ДОСЛІДЖЕННЯ НА РІЗНИХ МОДЕЛЯХ БІОЛОГІЧНИХ ЕФЕКТІВ КОМПОНЕНТІВ КОМПЛЕКСНОГО ВПЛИВУ (ФОТООПРОМІНЮВАННЯ; ЕКЗОСОМИ МЕЗЕНХІМАЛЬНИХ СТОВБУРОВИХ КЛІТИН ТА НАНОЧАСТИНКИ) ДЛЯ КОРЕКЦІЇ ЗАПАЛЬНОГО ПРОЦЕСУ

Автор(и)

  • О. М. Клімова ДУ «Інститут загальної та невідкладної хірургії ім. В. Т. Зайцева НАМНУ», діагностична лабораторія з імуноферментним та імунофлуоресцентним аналізом; Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, кафедра молекулярної біології та біотехнології, Україна https://orcid.org/0000-0002-4007-6806
  • К. О. Биченко ДУ «Інститут загальної та невідкладної хірургії ім. В. Т. Зайцева НАМНУ», діагностична лабораторія з імуноферментним та імунофлуоресцентним аналізом; Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, кафедра молекулярної біології та біотехнології, Україна https://orcid.org/0000-0001-7885-7715

DOI:

https://doi.org/10.18524/2077-1746.2023.1(52).284691

Ключові слова:

імунітет, фотоопромінювання, етапи запалення, культура клітин, екзосоми, стовбурові клітини, проліферативна активність, наночастинки діоксиду церію, біоіндикатор D. viridis, цитотоксичність

Анотація

Вступ. Ведеться пошук нових оптимальних методів для лікування хронічних запальних процесів через зростаючу антибіотикорезистентність. Використовують фізичні, біологічні та хімічні фактори, що на корекцію запального процесу. Як фізичні чинники широко використовують різні джерела фотовпливу. Але лікувальні ефекти застосування фотодії суперечливі та не вивчені механізми впливу різних довжин хвиль на імунну відповідь. Іншим засобом для корекції метаболічних порушень та стимуляції регенеративних процесів е успішне застосування стовбурових клітин різного походження, але не розроблені локальні протоколи для лікування запальних процесів за допомогою стовбурових клітин. Для лікування запальних процесів,  стимуляції  мікроциркуляції та регенерації і як антиоксидант застосовують різні наночастинки. Але існують суперечливі відомості про біологічну дію цих факторів. І застосування всіх цих факторів супроводжується постійною дискусією про можливі механізми їх впливу на динаміку локальних та системних запальних процесів і біологічну безпеку наночастинок, у котрих не визначені допустимі дози та оптимальні розміри, які не мають високого ступеню  цитотоксичності.

Актуальним є дослідження механізмів зміни імунорезистентності під впливом різних довжин хвиль діапазону видимого світла протягом основних етапів запального процесу та оцінки з'ясування потенційної можливості екзосом, що містять екзометаболіти стовбурових клітин стимулювати проліферативний потенціал імунокомпетентних клітин пацієнтів з хронічним запаленням.

У роботі виконано експериментальні дослідження на 3-х моделях. На моделях індукованого запалення вивчали імунорезистентність на стадіях запального процесу після дії різних довжин хвиль (l = 660 нм, 530 нм, 470 нм).

У роботі першому етапі запалення (інфільтрації) виявили активацію вродженого імунітету після дії червоного світла (l = 660 нм) в експериментальних тварин з індукованої запальної реакції показники були вищими, ніж з групою порівняння у тварин із запаленням без фотовпливу. Зелене світло (l = 530 нм) призводило до нормалізації показників клітинного та зниження гуморального імунітету на другому етапі запалення (ексудації). Синє світло (l = 470 нм) сприяло зниженню досліджуваних показників імунітету на третьому етапі запалення (проліферації). У кожній групі тварин після впливу певної довжини хвилі терміни етапів запалення скоротилися відносно групи порівняння (тварини з індукованим перитонітом без впливу).

