Биофизико-химические аспекты получения и применения коллоидов магнетита

Вольтер, Ефим Романович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Биофизико-химические аспекты получения и применения коллоидов магнетита
ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Биофизико-химические аспекты получения и применения коллоидов магнетита"

На правах рукописи УДК 615.847.8

ВОЛЬТЕР Ефим Романович

БИОФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ КОЛЛОИДОВ МАГНЕТИТА

Специальность 03.00.02 - Биофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 2005

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте эксперимен-1альной патологии и терапии АН Абхазии, институте металлургии им. А.А.Байкова РАН, в Сухумском отдете медицинской кибернетики.

Научный руководитель - доктор медицинских наук, профессор,

лауреат Государственной премии СССР,

А хапая Михаил Георгиевич

11аучный консультант - доктор фармацевтических наук

Брусенцов Николай Антонович

Официальные оппоненты - доктор биологических наук, профессор,

лауреат Государственной премии СССР Кузнецов Анатолий Александрович

доктор биологических наук Ерзинкян Карен Левонович

Ведущая организация - Московский государственный университет

диссертационного совета Д 002.252 01 при Центре теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН Адрес- Москва, ул Косыгина, д. 4, т. 938-25-33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Центра теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН (Москва, ул. Косыгина, д.4)

им. М.В.Ломоносова

Защита состоится

200 г в

часов на заседании

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук

Радкевич Л. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Значительное количество высокодисперсных ферромагнетиков, преимущественно магнетита (закись-окись железа), биогенного и техногенного происхождения непрерывно генерируются в микробных популяциях и различных технологических производствах, попадают в сточные воды и выбрасываются со смогом в атмосферу. Попадая в организм с воздухом, питьевой водой и продуктами питания частицы окислов железа в большинстве своем элиминируются (до солей железа) [Ванин и др., 1986], а незначительная часть длительно депонируется в организме.

Уже не одну сотню лет назад люди успешно применяли коллоидный магнетит (КМ) для лечения гнойно-воспалительных заболеваний и отравлений, что описано в канонах восточной (Авиценна) и тибетской медицины. Однако в середине 30-х годов XX века коллоидальное лечение пошло на спад вследствие открытия и успешного применения сульфаниламидов, а затем антибиотиков.

Начиная с середины 60-х годов наблюдается возрастающий интерес как к возможностям использования коллоидных ферромагнетиков в биологии и медицине, оценке их патогенности, степени биосовместимости, так и к способам охраны живой природы от излишнего накопления этих материалов в организме.

Применение магнитных наноматериалов позволяет активно воздействовать на процессы метаболизма и получать информации о процессах, протекающих на клеточном, органном и организменных уровнях, осуществляя детоксикационные и дезинтеграционные воздействия.

В известной степени этими качествами обладают КМ, высокодисперсные частицы Fe304, стабилизированные двойными электрическими слоями (ДС)или биоактивными ITAB в воде. Магнитные и магниторезонанс-ные свойства магнетита, а также электронноплотность материала позволяют осуществлять не только управляемое воздействие, но и контроль их биотрансформации в организме. Успехи коллоидной химии позволили в достаточной мере отработать технологию получения и понять природу устойчивости, старения и коагуляции КМ [Бибик Е.Е., 1977].

По инициативе академика JI.A. Пирузяна в 1978 году была сформирована Программа Министерства Здравоохранения СССР «Применение ферромагнетиков в медицине» и в её выполнении включились такие учёные как М.Г.Ахалая, В.Ф. Гудов, A.A. Кузнецов, А.Г. Маленков, и многие другие.

К началу 80-х годов была сформулирована концепция о том, что высокодисперсные металлические частицы, в том числе и железо (в разной степени окисления), представляют новый класс биологически-активных соединений [Бурлакова Е.Б. и др., 1979].

