Введение к работе
Актуальность исследования
В настоящее время наноструктуры широко применяются в различных областях биомедицины для визуализации различных биообъектов и доставки лекарственных средств; для усиления контрастирования и повышения диагностической чувствительности при проведении магнитной резонансной томографии; целевой доставки и специфического связывания терапевтических препаратов с клетками, тканями и органами; гипертермии с помощью переменного магнитного поля; тканевой инженерии (Laurent S., Forge D., Port M., 2010).
Уникальные особенности наночастиц, такие как высокая поверхностная активность, стабильность биомолекулярного поглощения, изменения физико-химических свойств под влиянием физических полей, их небольшие размеры, сопоставимые с биомолекулами, выраженность магнитных свойств и биосовместимость, с одной стороны, открывают широкие возможности для их применения, а с другой – являются возможными причинами для неблагоприятных последствий (Weissleder R., Stark D.D., Engelstad B.L., 1989, Chin A.B., Yaacob I.I., 2007).
По мнению Г.Г.Онищенко (2007), несмотря на то, что наноматериалы в мире используются уже более 10 лет, ни один вид наночастиц не был изучен в полном объеме на безопасность ни в одной из стран мира. Учитывая, что нанотехнологии относятся к новым и далеко не полностью освоенным областям науки, необходимость изучения возможных побочных эффектов является весьма актуальной. Кроме этого, в литературе практически отсутствуют данные относительно структурных и функциональных изменений, возникающих во внутренних органах лабораторных животных при различных методах введения магнитоуправляемых наночастиц.
Цель исследования: Выявить и оценить морфологические изменения во внутренних органах и опухоли у лабораторных крыс с перевиваемым раком печени РС-1 при введении наночастиц железа.
Задачи исследования:
Изучить морфологические изменения во внутренних органах и тканях лабораторных крыс при однократном внутримышечном и пероральном введении непокрытых оболочкой наночастиц.
Провести сравнительный анализ развивающихся морфологических изменений в органах при однократном внутримышечном и пероральном введении покрытых цитратом наночастиц железа.
Изучить морфологические изменения во внутренних органах лабораторных животных при введении наночастиц железа, покрытых цитратной оболочкой: при однократном и многократном внутрибрюшинном, многократном пероральном и однократном внутривенном введении.
Провести сравнительный анализ эффекта накопления наночастиц в ткани опухоли и оценить их влияние на опухолевые клетки при различных методах введения.
Выявить наиболее предпочтительный путь введения и дозировку наночастиц железа для усиления контрастности опухоли при проведении магнитно-резонансной томографии.
Научная новизна. В эксперименте изучены особенности влияния непокрытых и покрытых цитратом наночастиц железа на органы здоровых лабораторных животных и крыс с перевитой опухолью рака печени РС-1. Дана оценка характера и направленности патологических процессов, возникающих в результате воздействия данных наночастиц. Разработан комплекс морфометрических параметров для ряда органов с целью оценки развивающихся в них патологических процессов. Проведен сравнительный анализ между количеством наночастиц, накопившихся в опухоли, и патоморфозом опухолевой ткани при различных методах введения. Установлены оптимальные методы введения и эффективные дозировки наночастиц железа для усиления визуализации опухоли методом магнитно-резонансной томографии.
Теоретическое и практическое значение работы
Результаты проведенной работы дополняют современные представления о характере и динамике развития изменений во внутренних органах и опухоли при воздействии наночастиц железа и об их возможном накоплении в перевиваемых опухолях. Разработанный комплекс морфометрических параметров для ряда органов с целью оценки их состояния позволяет объективно оценить возможности токсического воздействия наночастиц на организм животных, что может применяться в лабораториях по исследованию токсичности новых лекарственных средств и веществ.
Установленные оптимальные методы введения и эффективные дозировки наночастиц железа могут применяться при проведении экспериментальных исследований для усиления визуализации опухоли методом магнитно-резонансной томографии.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.Непокрытые наночастицы железа при внутримышечном и пероральном введении вызывают выраженные морфологические изменения как в месте введения, так и во внутренних органах, что делает их применение нецелесообразным в тераностике опухолей.
2.Покрытые цитратом наночастицы железа при пероральном и внутримышечном способах введения вызывают в органах и тканях менее выраженные морфологические изменения, зависящие от продолжительности их введения и дозировки.
3.При внутрибрюшинном методе введения наночастицы железа вызывают низкий цитотоксический эффект, однако не накапливаются в опухоли, что делает данный метод введения нецелесообразным для усиления ее контрастности при магнитно-резонансной томографии.
4.Накопление покрытых цитратом наночастиц железа в перевиваемой опухоли происходит только при внутривенном введении, что подтверждается данными атомно - адсорбционной спектроскопии. При проведении МРТ эффект контрастирования проявляется при дозировке 16 мг/кг.
Внедрение результатов работы в практику
Полученные научные данные используются в учебном процессе на кафедрах патологической анатомии, гистологии, цитологии и эмбриологии ГБОУ ВПО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» Минздрава России, в научно-исследовательской работе НОЦ фундаментальной медицины и нанотехнологий НИИ фундаментальной и клинической уронефрологии ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России.
Апробация работы
Результаты диссертации доложены на 71-й и 72-й научно-практических конференциях «Молодые ученые здравоохранения» (Саратов, 2010, 2011); межрегиональной научной конференции с международным участием «Новые технологии в экспериментальной и клинической хирургии» (Саратов, 2011);
IV-м Международном конкурсе научных работ молодых ученых в области нанотехнологий в рамках НАНОФОРУМА (Москва, 2011); Локальном Саратовском кластере по биофотонике в рамках международной программы "Seventh Framework Programme" (Саратов, 2011); на III-й Всероссийской научно-практической конференции по «Наноонкологии» (Саратов, 2011); XI и XII Международной школе для студентов и молодых ученых по оптике, лазерной физике и биофизике «Saratov Fall Meeting» (Саратов, 2011, 2012).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 12 работ, 6 из которых в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Личный вклад соискателя в проведенное исследование
Автором лично проведены эксперименты и собран аутопсийный материал; сделан комплексный анализ результатов морфологического, морфометрического и иммуногистохимического методов исследования. Осуществлен мониторинг основных морфологических параметров во внутренних органах, проведена аналитическая и статистическая обработка полученных результатов; представлены научное обоснование и выводы; подготовлены материалы к публикации. Разработаны практические рекомендации, внедренные в учебный процесс и работу научно-образовательного центра фундаментальной медицины и нанотехнологий Саратовского государственного медицинского университета.
Объем и структура диссертации
