1 Sergey Aleksandrovich Miroshnikov 1, Elena Vladimirovna Yausheva 1, Elena Anatolievna Sizova 1,2 și Elena Petrovna Miroshnikova 1,2

comparativă

1 Instituție de învățământ de stat „Institutul de cercetare din Rusia pentru creșterea bovinelor de vită”, Federația Rusă, 460000, Orenburg, strada 9, 29 ianuarie 2 Universitatea de stat Orenburg, Federația Rusă, 460018, Orenburg, bulevardul Victoriei, 13

CUVINTE CHEIE:

nanoparticule; microparticule; arginină; pui

Descărcați acest articol ca:

Miroshnikov SA, Yausheva EV, Sizova E. A, Miroshnikova EP Evaluarea comparativă a efectului nano- și microparticulelor de cupru la pui. Orient J Chem 2015; 31 (4).

Miroshnikov SA, Yausheva EV, Sizova E. A, Miroshnikova EP Evaluarea comparativă a efectului nano- și microparticulelor de cupru la pui. Orient J Chem 2015; 31 (4). Disponibil de pe: http://www.orientjchem.org/?p=13337

Introducere

Studiile care justifică utilizarea nanomaterialelor care conțin cupru pentru terapia cu raze X a cancerului au fost răspândite în ultimii ani [1]. Nanoparticulele de cupru sunt utilizate ca agent de contrast pentru caracterizarea imagisticii prin rezonanță magnetică de înaltă rezoluție a trombului uman, a tumorilor etc. [2]; tomografie cu emisie de pozitroni [3]; ca preparate bactericide [4, 5]. Bandajele care conțin cupru sunt cunoscute pentru puterile lor antimicrobiene [6] etc.

Nanoparticulele și compușii de cupru pot fi considerați o alternativă bună la tratamentele existente. Rezultatele studiilor confirmă acest fapt [7].

O modalitate de a îmbunătăți preparatele care conțin nanoparticule metalice este de a controla dimensiunea materialului nanoparticulelor. Acesta este determinat de diferențele de proprietăți biologice ale preparatelor metalice pentru particule de diferite dimensiuni [8, 9]. S-a raportat că scăderea dimensiunii nanoparticulelor crește absorbția acestui element. De asemenea, schimbă acțiunea biologică a [10].

Obiectivul acestei cercetări a fost de a compara efectele biologice ale nano- și microparticulelor elementare de cupru după injecții intramusculare la puiul de pui. Au fost efectuate cercetări pentru îmbunătățirea preparatelor care conțin nanoparticule de metal.

Materiale și metode

Achiziționarea și certificarea preparatelor din cupru

Nanoparticulele au fost sintetizate prin condensare la temperaturi ridicate folosind Migen-3 la Institutul de Fizică Chimică (Academia Rusă de Științe, Moscova, Rusia). Strategia de sinteză utilizată a fost descrisă anterior [11]. Preparatele de microparticule au fost achiziționate de la Alfa Aesar GmbH & Co., RG. Aceste materiale au fost evaluate prin scanare electronică și microscopie de transmisie utilizând următoarele echipamente: un JSM-7401F și respectiv un JEM-2000FX („JEOL”, Tokyo, Japonia). Analiza fazei cu raze X a fost efectuată cu un difractometru DRON-7. Aceste evaluări au arătat că nanoparticulele de cupru aveau o dimensiune de 103 ± 2 nm. Miezul particulelor a fost compus din 96,2 ± 4,5%, (P ≤ 0,05) metal cristalin și 3,8 ± 0,3% (P ≤ 0,05) oxid de metal; grosimea filmului de oxid de pe suprafața nanoparticulelor a fost de 6 nm. Microparticulele de cupru aveau o dimensiune de 40 ± 0,5 mcm (puriss p.a. 99,5%, iar pelicula de oxid avea o grosime de 7 nm.

Preparatele de nanoparticule de cupru au fost testate pentru dispersie. Suspensia de nanoparticule a fost expusă la ultrasunete [frecvență 35 kHz, putere sonoră 300 (450) W, amplitudine de oscilație 10 mcm].

Indicii morfometrici ai probelor de particule au fost obținuți folosind microscopia de forță atomică în modul de contact folosind un microscop SMM-2000 (Rusia). În timpul scanării au fost folosite consolele MSCT-AUNM (Park Scientific Instruments, SUA) cu o constantă de arc de 0,01 nm și un diametru de 15 - 20 nm. Analiza morfometrică cantitativă a imaginilor a fost efectuată utilizând software-ul standard pentru microscop. Analiza morfometrică cantitativă a imaginilor a fost efectuată utilizând software-ul microscopului standard.

