Вплив наночастинок ловастатину на остеорегенерацію при травматичному кістковому дефекті у щурів
ВПЛИВ НАНОЧАСТИНОК ЛОВАСТАТИНУ НА ОСТЕОРЕГЕНЕРАЦІЮ ПРИ ТРАВМАТИЧНОМУ КІСТКОВОМУ ДЕФЕКТІ У ЩУРІВ
Панасюк Я. В., Корда М. М.
Резюме. При травматичному кістковому дефекті на фоні трансдермального введення наночастинок ловастатину показано ефект даного середнику на результати біохімічних показників остеорегенерації у щурів у експериментальному дослідженні.
Ключові слова: кістковий дефект, остеорегенерація, наночастинки, ловастатин.
Останнім часом у наукових публікаціях вчені відмічають здатність статинів впливати на остеорегенерацію, зокрема стимулювати даний процес. У експериментальних дослідженнях було показано що статини стимулюють синтез кісткового морфогенетичного білка - 2, збільшуючи диференціацію остеобластів та прискорюють остеорегенерації [2, 7]. Також є дані про взаємозв'язок між рівнем ліпідів та мінеральною щільністю кісткової тканини [1,8, 11].
Доведеним є факт важливої ролі молекулярних факторів росту у процесі остеорегенерації, зокрема кісткових морфогенетичних білків (bone morphogenetic proteins) [3, 7, 9]. Кісткові морфогенетичні білки (КМБ) мають виражену специфічну остеоіндуктивну дію. Серед всіх ізоферментів найбільшу активність стимуляції остеогенезу має КМБ-2 [4, 6, 10]. Тому, альтернативним у стимуляції збільшення кісткової маси є пошук фармакологічних стимуляторів КМБ-2. Одним із таких середників, що викликають підвищену експресію КМБ - 2 in vivo та in vitro є статини [6, 7, 8], хоч результати окремих повідомлень ставлять під сумнів ефективність останніх щодо кісткового метаболізму [10].
Мета роботи - дослідити вплив наночастинок ловастатину на метаболізм кісткової тканини при експериментальній скелетній травмі.
Матеріали та методи
Дослідження виконували на базі віварію та центральної науково-дослідної лабораторії Тернопільського державного медичного університету ім. І. Я. Горбачевського. Експеримент проводили на білих статевозрілих щурах-самцях (n=168). Модель післятравматичного кісткового дефекту створювали за допомогою стоматологічного бору діаметром 2,0 мм у проксимальному відділі. Усім щурам із скелетною травмою протягом перших трьох днів вводили внутрішньом'язево знеболюючі (анальгін у дозі 10 мг/кг) та антибактеріальні (цефтріак - сон у дозі 5 мг/кг) препарати для профілактики гнійно - септичних ускладнень.
Експериментальних тварин було поділено на 4 групи: І - інтактні тварини; ІІ - контрольна група (створення кісткового травматичного дефекту); ІІІ - тваринам на тлі травми вводили ловастатин у дозі 0,1 мг/кг (ІІІа-група), 1.0 мг/кг (ІІІб-група), 5,0 мг/кг (ІІІв-група); V - тварини із скелетною травмою, ліковані наночастинками ловастатину в дозі 100 нг/кг. Третій та четвертій групі тварин ловастатин вводили протягом всього експерименту щоденно трансдермально у зоні створеного кісткового дефекту у вищеперерахованих дозах.
Виготовлення наночастинок ЛВ. Поліменрні хітозанові наночастинки готували шляхом іонного "зшивання" хітозану з триполіфосфатом натрію (TPP). Розчин хітозану (0,2 %) готували на 1 % розчині оцтової кислоти й інку - бували з досліджуваним препаратом протягом 30 хв. при кімнатній температурі. До 25 мл інкубаційної суміші по краплях додавали 10 мл 0,1 % водного розчину TPP. Суміш постійно перемішували за допомогою магнітної мішалки (700 об/хв.). Забій тварин проводили шляхом декапітації під тіопенталом наркозом на 3-й, 7-й, 14-й та 28-й день. У сироватці крові визначали рівень Са та Р (із використанням стандартних наборів), активність кислої та лужної фосфатаз [12], індексу мінералізації (ЛФ/ КФ), колагенолітичну активність плазми крові [13] і вміст глікозамінгліканів [11].
Статистичний аналіз результатів проведено у відділі системних статистичних досліджень ДВНЗ "Тернопільський державний медичний університет імені І. Я. Горбачевського МОЗ України" з використанням критерію Ман-на-Уітні.
