элементов наиболее выражен у гадолиния. Применение наночастиц гадолиния, инкапсулированных в полимерную матрицу, позволяет увеличить биодоступность наночастиц, снижает возможную токсичность препаратов.

Цель. Оценка воздействия новой нанокомпозитной магнитоактивной металлокомплексной гадолиниевой системы на морфофункциональное состояние нервной ткани, печени и почек крыс.

Материал и методы. Экспериментальные исследования биологических эффектов нанокомпозита гадолиний-арабиногалактан (Gd-АГ) проведены на крысах, которым вводили раствор внутрибрюшинно в течение 10 дней в дозе 500 мкг/кг в 0,5 мл физиологического раствора. Через сутки после окончания экспозиции животных умерщвляли путём декапитации под лёгким эфирным наркозом. Для выполнения патоморфологических исследований фронтальные срезы височно-теменной зоны сенсомоторной коры головного мозга, ткани печени и почек окрашивали на обычных гистологических предметных стёклах гематоксилином и эозином для обзорной микроскопии. Для исследования биологического ответа организма на субклеточном уровне применяли иммуногистохимический метод определения активности белков-модуляторов апоптоза bcl-2, caspase-3 и hsp70 в нейронах головного мозга белых крыс.

Результаты. Гистологический анализ тканей выявил выраженную компенсаторную реакцию печени, нарушение функциональной активности почек. Снижение общего числа нормальных нейронов на единицу площади в ткани головного мозга и увеличение числа актов нейронофагии указывает на начальный этап нейродегенеративного процесса. При оценке внутриклеточного метаболизма нейронов не установлено наличия признаков, характерных для апоптотического процесса.

Заключение. Оценивая в целом результаты проведённых экспериментов, можно заключить, что подострое воздействие Gd-АГ в дозе 500 мкг/кг вызывает нарушение морфофункционального состояния тканей печени, почек и нервной, а также модуляцию клеточной протеомики.

Об авторах

Лариса Михайловна Соседова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Иркутский научный центр» Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: sosedlar@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1052-4601

Доктор мед. наук, проф., зав. лабораторией биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ ВСИМЭИ.

e-mail: sosedlar@mail.ru

Россия

Е. А. Титов

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Иркутский научный центр» Сибирского отделения Российской академии наук

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-0665-8060
Россия

М. А. Новиков

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Иркутский научный центр» Сибирского отделения Российской академии наук

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-6100-6292
Россия

В. А. Вокина

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-8165-8052
Россия

В. С. Рукавишников

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Иркутский научный центр» Сибирского отделения Российской академии наук