У культурі клітин пацієнтів з хронічними запальними процесами виявили виражену стимулюючу дію після дії екзосом стовбурових клітин на проліферативну активність в порівнянні з мітогеном ФГА. Дослідження цитотоксичності з застосуванням клітинного біоіндикатора D. viridis наночастинок діоксиду церію з різними характеристиками дозволило виявити оптимальну концентрацію та розміри наночастинок (2 нм, 0,01М), які не виявляють цитотоксичної дії.

Комплексне застосування фотовпливу екзосом СК та наночастинок дозволять розробити нові лікувальні протоколи для корекції різних порушень гомеостазу на етапах запального процесу.

Мета роботи – вивчити біологічні ефекти різних довжин хвиль фотоопромінювання; екзосом з метаболітами стовбурових клітин та цитотоксичність різних концентрацій наночастинок діоксиду церію на експериментальних моделях для їх практичного поетапного застосування на стадіях запалення

Матеріал і методи. В роботі досліджували показники імунорезистентності після фотоопромінювання та впливу екзосом стовбурових клітин на експериментальних моделях та об'єктах. Досліджували можливу цитотоксичну активність наночастинок діоксиду церію різної концентрації та різних розмірів з використанням клітинного біоіндикатора D. viridis.

Результати.  Після впливу червоного світла (λ = 660 нм) виявили на 1-му етапі запальної реакції активацію фагоцитозу, стимуляцію утворення циркулюючих імунних комплексів (ЦІК) і посилення лімфоцитотоксичності (ЛЦТ). Після спільного застосування зеленого світла (λ = 530 нм) та аплікації екзосом на 2-й фазі запальної реакції виявили максимальний позитивний ефект і імунної відповіді, що проявлялось збільшенням поглинальної здатності нейтрофілів, зниженням ЦІК та ЛЦТ. Застосування синього світла (λ = 470 нм) на ІІІ етапі  запальної реакції сприяло завершенню запального процесу.

Встановлено, що екзометаболіти стовбурових клітин виявляють виражену активацію проліферації в культурі лейкоцитів in vitro. Екзосоми мають здатність активувати ангіогенез, проліферацію, міграцію та диференціацію основних типів клітин, що беруть участь у регенерації запальних процесів. При культивуванні лімфоцитів периферичної крові in vitro у пацієнтів із хронічним запальним процесом виявили низьку спонтанну проліферативну активність клітин, тоді як з використанням екзосом СК проліферативний ефект був достовірно вищим. Отже, фактори мікрооточення, що знаходяться в екзосомах, стимулювали синтетичну активність лімфоцитів, що культивуються.

Наночастинки діоксиду церію розміром 2 нм і в концентрації 0,01 М не мають цитотоксичності (Кц =2,8 ± 0,09) ум. од., а наночастинки збільшених розмірів від 4 до 6 нм у концентрації 0,1 М мають високий рівень цитотоксичності (Кц = 7,2 ± 0,31) ум. од.

Висновок. Проведені нами дослідження на моделях: І - експериментальних тварин із ЛПС-індукованим перитонітом. Виявили кореляцію з зміною ефектів разних довжин хвиль на показники імунорезистентності; ІІ - культурі лейкоцитів периферичної крові in vitro. Застосування екзосом з екзометаболітами мезенхімальних стовбурових клітин індукує проліферативну активність in vitro у культурі клітин пацієнтів із хронічним запаленням; III модель - досліджували можливу цитотоксичну активність наночастинок діоксиду церію різної концентрації та різних розмірів з використанням клітинного біоіндикатора D. viridis.

