Эритробластические островки как модель для изучения

1
Эритробластические островки как модель для изучения воздействия
наночастиц на эритропоэз
Голуботовский Егор Владимирович, аспирант;
Лебедева Яна Евгеньевна, студентка
Южно-Уральский государственный медицинский университет (г. Челябинск)
Многими исследователями получены данные о том, что
терминальные стадии развития эритроидных клеток у
млекопитающих и человека осуществляются в эритробластических островках (ЭО) костного мозга, представляющих
собой ассоциацию клеток нескольких гемопоэтических линий. Основу ЭО составляет комплекс клеток эритроидной
и моноцитарной линий, но в «короне» островков обнаруживаются и лимфоциты, и гранулоциты [1, с. 45; 2, с. 30; 4,
с. 11]. Образование ассоциаций костномозговых макрофагов с эритроидными клетками-предшественницами происходит только в присутствии эритропоэтина, причем активация пролиферативной активности эритробластов и
фагоцитарной функции центральных макрофагов напрямую зависит от концентрации эритропоэтина в культуральной среде [5, с. 40; 7, с. 1191; 8, с. 67]. Межклеточные
взаимодействия в ЭО способствуют пролиферации, дифференцировке, созреванию эритробластов, поскольку центральные макрофаги активно синтезируют не только цитокины, но и компоненты внеклеточного матрикса [6, с. 83; 15,
с. 141; 16, с. 18]. Компенсационный реакция эритроидного
ростка кроветворения, возникающая в ответ на кровопотерю, гипоксию, введение экзогенного эритропоэтина в организм животного или в культуральную среду, действие стимулирующих эритропоэз соединений, всегда сопровождается увеличением доли ЭО с пролиферирующими клетками в «короне» (ЭО 1 класса зрелости и реконструирующихся островков) [3, с. 23; 9, с. 97; 10, с. 50]. Торможение
эритропоэза, напротив, характеризуется снижением интенсивности вовлечения КОЕэ в процесс образования ЭО,
уменьшением общего числа островков в костном мозге за
счет снижения количества (вплоть до исчезновения) островков с пролиферирующими клетками в «короне», подавлением митотической активности эритробластов, замедлением созревания клеток в ЭО [8, с. 67; 14, с. 353].
Сегодня нанотехнологии являются одной из наиболее
интенсивно развивающихся областей науки в самых разных отраслях, в том числе в медицине и фармации. На
смену технологическим процессам, связанным с манипуляциями микрочастицами, пришли процессы, позволяющие работать с наночастицами – материалами и веществами размерами меньше одного микрона. При таком
размере частиц, измеряемых в нанометрах, физикохимические свойства материалов существенно изменяются
или ими приобретаются абсолютно новые уникальные
качества. Это может касаться механических, электрических, температурных, магнитных, оптических и иных
свойств веществ. В настоящее время изучается возможность применения нанотехнологий практически во всех
областях медицины. Наночастицы предлагается использовать в качестве носителей лекарственных или контрастных
веществ в пораженные органы и ткани-мишени, при разработках новых активных препаратов используется фармацевтический потенциал определенных молекулярных
наносистем, наночастицы применяются в комбинации с
эффективным воздействием магнитных полей, лазерного
излучения, ультразвука и т.д. В то же время особенно остро встает вопрос и о возможной токсичности нанообъектов,
поэтому определение характера нежелательных последствий введения различных наночастиц стало очень актуальным. Необходимость проведения подобных исследований в отношении критичных по возможным последствиям
органов (головной мозг, костный мозг, репродуктивный и
выделительный тракты) отражена в Приказе Роспотребнадзора от 12.10.2007 №280 «Об утверждении и внедрении
методических рекомендаций «Оценка безопасности наноматериалов» и Постановлении Главного государственного
санитарного врача РФ от 31.10.2007 №79 «Концепция токсикологических исследований, методологии оценки риска,
методов идентификации и количественного определения
наноматериалов».
При изучении действия фуллеренола С60ОН24 и наносеребра на эритропоэз в ЭО были получены данные о том,
что эти наночастицы дозозависимо тормозят формирование новых островков в культуре [11, с. 56; 12, с. 72; 13, с. 113].
Фуллеренол не оказывал значимого влияния на модель
физиологического эритропоэза in vitro только в концентрации меньше 10 мкг/мл. Однако, если количество гидратированной формы фуллерена С60 составляло 10 или
100 мкг/мл культуральной среды, наблюдалось заметное
угнетение процессов комплексации КОЕэ со свободными
костномозговыми макрофагами, что приводило как к торможению процесса формирования новых ЭО (эритропоэза
de novo), так и к угнетению образования островков на базе
центральных макрофагов, уже участвующих в эритропоэзе
(эритропоэза de repeto). Внесение в культуральную среду
фуллеренола в концентрациях 10 или 100 мкг/мл приводило к снижению показателей вовлечения КОЕэ в дифференцировку и повторного вовлечения макрофагов в
эритропоэз, но сопровождалось 3-х кратным увеличением
показателя созревания эритроидных клеток в ЭО. Таким
образом, при изучении качественного и количественного
состава ЭО при их культивировании было установлено, что
внесение в культуральную среду фуллеренола C60(OH)24
вызывает нарушение образования новых островков и тормозит созревание эритроидных клеток. Наночастицы серебра оказались гораздо более токсичными для развивающихся в культуре эритроидных клеток, поскольку подобные изменения в культуре ЭО наблюдались при использовании концентраций, в тысячи раз меньших, чем концентрация фуллеренола. Добавление в культуральную среду
наносеребра в количестве 0,001 мкг/мл через 24 часа привело к уменьшению общего количества ЭО на поверхности
культурального сосуда на 15% и торможению амплификации эритроидных клеток в «короне» островков, что выразилось в достоверном снижении числа ЭО с пролиферирующими эритроидными клетками в «короне». После добавления в культуральную среду наночастиц серебра в
концентрации 0,01 мкг/мл образование новых ЭО почти
полностью прекратилось, и одновременно в этих культурах
резко возросла доля зрелых ЭО. На основании этих ре-
2
зультатов можно сделать вывод о том, что при достижении
определенной концентрации обе разновидности наночастиц
подавляют как процесс формирования ЭО на основе контакта свободных макрофагов костного мозга с КОЕэ
(эритропоэз de novo), так и процесс реконструкции, в основе которого лежит адгезия КОЕэ и/или проэритробластов
к макрофагам, уже участвующим в поддержании развития эритроидных клеток (эритропоэз de repeto), а также
тормозят созревание эритробластов. Наночастицы серебра
по сравнению со сферическими углеродными наночастицами оказывают гораздо более выраженное негативное
влияние на эритропоэз in vitro.
