Ученые приблизились к определению минимальной дозы наномеди, опасной для организма

12:22, 19 сентября 2023

Это поможет в разработке методов ранней диагностики отравлений и патологий

Исследования проводили на самцах белых крыс. Фото: Юлия Рябова.

Ученые из России и Германии изучили влияние наночастиц оксида меди на организм лабораторных животных и приблизились к определению минимальной дозы наномеди, опасной для организма. Выводы исследователей могут быть использованы для разработки методов ранней диагностики отравления наномедью и вызываемых ею патологических состояний. Статья с описанием содержания и результатов работы опубликована в журнале Scientific Reports. Исследования поддержаны Министерством науки и высшего образования РФ в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

В токсикологическом эксперименте самцов белых крыс подвергали воздействию наночастиц оксида меди в течение шести недель. Суммарная доза составила 18 и 36 миллиграммов на килограмм веса соответственно для каждой опытной группы. Выбор доз определялся тем, что введение большего количества наночастиц приводило бы к известным и выраженным негативным последствиям для организма животных, в то время как в этот раз перед учеными стояла задача отследить ранние изменения на более глубоких — геномном и молекулярном — уровнях.

После воздействия токсиканта исследователи проанализировали изменения в крови и во внутренних органах животных. Анализ показал, что в ядросодержащих клетках крови снизилась концентрация сукцинатдегидрогеназы (СДГ) — фермента, расположенного во внутриклеточных структурах, митохондриях, которые отвечают за производство энергии в клетке. Нарушение нормального функционирования митохондрий негативно сказывается не только на клеточных процессах, но и на работе всего организма. Так, дисфункция митохондрий считается ключевым фактором запуска и развития множества заболеваний, включая нейродегенеративные (болезни Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона) и онкологические.

«Важно, что эффект от воздействия повреждающих агентов (это как сами наночастицы, так и оксидативный стресс, который они вызывают) проявлялся даже при введении испытанных доз нанооксида меди. Нам удалось зафиксировать некоторые предпосылки к развитию митохондриальной дисфункции. Негативное воздействие на нервную систему экспериментальных животных, вероятно, реализуется через первоначальное влияние нанооксида меди на экспрессию генов», — комментирует Юлия Рябова, сотрудник лаборатории «Стохастический транспорт наночастиц в живом организме» УрФУ и отдела токсикологии и биопрофилактики Екатеринбургского медицинского научного центра профилактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий.

В описываемых исследованиях проявлялись нейродегенеративные эффекты, связанные, как полагают ученые, с нарушением работы гиппокампа — органа, участвующего в формировании навигационных способностей и эмоций, внимания и памяти.

«Кроме того, повреждения затронули печень и почки лабораторных животных. Мы увидели это как на клеточном уровне, так и на уровне отдельных органов и всего организма, — подчеркивает Юлия Рябова. — Так, функции печени были нарушены, а в ее клетках зафиксированы дистрофические процессы. Наблюдались изменения, которые косвенно указывали и на повышение риска развития тромбозов, нарушения в работе иммунной системы и возникновение воспалительных процессов в организме».

На основании наблюдений ученые сделали вывод, что суммарная доза наночастиц оксида меди в объеме 18 мг/кг массы тела (или всего лишь 1 мг/кг, вводимого три раза в день в течение шести недель), приближается к пороговому значению для крыс.

«Хорошо изучены эффекты от воздействия на живой объект высоких доз наночастиц меди. Однако сейчас во всем мире развивается тенденция к снижению уровня химической нагрузки на человека. Модернизация предприятий, совершенствование технологий, повышение эффективности систем фильтрации воздуха на производстве ведут к сокращению выбросов промышленностью загрязняющих веществ. Эти процессы требуют проверки воздействия на здоровье других, ранее не исследованных доз наночастиц меди. С одной стороны, это позволяет определить пороговые значения, ниже которых вредные эффекты не обнаруживаются, с другой — в перспективе наши исследования могут быть использованы в разработке методов ранней диагностики отравления медью и вызываемых ими патологических состояний», — объясняет Юлия Рябова значение проведенных исследований.

Помимо представителей УрФУ и ЕМНЦ профилактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий в работе приняли участие сотрудники Уральского государственного медицинского университета, а также Йенского университета (Германия).

Справка

Медь является полезным для организма элементом, в то же время ее избыток может быть чрезвычайно опасен для здоровья. Научная литература изобилует данными о возможных механизмах неблагоприятного воздействия меди на микроорганизмы, теплокровных животных (мышей, крыс) и клетки человека. Воздействие наночастиц меди на человека происходит во многих отраслях промышленности, включая металлургию, производство литий-ионных аккумуляторов, полиграфию. Предыдущие научные исследования показали, что наночастицы оксида меди, которые вводили лабораторным крысам, вызывали существенные изменения в составе крови, в активности антиоксидантных ферментов, патологические нарушения в костном мозге, селезенке, почках, печени, фрагментацию геномной ДНК.

Александр Задорожный