При посттравматичній регенерації кісткової тканини проходять три послідовні стадії: пошкодження, відновлення та ремоделювання кістки [5]. На стадії пошкодження каскад біохімічних процесів перебігає як асептичне запалення: некроз, ішемія травмованих тканин, аутоліз пошкоджених клітин кісткової тканини та гематоми. Пік активності катаболічних процесів спостерігається на 2-3-ю добу. У нашому експерименті через три доби після нанесеного пошкодження отримані дані біохімічних показників відповідали першій стадії відновлення кісткової тканини. У всіх тварин зі створеним кістковим дефектом мало місце статистично достовірне (p<0,01) підвищення концентрації мікроелементів (Са і Р) у сироватці крові в порівнянні з інтактними тваринами. Однак, різниця цих показників у тварин, що отримували ловастатин не була достовірною порівняно з контролем (рис. 1, 2).
Подібна динаміка змін ЛФ та КФ починаючи з 3-ї доби спостереження зафіксована в експериментальній групі щурів, що отримували ловастатин у різних дозах та у вигляді наночастинок у порівнянні з інтактними тваринами; діагностовано достовірне зростання активності обох ферментів у сироватці крові (рис. 3-4).
Активність ферментів корелювала із коливаннями рівнів мікроелементів сироватки спостережувааних тварин, будучи достовірно вищою у групах лікованих левостатином порівняно з контролем.
Очевидно, отримані нами дані показників Са, Р, ЛФ та КФ у тварин експериментальної серії на 3-ю добу обумовлені початком деструкції осколкових часток травмованої кістки та країв кісткового дефекту, протеолізом некротизованих пошкоджених оточуючих тканин, що ініціює посилене надходження мікроелементів та ферментів до кров'яного русла.
Рис. 1. Динаміка рівня кальцію сироватки крові у тварин досліджуваної групи
Рис. 2. Динаміка рівня фосфору в досліджуваних тварин
Активність ЛФ та КФ тісно пов'язана з динамікою ІМ. В інтактних тварин цей показник на 14,63% перевищував контроль (6,63±0,37 проти 5,66±0,52), тоді як у тварин, що отримували лова - статин в усіх групах ІМ на 3-ю добу практично не відрізнявся від контролю, але був нижчим за групу інтактних:
- 5,55±0,37 (-16,3%), 5,52±0,17 (-16,7 %), 5,67±0,49 (-14,5 %), з найнижчим рівнем у тварин, що отримували нано-частинки ловастатину (5,31 - 19,9 %).
Рис. 3. Динаміка активності ЛФ у сироватці крові щурів з кістковим дефектом в залежності від дози та форми застосування ловастатину
Виявлена тенденція порівняного зі здоровими тваринами зниження ІМ, очевидно, пов'язана з переважанням катаболічних процесів на ранньому етапі відновлення кісткового дефекту (рис. 5).
Змодельований травматичний кістковий дефект призводив до виразного (на 130,85%) зростання вмісту ГЗГ у сироватці крові як індикатора порушень кісткового метаболізму спровокованих травмою починаючи з 3-го дня спостереження та утриманням даних тенденцій протягом наступного періоду експерименту (рис. 6). У тварин, що отримували ловастатин, рівень ГЗГ у групах тварин лікованих різними дозами ловастатину достовірно (p?0,01) перевищував показники інтактних піддослідних (57,05±2,56 мкмоль/л) перевищуючи останній на 116,56 %, 89,13% і 126,1%, відповідно. Найменш виразне підвищення ГЗГ діагностовано в групі щурів, які отримували ловастатин у вигляді наночастинок - 104,99±5,91 мкмоль/л, що на 84% більше за рівень інтактних тварин та достовірно нижче контрольної групи (p<0,01).
На підтвердження протікання асептичного запального процесу в зоні кісткового дефекту з 3-ї доби спостереження в тварин експериментальної групи виявлено статистично достовірне зростання КАПК в пооригінальні дослідження рівнянні з інтактними тваринами (рис. 7). У інтактних тварин цей показник зафіксувався на рівні 7,76±0,33, різко (p<0,01) зростаючи у контрольній групі на 58,12 % та у тварин, що отримували ловастатин у дозі 0,1 (на 52,45 %), у дозі 1,0 мг/кг (на 69,33 %), у дозі 5,0 мг/кг (на 37,63 %). Найменша інтенсивність зростання КАПК діагностована у групі тварин, що отримували наночастинки ловастатину (на 31,96 %), але без достовірної різниці з іншими групами лікованих тварин.