Conform rezultatelor studiilor, am luat o decizie de a trata suspensiile de nanoparticule pentru perioade diferite. Nanoparticulele cu dimensiunea de 103 ± 2 nm au fost supuse tratamentului cu ultrasunete în decurs de 30 de minute. Au fost obținute aglomerate de nanoparticule cu o dimensiune de 937 ± 24,6 nm după tratamentul cu ultrasunete timp de 20 de secunde.

In vivo Studii

Studiile au fost efectuate in vivo pe puii broiler „Smena-7” în clinica biologică experimentală a Universității de Stat din Orenburg. Cercetările experimentale pe animale au fost efectuate conform Regulamentelor rusești (1987) și „Ghidul pentru îngrijirea și utilizarea animalelor de laborator” (National Academy Press Washington, D.C., 1996).

Un total de 150 de găini de o zi de la turma „Smena-7” au fost cumpărate de la crescătorul fermei de producție de păsări „Orenburgskaya”. S-au format patru grupuri de 30 de pui broiler pe baza rezultatelor monitorizării creșterii și dezvoltării pe 10 zile. Toți puii au fost adăpostiți și hrăniți în aceleași condiții. La vârsta de 14 zile, puii au primit 1 injecție intramusculară în coapsa nanoparticulelor de cupru (103 ± 2 nm; Grupa I), aglomerate de nanoparticule de cupru (937 ± 24,6 nm; Grupa II), microparticule de cupru (40 ± 0,5 nm; Grupa III), sau ser fiziologic steril (Grupa IV (martor)) 200 μl pe cap. Fiecare aglomerat are aproximativ 9,08 ± 0,25 particule, cu diametrul de 103 ± 2 nm. Soluțiile de cupru pentru injecții au fost preparate prin amestecarea nanoparticulelor (sau microparticulelor) cu soluție salină fiziologică la un volum de 200 μl. Preparatul rezultat a fost sterilizat cu lumină ultravioletă și apoi tratat cu ultrasunete [frecvență 35 kHz, putere sonoră - 300 (450) W, amplitudine de oscilație - 10 mic]. Tratamentul cu ultrasunete a fost de 30 de minute pentru grupele I și III și de 20 de secunde pentru grupa II.

Puii de pasăre au fost hrăniți și adăpostiți conform recomandărilor [12]. Puii au fost hrăniți cu hrană completă pe tot parcursul studiului. Compoziția dietei pentru perioada 14-21 de zile: grâu –32,4%, porumb - 17,3%, grâu turtit - 10%, făină de soia - 20%, făină de floarea soarelui - 10%, gluten de porumb - 4%, ulei din semințe de floarea soarelui - 5%, sare - 0,3%, făină de calcar - 1%.

Compoziția dietei pentru perioada de la 21 la 35 de zile: grâu - 34,7%, porumb - 10%, grâu brad - 15%, făină de soia - 20%, făină de floarea soarelui - 10%, gluten de porumb - 4%, ulei de semințe de floarea soarelui - 5%, sare - 0,3%, făină de calcar - 1%. Puii au fost asigurați ad libitum acces la apă la băuturile de mamelon. Puii au fost cântăriți zilnic pe durata experimentului.

Păsările au fost sacrificate la vârsta de 15, 21 și 35 de zile (n = 5 pentru fiecare punct de timp). Aceste puncte de timp au corespuns la 1, 7 și, respectiv, 21 de zile după injectarea cu Cu. Conținutul de masă al aminoacizilor din ficat a fost determinat prin electroforeză capilară. Probele au fost preparate după cum urmează: țesuturile hepatice au fost omogenizate, uscate la 60-70 ° C și măcinate. Apoi, a fost efectuată hidroliza acidă și alcalină (numai pentru triptofan) a probelor de ficat obținute. Hidroliza a avut loc la 110 ° C în decurs de 14-16 ore. Probele au fost filtrate după finalizarea hidrolizei acide (nu s-a efectuat nicio filtrare după hidroliza alcalină). Hidrolizatele au fost amestecate cu reactivi și evaporate sub un flux de aer cald, iar reziduul uscat a fost dizolvat în apă distilată și centrifugat. Supernatantul obținut a fost studiat prin electroforeză capilară.

Pentru a determina indicii morfologici, sângele a fost colectat în tuburi de vid. Pentru indicii biochimici, s-au folosit tuburi de vid cu un activator al cheagurilor. Concentrațiile de eritrocite, trombocite și monocite au fost determinate folosind un analizor automat de hematologie (URIT-2900 Vet Plus, URIT Medial Electronic Co., China). Concentrațiile de cupru și proteine ​​totale au fost determinate folosind un sistem Sobas-8000 (Roche).