Литература:
1. Волчегорский И.А., Тишевская Н.В. Морфологический анализ динамики миелоидных клеток в переживающих
культурах эритробластических островков // Морфология. 2001. Т. 120. № 4. С. 45-49.
2. Волчегорский И.А., Тишевская Н.В., Кузнецов Д.А. Влияние «средних молекул», выделенных из плазмы крови интактных и обожженных животных, на клеточный состав культур эритробластических островков костного мозга // Вестник
Российской академии медицинских наук. 2002. № 2. С. 30-36.
3. Волчегорский И.А., Тишевская Н.В., Дементьева Е.В. Антианемическое действие реамберина в остром периоде
аллоксанового диабета у крыс // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2008. Т. 71. № 6. С. 23-27.
4. Захаров Ю.М., Тишевская Н.В. Об особенностях ассоциации клеток моноцитарной, эритроидной и гранулоцитарной линий в кроветворной ткани // Медицинский академический журнал. 2003. Т. 3. № 2. С. 11-18.
5. Захаров Ю.М., Тишевская Н.В., Шевяков С.А., Макарова Н.А., Шапошник И.И. Антигипоксические и протекторные свойства эритропоэтина // Медицинская наука и образование Урала. 2008. Т. 9. № 2. С. 40-43.
6. Корнилова Н.В., Захаров Ю.М., Рассохин А.Г. О возможной роли кислых гликозаминогликанов в поддержании
эритропоэза в эритробластических островках костного мозга // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова.
1994. Т. 80. № 3. С. 83-87.
7. Тишевская Н.В., Шевяков С.А., Захаров Ю.М. Влияние гуморальных факторов на фагоцитарную активность центральных макрофагов в культуре эритробластических островков // Российский физиологический журнал
им. И.М. Сеченова. 2002. Т. 88. № 9. С. 1191-1198.
8. Тишевская Н.В., Шевяков С.А., Захаров Ю.М. Влияние эритропоэтина и макрофагального колониестимулирующего фактора на пролиферативную активность эритроидных клеток в культурах эритробластических островков // Медицинский академический журнал. 2003. Т. 3. № 3. С. 67-72.
9. Тишевская Н.В. Влияние катехоламинов на эритропоэз в культуре эритробластических островков // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. 2004. № S. С. 97-101.
10. Тишевская Н.В., Болотов А.А., Захаров Ю.М. Математическое моделирование межклеточных взаимодействий в
культуре эритробластических островков // Медицинский академический журнал. 2005. Т. 5. № 4. С. 50-59.
11. Тишевская Н.В., Захаров Ю.М., Голуботовский Е.В., Колесников О.Л., Трофимова Н.В., Архипенко Ю.В., Сазонтова Т.Г. Характер влияния фуллеренола С60(ОН)24 на эритропоэз in vitro // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2014. Т. 157. № 1. С. 56-61.
12. Тишевская Н.В., Захаров Ю.М., Болотов А.А., Архипенко Ю.В., Сазонтова Т.Г. Максимальная разовая доза препарата коллоидного серебра негативно влияет на эритропоэз in vitro // Экспериментальная и клиническая фармакология.
2015. Т. 78. № 7. С. 32-35.
13. Тишевская Н.В., Голуботовский Е.В., Фаризова К.О., Омарова Д.М. Влияние фуллеренола С60(ОН)24 на физиологический и компенсационный эритропоэз // Российские нанотехнологии. 2015. Т. 10. № 7-8. С. 113-118.
14. Тишевской И.А., Захаров Ю.М., Тишевская Н.В. Влияние острой застойной спленомегалии на состояние эритрона
у крыс // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2001. Т. 87. № 3. С. 353-359.
15. Харченко М.Ф., Корнилова Н.В., Захаров Ю.М., Битюкова Е.С. Гликозаминогликаны эритробластических островков при угнетении и последующей стимуляции эритропоэза // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова.
1995. Т. 81. № 7. С. 141-144.
16. Харченко М.Ф., Рыбакова Л.П., Корнилова Н.В., Захаров Ю.М. Роль гликозаминогликанов и протеогликанов в
гемопоэзе и физиологических функциях клеток крови // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 1996.
Т. 82. № 5-6. С. 18-25.