Застосування наночастинок с60 фулеренів як засобу профілактики і корекції ішемічно-реперфузійних патологічних процесів у м’язовій тканині

Реферат: Застосування наночастинок С60 фулеренів як засобу профілактики і корекції ішемічнореперфузійних патологічних процесів у м'язовій тканині. UA 118633 U (12) UA 118633 U UA 118633 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузей фізіології людини і тварин та біомедицини і стосується способу профілактики і корекції функціонування скелетних м'язів за їх ішемічного ушкодження. Ішемічні травми скелетних м'язах у багатьох випадках є причиною тяжких патологій з високою смертністю [1-2] та однією з основних причин посттравматичних патологій після хірургічних процедур. Ішемічно-реперфузійні патологічні процеси знижують силу скорочення м'яза до 40 % після 1 год. ішемії і до 90 % після 2-х год. ішемізації. Експериментальні дані чітко вказують на те, що первинні патологічні ефекти після тривалої ішемії можуть бути неповними і патологічні процеси тривають декілька діб з прогресуючою динамікою [3-4]. Основна мета при лікуванні ішемії - швидке відновлення кровотоку (реперфузія) у пошкоджених ділянках. Така терапія призводить до нового патофізіологічного процесу під назвою реперфузійна травма, яка також викликає істотне ушкодження тканини [5]. Літературні дані свідчать, що саме вільні радикали є основним патогенним чинником у процесі ішемічних ушкоджень м'язової тканини [6]. Одним з основних недоліків загальновідомих терапевтичних методів лікування ішемічних ушкоджень є те, що дія традиційних антиоксидантів заснована на тому, що одна молекула антиоксиданту нейтралізує один вільний радикал. При цьому визначити оптимальну дозу антиоксиданту досить складно для конкретного патологічного процесу. Водночас відомо, що одна молекула С60 фулерену здатна приєднувати 34 метильні радикали [7]. Проведені біологічні дослідження водорозчинних немодифікованих наночастинок С60 фулеренів [8-10] показали, що за низьких (фізіологічних) концентрацій вони не виявляють гострих токсичних ефектів щодо нормальних клітин, є неімуногенними та неалергенними, здатні регулювати вільнорадикальні процеси у клітинах і тканинах організму, зокрема нейтралізувати надлишок вільних радикалів. Таким чином, застосування С60 фулеренів як потужних антиоксидантів, відкриває нові потенційні можливості для профілактики і корекції ішемічних патологій. Задача корисної моделі полягає у розробці технології застосування наночастинок С 60 фулеренів як засобу профілактики і корекції ішемічно-реперфузійних патологічних процесів у м'язовій тканині. Суть корисної моделі полягає у тому, що пропонується застосувати водорозчинні немодифіковані наночастинки С60 фулеренів [11] як ефективні терапевтичні агенти за ішемічних ушкоджень м'язової тканини. Розроблені методики введення препарату дозволяють покращити або швидкість генерації сили ішемічно-ушкодженого скелетного м'яза, або значно збільшити його максимальну силову відповідь під час активного функціонування. Технічний результат полягає у тому, що завдяки запропонованій технології застосування наночастинок С60 фулеренів для профілактики і корекції ішемічного ушкодження скелетних м'язів стає можливим їх цілеспрямоване застосування у терапевтичних цілях. Додатково суть корисної моделі пояснюють ілюстрації: Фіг. 1 - Криві генерації сили ішемізованого м'яза: (а) - без впливу препарату (контроль); (б) внутрішньовенне введення С60 фулерену у дозі 1 мг/кг; (в) - внутрішньом'язове введення С60 фулерену у дозі 1 мг/кг; 1, 2, 3, 4 і 5 год. - тривалість після ішемізації м'яза. Фіг. 2 - Зміна максимальної сили скорочення м'яза: (а) - ішемія без впливу препарату (контроль); (б) - внутрішньовенне введення С60 фулерену у дозі 1 мг/кг; (в) - внутрішньом'язове введення С60 фулерену у дозі 1 мг/кг; 1, 2, 3, 4 і 5 діб - тривалість після ішемізації м'яза. Приклад практичної реалізації корисної моделі. Усі експериментальні процедури з лабораторними тваринами були виконані з дотриманням Європейської конвенції про захист хребетних тварин, що використовують в експериментальних та інших наукових цілях. Експерименти проводили на щурах-самцях лінії Wistar віком 3 місяці вагою 170±5 г. Введення тваринам водних розчинів наночастинок С60 фулеренів у дозі 1 мг/кг здійснювали двома способами: внутрішньовенно і внутрішньом'язово за 2 год. до початку експерименту. Анестезію тварин здійснювали внутрішньочеревним введенням нембуталу (40 мг/кг). Для ішемізації м'язів лігатурами перетягували гілку стегнової артерії тварини, яка забезпечує кровопостачання експериментального м'яза. Реперфузію, після 2-х год. ішемізації, здійснювали перерізанням фіксуючої лігатури. Для проведення модульованої електростимуляції еферентів у сегментах L7-S1 перерізали вентральні корінці у місцях їхнього виходу зі спинного мозку. Зміну сили скорочення м'яза вимірювали за допомогою стандартних тензометричних датчиків. Силу скорочення м'яза вимірювали упродовж перших 5-ти годин (п'ять разів через кожну годину) та на 1, 2, 3, 4 і 5 добу після його ішемізації. Стимуляцію еферентів у сегментах L7-S1 здійснювали електричними імпульсами тривалістю 2 мс за допомогою генератора імпульсів, керованим АЦП через платинові електроди. 