' i *Л1>МАЯ » • "fcKA

№Т PK

во многом определяют адсорбционные, каталитические и окислительно-восстановительные свойства КМ. устойчивость частиц к растворению и окислению в биосреде, а, следовательно, и возможную степень влияния на гомеостаз. С исследованием этих свойств могут быть связаны надежды от применения КМ для активации детоксицирующих систем, выделительных функций и иммунных механизмов, для исследований мембранных и ферментных систем, и механизмов депонирования в организме чужеродных соединений, а также для лечения онкологических (гипертермия) и гнойно-воспалительных заболеваний.

Цель и задачи исследовании. Изучение структурных и физико-химических показателей биосреды в зависимости от магнитной структуры и динамики изменений редокситных свойс ib наномагнетита (НМ), модифицированных биоактивными соединениями (белки, липиды, органические кислоты и др.) и внешних электромагнитных воздействий.

Задачи исследования -

1. Получение биосовместимых коллоидов наномагнетита.

2. Изучение особенностей распределения, биотрансформации и элиминации КМ в организме для обоснования использования этих микроструктур как метки при биологических исследованиях.

3. Изучение природы гетеровзаимодействия КМ с микробами.

4. Применение КМ в экспериментальной фармаколотии, при лечении гнойных ран и моделировании заболеваний.

Научная новизна. Изучены механизмы образования защитной оболочки ПАВ на поверхности частиц КМ, сопровождающихся в ряде случаев изменением формы и ростом числа структурных дефектов частиц. Изучены факторы, влияющие как на сфероидизацию, так и на возникновение кристаллической огранки модифицированных частиц, а также редокс-процессы в КМ, вероятно, сопровождающиеся послойным растворением частиц магнетита.

Установлено что процесс необратимого поглощения кислорода в КМ зависит от редокс-свойств молекул ПАВ защитной оболочки и рН-среды.

Впервые по результатам исследования электронного магнитного резонанса в КМ предложена возможная схема модифицированного наномагнетита с учетом автолокализованных на поверхностных дефектах радикальных форм.

Экспериментально и теоретически обоснованы биофизико-химические механизмы бактериостатического действия КМ на колонии S. aureus.

Установлены основные пути биотрансформации КМ при различных путях введения в организм.

Разработаны способы моделирования патологических состояний на орга-низменном, органном и клеточном уровнях, основанных на введении КМ в организм животных, и использования НМ как магнитной метки для биологических исследований.

Предложены и применены в клинической практике ряд КМ для лечения гнойных ран, преимущественно диабетического происхождения.

Практическая ценность. На основании экспериментальных исследований влияния ПАВ на структуру и физико-химические свойства КМ в полярной среде, в том числе взаимодействия автолокализованных радикальных форм, машитных моментов поверхности и объема, оптимизированы технологические режимы получения КМ с повышенной или пониженной намагниченностью и устойчивостью феррофазы к растворению в агрессивной биосреде.

Данные о влиянии КМ на гомеостаз и жизненно важные биосистемы открывают новые возможности и подходы в диагностике и лечении ряда инфекционных и хронических заболеваний человека. Разработан метод лечения гнойных pan диабетического происхождения, который прошёл предклиниче-ские испытания. Практически у всех пациентов наблюдалось значительное улучшение и заживление ран. Получены положительные результаты при местной радиочастотной гипертермии тканей, содержащих частицы наномаг-нетита, и гемосорбции с использованием КМ. Положения, выносимые на защиту.

1. Форма частиц НМ, размером 7-15 нм, может изменяться при модификации адсорбционно-акшвными веществами биологического происхождения. Анизотропия формы и появления кристаллической огранки частиц Fe304 характерна для КМ, стабилизированных молекулами ПАВ с вос-станавливаю-щими свойствами.

2. Защитные оболочки влияют на микроструктуру и магнитные свойства поверхности частиц НМ. Рост числа структурных дефектов и процессы переноса электронов происходит в поверхностном слое частиц толщиной порядка постоянной кристаллической решётки магнетита (8,зА).

3. Модель процесса комплексообразования ПАВ на поверхностных дефектах НМ с «мёртвым» магнитным поверхностным слоем предполагает локализацию свободных электронов на дефектах вблизи координационно-связанных молекул.