Посилання

  1. Bozhkov A. I., Klimova E. M., Boyko V. V., Menzyanova N. G., & Drozdova L. A. (2002) Relationship of clinical forms of myasthenia gravis with the frequency of occurrence of the HLA-DR phenotype and the development of a cellular biosensor for its assessment pathologies, Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 3, pp. 161–166.
  2. Boyko V. V., Ivanova Yu. V., & Golovina O. A. (2016) Antibiotic resistance of the main pathogens of intraabdominal infection (literature review and own research), Surgery of Ukraine, 4, pp. 108–116.
  3. Boyko V. V., Ivanova Yu. V., Klimova E. M., Korobov A. M. et al. (2018) Treatment of wounds in patients with critical ischemia of the lower extremities on the background of diabetes mellitus. Kharkiv Surgical School, 1(88), pp. 41–46.
  4. Hrynevych Yu. A., & Alferov L. N. (1981) Determination of immune complexes, Laboratory work, 8, pp. 493–496.
  5. Devyatov V. A., & Petrov S. V. (1992) Microbial seeding of wounds and prevention of purulent complications, Surgery, 7–8, pp. 70–74.
  6. Ivanova Yu. V., Mushenko E. V., Klimova E. M., Korobov A. M. et al. (2017) Wound treatment using photodynamic therapy and modern wound dressings. Mater. XLVII international scientific and practical Conf. “Application of lasers in biology and medicine”, Kyiv, pp. 48–49.
  7. Klimova E. M., Bychenko E. A., Korobov A. M., Kordon, T. Y., & Lobyntseva G. S. (2021) Effect of photoirradiation with different wavelengths on stages of inflammation and stimulation of proliferation by exosomes of stem cells in the experiment, Clinical informatics and telemedicine, 17, pp. 100–117.
  8. Klimova E. M., Korobov A. M., Ivanova Yu. V. et al. (2017) Changes in immunoreactivity in patients with purulent-septic wounds of the lower extremities on the background of type II diabetes mellitus after light exposure, Photobiology and photomedicine, 1(2), pp. 64–72.
  9. Klimova E. M., Korobov A. M., Lavinskaya E. V., & Drozdova L. A. (2017) Activation of regenerative processes and normalization of immunoresistance in patients with trophic ulcers after the combined effect of light exposure and platelet growth factor, Proceedings of XLVII int. scientific and practical. conf. “Application of lasers in biology and medicine”, pp. 41–42.
  10. Klimova E., Lavinskaya E., & Bychenko E. (2021) Determination of the degree of cytotoxicity of cerium dioxide nanoparticles using a cellular test system, V International scientific and practical conference “World Science Problems, Prospects and innovation”, Toronto, pp. 700–704.
  11. Kovalchuk L. V. (2015) Immunology. Practicum: Heading guide, Geotar-Media, 194 p.
  12. Korobov A. M. (2003) New technique for the latest technologies of light therapy. Proceedings of the XX International Scientific and Practical. Conference. “Application of lasers in medicine and biology”, Yalta, pp. 114–117.
  13. Masyuk N. P. (1973) Morphology, taxonomy, ecology, geographical distribution of the genus Dunaliella Teod. and prospects for its practical use, Kyiv: Nauk. dumka, 243 p.
  14. Mayansky D. N, & Ursov I. G. (1997) Lectures on Clinical Pathology: A Guide for Physicians, Novosibirsk, 249 p.
  15. Method for biosensoric indication of cytotoxic factors of biological and chemical nature: Pat. G01N33/15, C12Q1/04, C12M1/34. No. 08958 Ukraine; dec. 08/28/2009; publ. 10.03.2010 Bull. No. 5.
  16. Al-Watban F. A. H. (2009) Laser therapy converts diabetic wound healing to normal healing, Photomedicine and Laser Surgery, 27(1), pp. 127–135. https://doi.org/10.1089/pho.2008.2406
  17. Andaloussi S., Mager I., Breakefield X. O., & Wood M. J. A. (2013) Extracellular vesicles: Biology and emerging therapeutic opportunities, Nat. Rev. Drug Discov., 12, pp. 347–357. https://doi.org/10.1038/nrd3978