Рис. 4. Динаміка активності КФ у сироватці крові щурів з кістковим дефектом в залежності від дози та форми застосування ловастатину
Біохімічний ловастатин тварина травмований
На 7-у добу експерименту в порівнянні з 3-ю ми спостерігали нормалізацію всіх біохімічних маркерів регенерації кісткової тканини. Однак, застосування наночастинок ловастатину не сприяло статистично достовірній різниці показників остеорегенерації і остеорезорбції у порівнянні із тваринами контрольної групи та тих, що отримували ловастатин у звичайній формі у різних дозах. Отримані результати підтверджують різке зменшення запальних та деструктивних процесів у травмованих тварин на 7-у добу.
Починаючи з 14-ї доби експерименту спостерігались виразні біохімічні зміни в організмі спостережуваних тварин. На цей момент досліду наступила нормалізація рівнів Са та Р у сироватці крові у всіх досліджуваних групах без статистично вірогідної різниці між групами тварин, лікованих ловастатином. Рівень ЛФ нормалізувався у контрольній групі та в групах тварин, що отримували ловастатин у дозі 0,1 та 1,0 мг/кг.
Рис. 5. Показники індексу мінералізації у тварин із кістковим дефектом на тлі лікування ловастатином.
Рис. 6. Динаміка біохімічних показників вмісту глікозамінгліканів у лікованих ловастатином та наночастинками ловастатину тварин із змодельованою посттравматичною остеорегенерацією.
Активність ЛФ у групі тварин, що отримували ловастатин в дозі 5 мг/кг та у формі наночастинок утримувалась на високих показниках: 3427,42±143,41 мккат/л (на 117 % більше за контрольну групу, p<0,01) та 3704,62±129,9 мккат/л (на 126,7 % більше за контрольну групу, p<0,01), відповідно. Якщо врахувати, що на даному терміні дослідження найбільш активно проходить проліферація кісткової тканини саме за рахунок остеобластів, що містять у великій кількості ЛФ, то можна припустити, що інтенсивність перебігу остеорепаративних процесів у цих двох групах на даному етапі вища.
Рис. 7. Динаміка показників КАП у досліджуваних тварин
На 14-у добу значно знизилась активність КФ у тварин експериментальної групи: в контрольній групі до 496,6±30,37 мккат/л та до 504,08±38,55 мккат/л 487,42±3035 мккат/л у тварин лікованих ловастатином у дозі 0,1 мг/кг і 1,0 мг/кг, відповідно, статистично наблизившись до рівня контрольної групи. Отримані величини свідчать про залишкові остеорезорбтивні явища у досліджуваних групах. Порівняно з контрольною групою виявлено найбільш суттєве зниження активності КФ у тварин, лікованих ловастатином у дозі 5,0 мг (420,6±34,28 мккат/л, що на 15,3 % менше у порівнянні із контролем, p<0,05) та в групі тварин, лікованих наночастинками ловастатину (408,97 що на 17,65% менше у порівнянні із контролем, p<0,05). Отримані рівні активності КФ свідчать про менш інтенсивну остеорезорбцію на 14-у добу в тварин, що отримували наноловастатин та ловастатин у дозі 5,0 мг/кг.
Аналіз величини ІМ на 14-у добу виявив, що даний біохімічний маркер у порівнянні із контролем достовірно зріс у групі тварин, що ліковані ловастатином у дозі 5,0 мг/кг (+42,7%, p<0,05) та наночастинками ловастатину (+55,8%, p<0,05). Дана динаміка ІМ засвідчує більш інтенсивну остеорегенерацію у цих тварин. Інші біохімічні показники, ГЗГ та КАПК на цьому ж етапі досліду в тварин лікованих ловастатином статистично не відрізнялись від контрольної групи та від інтактних тварин, що засвідчує про значне згасання запальних процесів у експериментальних тварин на цій стадії дослідження.
На останньому етапі експерименту, на 28-му добу, отримані дані характеризувались нормалізацією практично всіх біохімічних маркерів остеорегенерації, що засвідчило завершення проліферативного процесу.