4. Разработанные КМ обладают свойствами биосовместимости (регулируемая токсичность, высокая проходимость в биомембранах и транспортных каналах, депонирование и биотрансформация в клетках моно-нуклеарно-макрофагальной системы) и являются перспективными для применения в биологии и медицине.

5. Способы моделирования заболеваний, основанные на использовании НМ, позволяют глубже изучать ряд важнейших проблем медицины: им-мунодефицитные состояния, гиперкоагулемию, токсическую гепатопа-тию, перитонит, гранулемы и т.д.

6. Разработанные КМ могут успешно применятся для лечения гнойных ран. Псевдоожжиженный магнитный слой частиц Fei04 со свойствами аэрогеля способствует разрушению биопленки и клеточной стенки стафилококков, детоксикации раны и предохранению раны от реинфицирования, влияя на клеточно-матрикеттые процессы и индуцируя реэпителизацию.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на ученых советах НИИЭПиТ. на симпозиумах и конференциях: Всесоюзная школа -семинар «Магнитный резонанс в биологии и медицине». (М , 1983.); IV Всесоюзная межуниверситетская конференция по биологии клетки (Тбилиси, 1985); IV Всесоюзная конференция по магнитным жидкостям (Иваново, 1985), II конференция по применению магнитных жидкостей в биологии и медицине (Сухуми. 1985); III Всесоюзное совещание по физике магнитных жидкостей (Ставрополь, 1986); XII Рижское совещание по магнитной гидродинамике; (Рига, 1987): V Всесоюзная конференция по магнитным жидкостям (Иваново, 1988); IV совещание по физике магнитных жидкостей (Душанбе, 1988); III Конференция по применению магнитных жидкостей в биологии и медицине (Сухуми, 1989); XIII Рижское совещание по магнитной гидродинамике (Рига, 1990); V Всесоюзное совещание по физике магнитных жидкостей (Пермь, 1990); Fifth international conference on magnetic fluids (Riga. 1989); VI Всесоюзная конференция по магнитным жидкостям (Г1лес, 1991); Sixth International conference on magnetic fluids (Paris, 1992); IX Международная Плесская конференция по магнитным жидкостям (Иваново, 2000); Российская конференция «Организм и окружающая среда: жизнеобеспечение и защита человека в экстремальных условиях» (М., 2000): IS MC' 99 (China, 1999); Первый симпозиум «Применение биомагнитных носителей в медицине» (М., 2002); International conference magnetism (Roma, Italy. 2003); Всероссийская научно-практическая конференция "Отечественные противоопухолевые препараты» (М, 2004); 11-й Международная Плесская конференция по магнитным жидкостям (Плесс, 2004).

Публикации. По материалам диссертации опубликована 41 научная работа, в том числе 13 изобретений.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, практических рекомендаций и списка литературы.

Диссертация изложена на 119 страницах машинописного текста и иллюстрирована 11 таблицами, 17 рисунками. Список литературы состоит из 223 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материал и методы исследования. Частицы магнетита, размером 7-15 нм, получали по методу Элмора путём соосаждения из водного раствора смеси солей 2-х и 3-х валентного железа (в молярном отношении 1:2) концентрированным раствором щелочей. Растворяют 5,6 г FeS04x7H20 в 200 мл дистиллированной воды и 10,4 г FeC13x6H20 в 200 мл дистиллированной воды Сливают эти растворы и при постоянном перемешивании к ним добавляют 100 мл 25% раствора аммиака. Полученный осадок магнетита (Fe304) промывают дистиллированной водой до pH 8-9 В среднем, чистый выход продукта (450°С) составлял 4,6 г. Исходя из биологической значимости, для исследования получали водные КМ, стабилизированные альбумином, салици-

л атом натрия, лецитином, лимонной кислотой и кислыми аминокислотами (табл. 1).