Prelucrarea statistică a datelor a fost efectuată utilizând pachetul software Statistica 6.0. Valorile calculate au inclus valoarea medie aritmetică (M) și eroarea standard a mediei (m). Rezultatele cu P ≤ 0,05 au fost considerate semnificative.

Diferențele în dinamica greutății vii după injectarea de cupru au fost demonstrate în studii in vivo sunt prezentate în Figura 1.

După introducerea cuprului, greutatea vie în grupa I a fost semnificativ mai mare valorile martor cu 8,4 (P ≤ 0,01)% după 1 zi, cu 9,02 (P ≤ 0,01)% după 10 zile și cu 5,07 (P ≤ 0,01)% după 21 de zile. Diferența maximă în greutatea vie (6,5%; P ≤ 0,01) a fost observată în a șaptea zi după injectarea de aglomerate de nanoparticule de cupru. Injecția microparticulelor de cupru a fost însoțită de o creștere a greutății vii la 16 zile după injectare (+ 9,1%, P ≤ 0,01). Preparatul care conține microparticule de fier a avut cel mai mic efect asupra creșterii. Aceste modificări au fost observate la doar 3 săptămâni după injectarea microparticulelor (+7 până la 8%, P (0,01).

Dimensiunea particulelor influențată de concentrația de proteină brută în serul din sânge de pui, este confirmată de studiile anterioare [13]. Nanoparticulele de cupru au promovat creșterea proteinelor în serul sanguin pe parcursul întregului experiment: la 1 zi (2,9%; Р ≤ 0,05) și 7 zile (20,5%; Р ≤ 0,01) și la 21 de zile (15,9%; Р ≤ 0,01) după administrare. Aglomeratele și microparticulele de nanoparticule au influențat concentrația de proteine ​​din ser pentru o perioadă mai lungă în decurs de 7-21 de zile, după cum se arată în Tabelul 1.

Tabelul 1: Conținutul de proteină brută, ceruleoplasmină și cupru în serul sanguin al puiului de pui

grup

Zile după injectare

1

P

7

P

21

P

* valorile dintr-un rând diferă semnificativ la P ≤ 0,05; ** valorile dintr-un rând diferă semnificativ la P 0,01; *** valorile dintr-un rând diferă semnificativ la P ≤0.001

Preparatele utilizate au fost caracterizate de disponibilitatea diferită a cuprului. Poate fi confirmat prin modificări ale nivelului de cupru în serul sanguin al găinilor. Cu cât dimensiunea particulelor este mai mică în pregătire, cu atât conținutul de cupru crește mai rapid în sânge. Crește în grupa I cu 9,9 (Р ≤ 0,001)% la 1 zi după injecție și cu 4,3 (Р ≤ 0,05)% la 7 zile după injecție. În grupa II, creșterea a fost de 5,0 (P ≤ 0,001)% la 7 zile după injectare. Microparticulele au avut o acțiune prelungită. Creșterea cuprului din serul sanguin cu 8,0 (Р ≤ 0,001)% a fost observată în grupa III la numai 21 de zile de la injectare.

Nu s-au observat diferențe în nivelul ceruleoplasminului după injecțiile cu preparate de cupru.

Concentrațiile de hemoglobină și eritrocite la o zi după introducerea nanoparticulelor de cupru au crescut cu 34,1%, respectiv 21,3%, numai în grupa I. O influență similară a nanoparticulelor asupra parametrilor sanguini a fost observată în studiile cu nanoparticule de aur efectuate de Ghahnavieh și colab. [14] și Orobchenko și colab. [15].

Nivelul trombocitelor a fost semnificativ diferit după utilizarea aglomeratelor de nanoparticule de cupru. A scăzut cu 31,1 (Р ≤ 0,01)% la 1 zi și cu 44,8 (Р ≤ 0,01)% la 7 zile după injectare, după cum se arată în Tabelul 2.

Influența preparatelor asupra nivelului limfocitelor nu a diferit. Concentrația limfocitelor a crescut semnificativ în toate grupurile experimentale în prima săptămână a studiului. Grupa II este o excepție, concentrația limfocitelor a crescut cu 13,1 (P ≤ 0,05)% 21 de zile după injectare. Cu nano- și microparticulele au promovat modificări ale conținutului de monocite și granulocite în prima zi după injectare. Aglomeratele au crescut aceste valori până la 7 zile.