  18. Bozhkov A. I., Klimova E. M., Nikitchenko Yu. V., Davydov V. V., Zvyagintseva O. V., Kurguzova N. I., Sidorov V. I., & Naglov A. V. (2014) Stem cells take part in regulation of prooxidant activity and immunity at liver fibrosis, American Journal of Biomedical and Life Sciences, 2(6–1), pp. 5–12. https://doi.org/10.11648/j.ajbls.s.2014020601.12
  19. Conlan M. J. (1996) Biostimulation of wound healing by low-energy laser irradiation: a review, J Clin. Periodontology, 23(5), pp. 492–496. https://doi.org/10.1111/j.1600-051x.1996.tb00580.x
  20. Chen A. C., Arany P. R., & Huang Y. (2011) Low-Level laser therapy activates NF-kB via generation of reactive oxygen species in mouse embryonic fibroblasts, PLoS One, 6(7), pp. 256–261. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0022453
  21. Houreld N. N., & Abrahamse H. (2007) Effectiveness of helium-neon laser irradiation on viability and cytotoxicity of diabetic wounded fibroblast cells, Photomed. and Laser Surg., 25(6), pp. 474–481. https://doi.org/10.1089/pho.2007.1095
  22. Karu T. (2003) Low power laser therapy, Biomedical photonics handbook, CRC Press, LLC, pp. 48-1–48-25.
  23. Klimova E. M., Bozhkov A. I., Bychenko E. A., Lavinskaya E. V., Zholobak N. M., & Korobov A. M. (2019) Characteristics of the response of the Microalga (Dunaliella viridis) for cerium compounds in culture. Regulatory mechanisms in biosystems Biosyst. Divers., 27(2), pp. 142–147. https://doi.org/10.15421/011919
  24. Klimova E. M., Korobov A. M., Bozhkov A. I., Lesnaya T. A., Lavinskaya E. V., Bуchenko E. A., & Agarkova A. N. (2012) Nonspecific resistance factors and humoral immunity indicators animals blood with experimental peritonitis after visible light irradiation λ=595. Photodiagnosis and photodynamic therapy, Helsinki, Finland. 527 p.
  25. Klimova E. M., Korobov A. M., Bychenko E. A., Drozdova L. A., Lavinskaya E. V., Kordon T. I., & Ivanova Yu. V. (2019) Mechanisms of immunocorrective action of complex treatment using photodynamic, cell and tissue therapy in patients with purulent wounds of the lower extremities, Conference Proceedings. International Conference on Advanced Optoelectronic and lasers, Sozopol, pp. 107–112.
  26. Nunan R., Harding K. G., & Martin P. (2014) Clinical challenges of chronic wounds: searching for an optimal animal model to recapitulate their complexity, Dis. Model Mech., 7, pp. 1205–1213. https://doi.org/10.1242/dmm.016782
  27. Ottawa O. N. (2013) Optimal Care of Chronic, Non- Healing, Lower Extremity Wounds. A Review of Clinical Evidence and Guidelines. Canadian Agency for Drugs and Technol. in Health. Dec 17. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24741724/
  28. Richmond N. A, Maderal A. D., & Vivas A. C. (2013) Evidence- based management of common chronic lower extremity ulcers, Dermatol. Ther., 26, pp. 187–196. https://doi.org/10.1111/dth.12051
  29. Terasaki P. I., & Melelland J. D. (1964) Microdroplet assay of human serum cytotoxins, Nature, 204, pp. 998–1000. https://doi.org/10.1038/204998b0

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-08-16

Як цитувати

Клімова, О. М., & Биченко, К. О. . (2023). ДОСЛІДЖЕННЯ НА РІЗНИХ МОДЕЛЯХ БІОЛОГІЧНИХ ЕФЕКТІВ КОМПОНЕНТІВ КОМПЛЕКСНОГО ВПЛИВУ (ФОТООПРОМІНЮВАННЯ; ЕКЗОСОМИ МЕЗЕНХІМАЛЬНИХ СТОВБУРОВИХ КЛІТИН ТА НАНОЧАСТИНКИ) ДЛЯ КОРЕКЦІЇ ЗАПАЛЬНОГО ПРОЦЕСУ. Вісник Одеського національного університету. Біологія, 28(1(52), 118–135. https://doi.org/10.18524/2077-1746.2023.1(52).284691

Номер

Том 28 № 1(52) (2023)

Розділ

ФІЗІОЛОГІЯ ЛЮДИНИ ТА ТВАРИН

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).

Публікація праць в Журналі здійснюється на некомерційній основі. Комісійна плата за оформлення статті не стягується.