ИСТИНА

Предлагаемый проект направлен на исследование взаимодействия наночастиц различной природы и разных размеров с красными клетками крови (ККК), результатом которого может быть изменение микрореологических свойств ККК и реологии всей крови в целом как in vitro, так и in vivo. Изменения реологии крови на микро- и на макро уровнях часто являются причиной и следствием многочисленных болезней и даже причиной смертности населения особенно в индустриально развитых странах мира в последние десятилетия. Причинами таких изменений, в частности, являются неконтролируемые или плохо контролируемые химические загрязнения и посторонние вещества, попадающие в организм человека с водой, воздухом, пищей, а также при различных интервенциях в организм, например медицинского характера. В связи с быстрым развитием нанотехнологий, включающих производство и широкое применение наночастиц различной природы и разных размеров потенциально во всех сферах человеческой деятельности, включая медицину, в настоящее время остро встает фундаментальная научная проблема «нанобезопасности». При всем том, что использование наночастиц часто дает уникальные научные и практические результаты, всестороннее исследование проблемы «нанобезопасности» должно безусловно предшествовать широким применениям наночастиц и, при необходимости, разработке дополнительных средств, обеспечивающих безопасность людей, вовлеченных в процессы их производства и применения. В настоящем проекте предлагается провести исследование процессов взаимодействия наночастиц с красными клетками крови (ККК). Акцент будет сделан на наночастицы углерода (наноалмазы и фуллерены), а также квантовые точки, золотые частицы, а также частицы диоксида титана и оксида цинка, которые уже широко исследуются и применяются в биомедицинских целях. Также будет исследовано влияние этих частиц на механические и реологические свойства ККК, во многом определяющие текучесть крови, ее возможность доставлять кислород до терминальных микрососудов, где в основном и происходит обмен кислородом и углекислым газом с тканями. Количественный анализ параметров, таких как деформируемость и агрегационная способность эритроцитов, влияющих на движение крови в микрососудах (микроциркуляции) представляет собой одну из фундаментальных проблем современной медицины в силу ее большой важности для диагностики и мониторинга состояния человека, в частности в процессе лечения от различных заболеваний. Целью настоящего исследования является установление взаимосвязи микрореологических свойств крови с содержанием в ней упомянутых выше наночастиц.

В связи с тем, что в последние годы наночастицы алмаза и фуллерены широко исследуются с целью их перспективного применения в медицине и биомедицинских исследованиях, возникает проблема нанобезопасности. Поскольку наночастицы предполагается вводить человеку в кровеносную систему, не исключено их взаимодействие с компонентами крови – клетками крови и белками плазмы. Изменение микрореологических свойств крови (агрегации и деформируемости эритроцитов) может оказать влияние на гемодинамику в микроциркуляторном русле, и, как результат, на общее состояние организма в целом. Поэтому целью нашей работы было исследовать влияние наноалмазов, обладающих различными размерами и свойствами поверхности, а также фуллеренола С60(ОН)24 на микрореологические характеристики крови человека и крысы в опытах in vitro и in vivo. Для оценки агрегационных свойств эритроцитов и их деформируемости в сдвиговом потоке использовали лазерный агрегометр-деформометр эритроцитов «РеоАДВ-КФ» (ООО «РеоМедЛаб», Россия). Кровь инкубировали с наночастицами в течение 60 мин в опытах in vitro. В опытах in vivo кровь исследовали через 30мин после внутривенного введения. В in vitro исследованиях на крови крысы мы получили, что фуллеренол (0,001 - 5 мг/мл) при малых концентрациях увеличивал характерный размер агрегатов эритроцитов, тогда как в больших концентрациях оказывал, напротив, антиагрегантное действие: снижал характерный размер агрегатов и увеличивал время образования линейных агрегатов. При высоких концентрациях 2 и 5 мг/мл фуллеренол снижал деформируемость эритроцитов. В исследованиях in vivo фуллеренол в дозе 1мг/кг не влиял на параметры гемодинамики и агрегацию эритроцитов. Однако оказывал влияние на деформируемость эритроцитов. В опытах in vitro наноалмазы без функционализации поверхности (размер 100нм, 100ND) и с функционализацией поверхности карбоксилированием (100сND) в концентрациях 15 и 33 мкг/мл не оказали влияния на деформируемость эритроцитов, но усилили их агрегацию, главным образом увеличив характерный размер агрегатов (p<0,05). В серии экспериментов на крови человека in vitro наноалмазы разного размера (5 и 100 нм, 15-100мкг/мл) без функционализации поверхности (5ND и 100ND) и с функционализацией поверхности протонированием (5HND) или карбоксилированием (100cND) практически не оказывали значимого влияния на деформируемость эритроцитов человека. В концентрации 15 мкг/мл все исследуемые наноалмазы не изменяли значимо показатели агрегации эритроцитов. Однако 5ND и 5HND при концентрации 33мкг/мл снижали характерный размер агрегатов эритроцитов и при концентрации100 мкг/мл увеличивали время образования линейных агрегатов. Напротив, 100ND и 100cND увеличивали характерный размер агрегатов эритроцитов. В опытах in vitro карбоксилированные наноалмазы с характерным размером 100 нм (100cND) в дозах 0,008; 0,5, 5 и 25 мг/кг не оказали значимого влияния на агрегацию. В дозе 25 мг/кг наноалмазы снижали деформируемость эритроцитов. Наноалмазы практически не влияли на ЧСС, тогда как в дозах 5 и 25 мг/кг наноалмазы изменяли АД. Разработан новый алгоритм измерения параметров распределения эритроцитов по деформируемости, который позволяет измерять сразу три момента распределения эритроцитов по деформируемости, а именно, среднюю деформируемость, дисперсию деформируемости и асимметрию распределения эритроцитов по деформируемости. Применение этого алгоритма позволит более точно оценивать влияние на деформируемость эритроцитов различных факторов, в том числе наночастиц. Таким образом, наноалмазы и фуллеренол оказывают эффекты на агрегацию и деформируемость эритроцитов, поэтому новые препараты на основе углеродных наночастиц необходимо тестировать на нанобезопасность, в том числе их влияние на микрореологические свойства эритроцитов.