Список літератури
- 1. Balasundaram G. Nanotechnology and biomaterials for orthopedic medical applications. Review / G. Balasundaram, T. J. Webster //Nanomedicine. (Lond). - 2006. - Vol.1(2). - P. 169-176. 2. Effects of osteoporosis and nutrition supplements on structures and nanomechanical properties of bone tissue / Y. T. Chang, C. M. Chen, M. Y. Tu [et al.] // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. - 2011. - Vol. 4 (7). - P. 14121420. 3. No Y. J. Nanomaterials: the next step in injectable bone cements / Y. J. No, S. I. Roohani-Esfahani, H. Zreiqat //Nanomedicine (Lond). - 2014. - Vol. 9 (11). - P. 1745-1764. 4. Perspectives on the role of nanotechnology in bone tissue engineering / E. Saiz, E. A. Zimmermann, J. S. Lee [et al.] //Dent Mater. - 2013. - Vol. 29 (1). - P. 103-115. 5. Pleshko N. Nanotechnology in orthopaedics / N. Pleshko, D. A. Grande, K. R. Myers
Похожие статьи
-
Одним із провідних механізмів тяжкої травми є розвиток синдрому ендогенної інтоксикації. У гострий період травматичної хвороби в його основі лежать...
-
Імунний дисбаланс у патогенезі абдомінального сепсису при деструктивному панкреатиті
Постановка проблеми і аналіз останніх досліджень та публікацій. Абдомінальний сепсис (АС), за даними численних наукових досліджень, залишається одним із...
-
Контамінанти та їх вплив на мікробіоту "водоймища" Для визначення найбільш актуальних проблем, що вимагають подальших наукових розробок, пов'язаних з...
-
Вміст стабільних метаболітів оксиду азоту та ендотеліну-1 при різних підтипах ішемічного інсульту
Оксид азоту (NO) відіграє важливу роль у контролі мозкового кровообігу, тромбоутворенні й модулює активність нейронів. NO є посередником у багатьох...
-
Наукове обгрунтування допустимого рівня антропогенного впливу на природні комплекси, що регламентують не тільки екологічну чистоту, але і економічну...
-
Система управління якістю довкілля, крім еколого-гігієнічної регламентації технологій, які використовуються при переробці твердих і рідких відходів, що...
-
Ключові слова: обміну речовин хвороби, кверцетин, черезшкірне коронарне втручання, ішемічна хвороба серця. Ішемічна хвороба серця (ІХС) за наявності...
-
Алкоголь та його вплив на людину
1. Сучасні проблеми алкоголізму. Причини поширення алкоголю Люди давно навчились виготовляти спиртні напої. Початково їх вживання мало обрядовий...
-
Вроджені вади серця у дітей, ДЕФЕКТ МІЖШЛУНОЧКОВОЇ ПЕРЕГОРОДКИ (ДМШП) - Вроджені вади серця у дітей
Єдиної класифікації ВВС немає через велику кількість різновидів вад. В практичній діяльності лікарям зручно користуватися простим поділом ВВС на 3 групи,...
-
Ад'ювантні лікарські засоби - Паліативна допомога при синдромі хронічного болю
Наведені нижче ад'ювантні лікарські засоби можуть або розширювати діапазон дії аналгетиків, або мати самостійну аналгетичну дію. Трициклічні...
-
Моніторинг та прогноз впливу інфраструктур водного транспорту на навколишнє середовище Актуальність проблеми формування систем оперативного контролю за...
-
Анатомо-фізіологічні особливості сечовивідної системи Система сечовиділення включає в себе двi нирки, сечоводи, сечовий мiхур. Основна їх функцiя -...
-
Узбережжя Чорного моря і басейни річок, що впадають у нього, є районами з високим антропогенним впливом, щільно заселених людиною ще з античних часів....
-
У пацієнтів з комплексною парціальною епілепсією із вторинними генералізованими судомами вміст лептину в сироватці крові після впливу транскраніальними...
-
Антидіабетичні властивості лікарських рослин, поширених на території України
Вступ На сьогоднішній день у світі нараховується понад 170 млн хворих на цукровий діабет (ЦД); більше того, передбачається, що у 2025 р. показник...
-
Внутривенные, внутрисердечные или интратрахеальные повторные введения Адреналина (0,5--3,0 мг, т. е. 0,5--3,0 мл 0,1% раствора) являются одним из...
-
Количество ретикулоцитов через 7-10 дней после назначения препарата Величина и темпы прироста гемоглобина каждую неделю При назначении ПЖ в достаточной...