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-2536-1550
Россия

Список литературы

  1. Laurent S., Dutz S., Häfeli U.O., Mahmoudi M. Magnetic fluid hyperthermia: focus on superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Adv Colloid Interface Sci. 2011; 166: 8-23. https://doi.org/10.1016/j.cis.2011.04.003
  2. Yigit M.V., Moore A., Medarova Z. Magnetic nanoparticles for cancer diagnosis and therapy. Pharm Res. 2012; 29 (5): 1180-8. https://doi.org/10.1007/s11095-012-0679-7
  3. Hilger I., Kaiser W.A. Iron oxide-based nanostructures for MRI and magnetic hyperthermia. Nanomedicine (Lond). 2012; 7 (9): 1443-59. https://doi.org/10.2217/nnm.12.112
  4. Reddy L.H., Arias J.L., Nicolas J., Couvreur P. Magnetic nanoparticles: design and characterization, toxicity and biocompatibility, pharmaceutical and biomedical applications. Chem Rev. 2012; 112 (11): 5818-78. https://doi.org/10.1021/cr300068p
  5. Akgun H., Gonlusen G., Cartwright J., Suki W.N., Truong L.D. Are gadolinium-based contrast media nephrotoxic? A renal biopsy study. Arch Pathol Lab Med. 2006; 130 (9): 1354-7. https://doi.org/10.1043/1543-2165(2006)130[1354:AGCMNA]2.0.CO;2
  6. Blasco-Perrina H., Glaserb B., Pienkowskic M., Perond J.M., Payen J.L. Gadolinium induced recurrent acute pancreatitis. Pancreatology. 2013; 13 (1): 88-9. https://doi.org/10.1016/j.pan.2012.12.002
  7. Hui F.K., Mullins M. Persistence of gadolinium contrast enhancement in CSF: a possible harbinger of gadolinium neurotoxicity? Am J Neuroradiol. 2009; 30 (1): 1. https://doi.org/10.3174/ajnr.A1205
  8. Lesnichaya M.V., Aleksandrova G.P., Feoktistova L.P., Sapozhnikov A.N., Fadeeva T.V., Sukhov B.G. et al. Silver-containing nanocomposites based on galactomannan and carrageenan: synthesis, structure, and antimicrobial properties. Rossiyskiy khimicheskiy vestnik [Russian Chemical Bulletin]. 2010; 59 (12): 2266-71. https://doi.org/10.1007/s11172-010-0395-6
  9. Kuznetsova N.P., Ermakova T.G., Pozdnyakov A.S., Emel’Yanov A.I., Prozorova G.F. Synthesis and characterization of silver polymer nanocomposites of 1-vinyl-1,2,4-triazole with acrylonitrile. Rossiyskiy khimicheskiy vestnik [Russian chemical bulletin]. 2013; 11: 2509-13.
  10. Jong W.H., Borm P.J. Drug delivery and nanoparticles: applications and hazards. Int J Nanomedicine. 2008; 3: 133-49.
  11. Sukhov B.G., Pogodaeva N.N., Kuznetsov S.V., Kupriyanovich Y.N., Trofimov B.A., Yurinova et al. Рrebiotic effect of native noncovalent arabinogalactan - flavonoid conjugates on bifidobacteria. Rossiyskiy khimicheskiy vestnik [Russian Chemical Bulletin]. 2014; 9: 2189-94.
  12. Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. Мультифункциональные нанобиокомпозиты: синтез, строение, физико-химические и биологические свойства. В кн.: XVI Международная молодёжная конференция по люминесценции и лазерной физике, посвящённая 100-летию Иркутского государственного университета. Тезисы лекций и докладов. Иркутск; 2018: 146-7.
  13. Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. Направленный синтез нанобиокомпозитов с необычным комплексом магнитных, оптических, каталитических и биологически активных свойств. В кн.: Магнитные материалы. Новые технологии. Тезисы докладов VIII Байкальской международной конференции. Иркутск; 2018: 42.
  14. Rukavishnikov V.S., Novikov M.A., Titov E.A., Sosedova L.M., Vokina V.A., Yakimova N.L. Estimation of toxic properties of nanocomposites containing nanoparticles of bismuth, gadolinium, and silver. Тrace Elem Electroly. 2018; 35: 203-6
  15. Рукавишников В.С., Соседова Л.М., Вокина В.А., Титов Е.А., Новиков М.А., Якимова Н.Л. Оценка нейротоксичности нанометаллов, инкапсулированных на матрице арабиногалактан. Медицина труда и промышленная экология. 2017; 10: 25-9.
  16. Соседова Л.М., Новиков М.А., Титов Е.А. Особенности экспрессии апоптоз-регулирующих белков в нейронах белых крыс при воздействии наносеребра, инкапсулированного в полимерную матрицу. Токсикологический вестник. 2016; 6: 48-53.
  17. Aime S., Caravan P. Biodistribution of gadolinium-based contrast agents, including gadolinium deposition. J Magn Reson Imaging. 2009; 30 (6): 1259-67. https://doi.org/10.1002/jmri.21969
  18. Тitov Е.А., Novikov М.А., Sosedova L.М. Еffect of silver nanoparticles encapsulated in a polymer matrix on the structure of nervous tissue and expression of caspase-3. Nanotechnol Russ. 2015; 10 (7-8): 640-4. https://doi.org/10.1134/S1995078015040205
  19. Sosedova L.M., Filippova T.M. The Effects of Nanosilver, Encapsulated in a Polymeric Matrix, on Albino Rats Brain Tissue. Nano Hybrids and Composites. 2017; 13: 263-7. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/NHC.13.263
  20. Kanal E., Tweedle M.F. Residual or retained gadolinium: practical implications for radiologists and our patients. Radiology. 2015; 275: 630-4. https://doi.org/10.1148/radiol.2015150805
  21. Ide J.-M., Port M., Robic C., Medina C., Sabatou M., Corot C. Role of thermodynamic and kinetic parameters in gadolinium chelate. J Magn Reson Imaging. 2009; 30: 1249-58. https://doi.org/10.1002/jmri.21967
  22. Quarles L.D., Hartle J.E., Middleton J.P. Aluminum-induced DNA synthesis in osteoblasts: mediation by a G-protein coupled cation sensing mechanism. J Cell Biochem. 1994; 56 (1): 106-17. https://doi.org/10.1002/jcb.240560115
  23. Pałasz A., Czekaj P. Toxicological and cytophysiological aspects of lanthanides action. Acta Biochim Pol. 2000; 47: 1107-14.
  24. Feng X., Xia Q., Yuan L., Yang X., Wang K. Impaired mitochondrial function and oxidative stress in rat cortical neurons: implications for gadolinium-induced neurotoxicity. Neurotoxicology. 2010; 31: 391-8. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2010.04.003
  25. Xia Q., Feng X.D., Huang H.F., Du L.Y., Yang X.D., Wang K. Gadolinium-induced oxidative stress triggers endoplasmic reticulum stress in rat cortical neurons. J Neurochem. 2011; 117: 38-47. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2010.07162.x
  26. Heinrich M.C., Kuhlmann M.K., Kohlbacher S., Scheer M., Grgic A., Heckmann M.B. et al. Cytotoxicity of iodinated and gadolinium-based contrast agents in renal tubular cells at angiographic concentrations: in vitro study. Radiology. 2007; 242:425-34. https://doi.org/10.1148/radiol.2422060245
  27. Rogosnitzky M., Branch S. Gadolinium-based contrast agent toxicity: a review of known and proposed mechanisms. BioMetals. 2016; 29 (3): 365-76. https://doi.org/10.1007/s10534-016-9931-7
  28. Chen R., Ling D. Parallel comparative studies on mouse toxicity of oxide nanoparticle-and gadolinium-based T1 MRI contrast agents. ACS Nano. 2015; 9 (12): 12425-35.
  29. Blasco-Perrin H., Glaser B., Pienkowski M., Peron J.M., Payen J.L. Gadolinium induced recurrent acute pancreatitis. Pancreatology. 2013; 13: 88-9. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b05783
  30. Ray D.E., Cavanagh J.B., Nolan C.C., Williams S.C.R. Neurotoxic effects of gadopentetate dimeglumine: behavioral disturbance and morphology after intracerebroventricular injection in rats. Am J Neuroradiol. 1996; 17 (2): 365-73.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Соседова Л.М., Титов Е.А., Новиков М.А., Вокина В.А., Рукавишников В.С., 2019


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.