Tabelul 2: Valorile sanguine ale găinilor după administrarea de nano-, microparticule și nanoparticule de aglomerate de cupru

Zile după injectare

1

P

7

P

21

P

* valorile dintr-un rând diferă semnificativ la P ≤ 0,05; ** valorile dintr-un rând diferă semnificativ la P 0,01; *** valorile dintr-un rând diferă semnificativ la P ≤0.001

S-a estimat compoziția de aminoacizi a ficatului. Nu au existat modificări semnificative în comparație cu cele din grupul de control, cu excepția argininei așa cum se arată în Figura 2.

O creștere a conținutului de Arg s-a constatat în grupa I la 1 zi după injectarea preparatului de cupru 2,8 (Р ≤ 0,05)%. O creștere de 4,38% și 2,08% (P ≤ 0,05) a fost observată în grupul I și, respectiv, II, la 7 zile după injectare. O creștere a Arg a fost observată în grupa III la 21 de zile după injecție 4,56 (P (0,05).

Analiza datelor obținute atestă efectele biologice similare ale particulelor de cupru cu dimensiuni cuprinse între 100 nm și 40 mcm. În același timp, efectele biologice ale preparatelor sunt strâns legate de dimensiunile particulelor. În mod regulat, particulele relativ mai mici oferă efecte biologice anterioare. Acesta poate fi confirmat de creșterea concentrației de cupru în serul sanguin după utilizarea nanoparticulelor la 1 zi după injectare. O creștere similară a fost observată la 7 zile după injectarea aglomeratelor, iar microparticulele de cupru la 21 de zile după injectare.

Diferențele în acțiunea particulelor de diferite dimensiuni asupra concentrației de hemoglobină și eritrocite din sânge au fost demonstrate anterior [16, 17].

În studiile noastre s-a stabilit că perioada de creștere a concentrației de Arg în ficat depinde de mărimea particulelor. Poate fi explicat prin faptul că arginina este strâns legată de stresul oxidativ și inflamația [18, 19]. Este bine cunoscut faptul că suprafața crescută a preparatelor cu dimensiunea particulelor în scădere îmbunătățește capacitatea de a genera specii reactive de oxigen [20, 21]. Acest lucru poate explica faptul că concentrația de arginină în ficat a crescut după administrarea nanoparticulelor la 1-7 zile. După introducerea microparticulelor a crescut doar cu 21 de zile.

Analiza efectului stimulator al creșterii preparatelor demonstrează legătura strânsă dintre intensitatea creșterii găinilor și concentrația de arginină în ficat. Este de remarcat faptul că arginina este factorul principal pentru maximizarea potențialului de creștere la animalele tinere [22, 23].

Efectele L-Arg de creștere a creșterii sunt asociate cu o schimbare a echilibrului energiei consumate și utilizate pentru arderea grăsimilor și o scădere a producției de grăsime albă. L-Arg stimulează biogeneza mitocondrială și producția de țesut adipos maro [24]. Anterior [25] s-a observat (Cobb 500) că suplimentarea dietetică cu L-Arg a redus conținutul de grăsime abdominală prin modularea metabolismului lipidic la pui.

Creșterea concentrațiilor de Arg hepatic poate rezulta din sinteza activă a macrofagelor ca răspuns la introducerea particulelor de fier. Se știe că sinteza poliaminelor și a proteinelor care conțin Arg favorizează proliferarea monocitelor și limfocitelor [26].

În studiile noastre, cantitatea de monocite a crescut semnificativ cu o zi după injectarea de: nanoparticule de cupru cu 42,9%, aglomerate cu 37,9%, microparticule cu 44,1% comparativ cu martorul.

O creștere similară a limfocitelor a fost de 32,1; 39,3 și respectiv 12%. Datele noastre sunt în concordanță cu rezultatele altor autori [27, 28], care în cercetările lor au arătat capacitatea nanoparticulelor de metal și a compușilor lor de a stimula răspunsul imunitar.

Mecanismul care stă la baza sintezei crescute de Arg poate fi declanșat în mai multe moduri, printre care stimularea metabolismului și sinteza oxidului nitric (NO). Homeostazia de cupru și producția de oxid nitric (NO) sunt legate invers [29, 30].

Concluzii

Studiile efectuate au arătat diferențele de timp în acțiunea particulelor de cupru fin dispersate asupra organismului găinilor de pui. Injecțiile intramusculare de nanoparticule de cupru stimulează rapid creșterea și modificările metabolice. Aglomeratele de nanoparticule și microparticulele promovează efectul similar, dar este extins.

Recunoaștere Cercetarea a fost făcută cu sprijinul financiar al rusului


Această lucrare este licențiată sub o licență internațională Creative Commons Attribution 4.0.