-
Первой группе интактных животных Цп вводили внутрибрюшинно однократно в дозе 30 мг/кг. 30 мг/кг - доза, составляющая 75% от физиологической концентрации...
-
Представлено патогенез, діагностику та шляхи корекції і профілактики перинатальних ускладнень при недоношуванні вагітності на тлі передчасного розриву...
-
Для изучения влияния Цп на процессы генерации АФК фагоцитами в условиях in vitro использовали цельную кровь здоровых людей - доноров крови, так как...
-
У системі санепіднагляду на водному транспорті та в цілому по країні відсутня єдина нормативна база здійснення контролю технологічного процесу фумігації,...
-
З числа збудників групи кишкових інфекцій, широко поширених у забруднених поверхневих водах, у якості показових можна використати сальмонели. Це...
-
Клініко-фізіологічне обгрунтування Після операції у хірургічних хворих виникають розлади, зумовлені як самим захворюванням, так і порушеннями в...
-
На первом этапе эксперимента к цельной крови добавляли растворы Цп различных концентраций (мкг/мл): 100,0; 200,0; 300,0; 400,0; 600,0; что...
-
Безплідність у шлюбі Радіаційний чинник У 1999-2003 рр. у Київській області в реєстрі неплідних шлюбів частка жінок, які проживали на РЗТ, становила...
-
Эксперименты выполнены на 350 белых беспородных крысах и крови 100 здоровых людей - доноров областной станции переливания крови. Все исследования на...
-
Передчасна активація ферментів панкреатичного соку в протоках підшлункової залози викликає самопереварювання залозистої тканини. Так, під дією трипсину і...
-
Диагностика, Инструментальное обследование пациентов при ИМ - Острый инфаркт миокарда
Лабораторные методы диагностики инфаркта миокарда: Џ Анализ крови Џ Биохимический анализ крови Џ Кровь на миоглобин Резорбционно-некротический синдром -...
-
Правила правильного дихання - Оздоровчий вплив дихальних вправ
Одним із завдань фізичного виховання дітей з послабленим здоров ям є навчання їх правильному диханню. Правильне дихання є необхідним чинником здоров я...
-
Опіоїдні аналгетики - Паліативна допомога при синдромі хронічного болю
За відсутності ефекту від застосування неопіоїдних аналгетиків, призначають опіоїди. До слабких опіоїдів відноситься трамадол, що є µ-агоністом....
-
Перша допомога при укусі звичайної гадюки - Фауна Карпат: земноводні та плазуни
В більшості літературних джерел, присвячених першій допомозі при укусі змії, пропонується зразу ж відсмоктувати ротом кров з ранки. Попередньо ранки слід...
-
Вагінальна мікробіота: як відновити баланс при дисбіозі
Вагінальна мікробіота: як відновити баланс при дисбіозі Величезний за чисельністю та різноманітністю дивовижний світ мікроорганізмів, який населяє...
-
Біофізичні параметри функціональної системи матка-плацента-плід при фізіологічному перебігу латентної фази першого періоду передчасних пологів...
-
Для очищення вод були використані два коагулянта - відходу титанового виробництва за результатами раніше проведених досліджень: - залізо-алюмовмісний...
-
Общие принципы. "Скромность - не порок": старайтесь выступать в роли консультанта, а не лечащего врача. " Не делать резких движений ": сначала...
-
Підходи до лікування 1. Замісна інсулінотерапія; 2. Симптоматична терапія, лікування ускладнень; 3. Пероральні цукрознижувальні засоби [20]....
-
Особливості ранньої діагностики нестрептококових тонзилофарингітів у дітей
Вступ Значна розповсюдженість гострих тонзилофарингітів (ГТФ) серед дитячого населення зумовлює актуальність проблеми своєчасної діагностики та вірної...
-
Диференціальна діагностика - Йододефіцитний зоб (простий, дифузний, нетоксичний, ендемічний)
До розвитку зоба, крім ЙД, можуть призводити й інші фактори. Так, в країнах із надмірним надходженням йоду в організм людини, наприклад в Японії та...
-
Постановка проблеми і аналіз останніх досліджень та публікацій. Хірургічне лікування ускладнених форм синдрому діабетичної стопи (СДС) становить...
-
Цукровий діабет 2 типу (ЦД 2) характеризується значними гормонально-метаболічними зрушеннями, які охоплюють практично всі ланки обміну речовин в...
Вплив наночастинок ловастатину на остеорегенерацію при травматичному кістковому дефекті у щурів