1 UA 118633 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Характеристики стимулюючого сигналу задавали програмно і передавали з комплексу АЦПЦАП на генератор. Контроль зовнішнього навантаження на м'яз здійснювали за допомогою системи механостимуляторів. Зміну навантаження здійснювали лінійним електромагнітним двигуном. Статистичну обробку результатів дослідження проводили за допомогою методів варіаційної статистики з використанням програмного забезпечення Origin 8.0. Експерименти були проведені на 10-ти піддослідних тваринах (повторюваність - три рази). Експеримент 1 Застосована безрелаксаційна стимуляція дозволила проаналізувати розвиток процесів скорочення-розслаблення ішемізованих м'язів за різних способів терапевтичного введення С60 фулерену упродовж перших 5-ти год. після реперфузії. Одержані результати ілюструє фіг. 1. Як видно, у контролі рівень зниження максимальної сили складав від 20 до 45 % залежно від часу проведених вимірювань. Водночас, незалежно від способу введення, захисна терапевтична дія наночастинок С60 фулеренів проявлялася у достовірному зменшенні цього показника до 1015 %. Експеримент 2 Зміну динаміки скоротливого процесу, викликаного аналогічними пулами стимуляцій, на 1, 2, 3, 4 і 5-ту добу після 2-х год. ішемії-реперфузії ілюструє фіг. 2. Найбільш значимі ефекти захисної терапевтичної дії С60 фулерену виявили при порівнянні змін у рівнях генерації сили між початком і кінцем пулів стимуляцій. У контролі (без введення препарату) рівень падіння цього показника склав 63 % у першу добу експерименту і знизився до 92 % на п'яту. За внутрішньом'язового введення препарату це падіння склало лише 25 % і 43 %, відповідно, а за внутрішньовенного введення воно було практично однаковим - 23 % і 25 %, відповідно, і тому є найбільш оптимальним. Таким чином, отримані дані чітко демонструють захисну терапевтичну дію водорозчинних наночастинок С60 фулеренів на процеси м'язового скорочення за ішемічних ушкоджень, що уможливлює розглядати їх як перспективні лікарські засоби для профілактики і корекції скоротливої активності ішемічно-ушкодженої м'язової тканини. Джерела інформації: 1. Effects of ascorbic Acid, alpha-tocopherol and allopurinol on ischemia-reperfusion injury in rabbit skeletal muscle: an experimental study. Erkut B, Ozyazicioglu A, Karapolat BS, Kocogullan CU, Keles S, Ates. A, Gundogdu C, Kocak H. Drug Target Insights. 2007; 2: 249-258. 2. The role of mast cells and fibre type in ischaemia reperfusion injury of murine skeletal muscles. Bortolotto SK, Morrison WA, Messina A. J. Inflamm. 2004; 1:2. 3. Ischemia-reperfusion injury in rat skeletal muscle assessed with T2-weighted and dynamic contrast-enhanced MRI. Loerakker S, Oomens CW, Manders E, Schakel T, Bader DL, Baaijens FP, Nicolay K, Strijkers GJ. Magn. Reson. Med. 2011; 66: 528-537. 4. The functional and morphological damage of ischemic reperfused skeletal muscle. Racz IB, Illyes G, Sarkadi L, Hamar J. Eur. Surg. Res. 1997; 29: 254-263. 5. Therapeutic interventions against reperfusion injury in skeletal muscle. Wang WZ, Baynosa RC, Zamboni WA. J. Surg. Res. 2011; 171: 175-182. 6. Antioxidant therapy: a new pharmacological approach in shock, inflammation, and ischemia/reperfusion injury. Cuzzocrea S, Riley DP, Caputi AP, Salvemini D. Pharmacol. Rev. 2001; 53: 135-159. 7. Radical reactions of С60. Krustic PJ, Wasserman E, Keizer PN, Morton JR, Preston KF. Science. 1991; 254: 1183-1185. 8. Biologicalli effective fullerene (С60) derivative with superoxide dismutase mimetic properties. SS Ali, JI Hardt, KL Quick, JS Kim-Han, BF Erlanger, T-T Huang, CJ Epstein. Free Radical Bio. Med. 2004; 37: 1191-1202. 9. Comparative study of biological action of fullerenes С 60 and carbon nanotubes in thymus cells. SV Prylutska, II Grynyuk, SM Grebinyk, OP Matyshevska, Yul Prylutskyy, U Ritter, С Siegmund, P Scharffio Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 2009; 40:238-241. 10. Anti-oxidant properties of С60 fullerenes in vitro. SV Prylutska, II Grynyuk, OP Matyshevska, Yul Prylutskyy, U Ritter, P Scharff. Fullerenes, Nanotubes, Carbon Nanostruct. 2008; 16: 698-705. 11. Structural features of highly stable reproducible С 60 fullerene aqueous colloid solution probed by various techniques. U Ritter, Yul Prylutskyy, MP Evstigneev, NA Davidenko, VV Cherepanov, AI Senenko, OA Marchenko, AG Naumovets. Fullerenes, Nanotubes, Carbon Nanostruct. 2015; 23: 530534. 2 UA 118633 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Застосування наночастинок С60 фулеренів як засобу профілактики і корекції ішемічнореперфузійних патологічних процесів у м'язовій тканині. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3