Таблица 1. Физико-химические показатели КМ, стабилизированные биологически -активными веществами

| Стабилизатор 1 1 1 Количество ПАВ| Время рас-от массы магне-1 творения тита, % | частиц КМ pH Устойчивость коллоида при РН7.4 Начальная намагниченность кА/м

Лимонная кислота |Альбумин (ЧСА) Лецитин Олиаг Ка Кислые аминокислоты (аспарагиновая |ШШ глутаминовая) Ьалицидат Иа 100 ± 10 125 90-120 25-40 10-15 17-24 28-37ч не растворяются не растворяются слабо рао Своримы 68-92 ч 36-42 ч 65,6-6,2 7,4-7,6 7,2-7,4 7,4-8,5 7,2-7,5 6,0-7,4 0,4-0,5 час 3-4 месяца 4-5 суток до 1 года 24-32 час 36-48 час 16,5-17,5 16,5-23,0 19,0-20,5 20,5-24,5 17,5-19,2 13,5-16,5

Экспериментальная часть работы выполнялась на 170 белых беспородных крысах-самцах линии Вистар (массой 180-200г), 27 беспородных кроликах (массой 2,5-3 кг), которые содержались на стандартной диете. Перед взятием материала животных обездвиживали при помоши этилового эфира.

В экспериментах использовали золотистый стафилококк (S. aureus). Культуру бактериальных клеток выращивали на сахарном бульоне при температуре 37°С в течении 18ч, а затем центрифугировали (2000g, 15 мин) и отмывали трижды в ФБР (pH 7,4). Осадок бактерий ресуспендировался в ФБР до конечной концентрации 109 КОЕ/мл ФБР, измеряемой подсчётом колонии. Изучались также культуры синегнойной палочки (P. aeuruginosa), протея (Р. vulgaris), кишечной палочки (Е. coli). Бактерии выращивались в питательном бульоне для культивирования микроорганизмов (Минздравмедпром, г. Ростов-на-Дону). Инкубация проводилась в течение 16-18 ч. при 37°С. Перед исследованиями клетки отмывались в ФБР и ресуспендировались до конечной концентрации 1С9 КОЕ.

При анализе вопросов, связанных с определением закономерностей гетеровзаимодействия КМ с живыми клетками, применялся метод электронной микроскопии (JEM-100, Япония). Для электронной микроскопии использовались медные сетки диаметром 3,0 мм с частотой ячеек 200 меш. Жидкие образцы помещались на углеродные плёнки-подложки, покрывающие сетки. Плёнки приготавливались напылением малых частиц углерода в напыли-тельной установке. Негативное окрашивание бактерий осуществляли по стандартной методике, включающей два этапа- сначала нанесение образца, а затем окрашивание 1% уранилоксалатом. Срезы тканей были химически фиксированы, пропитаны и обезвожены для заливки. Использовали фикса-

цию в 0,1%-ной четырёхокиси осмия, приготовленного на веронал-ацетатном буфере в течение 2-4 ч. при 23°С.

Для изучения динамики НМ в организме использовали метод ЭГТР. Спектры магнитного резонанса регистрировали на 3-х-см радиоспектрометре РЭ1306 при комнатной температуре. Частота поля клистрона была 9,34 ГГц и изменялась со скоростью не более 10000 Гц/мин. Частота модуляции - 100 кГц, чувствительность спектрометра - около 1012 спинов. Значения поля регистрировали прибором Щ 4311. Калибровку прибора по g-фaктopy производили с помощью эталонов ДФПГ и Мп 2+ в решетке М§0. Частоту поля клистрона определяли частотомером Ч 3-54 с блоком делителя частоты ЯЗЧ-72. Регистрировали первую производную линии поглощения как функцию приложенного поля. Для записи спектра использовали приборы КСП-4 и Н 307/1.

Образцы КМ и тканей опытных животных набирали в кварцевые капилляры диаметром 0,5-0,7 мм и закупоривали парафином. Высота столбика образца равнялась 1 см. В случае следовой концентрации КМ, образцы тканей брали из всех долей изучаемого органа, помещали в тефлоновые ампулы и замораживали в жидком азоте. После извлечения столбиков замороженного органа, измерялось резонансное поглощение в кварцевых дьюарах при 77К.

Измерения рН и р02 проводили на радиометре АВС-1 «Микроаструп» (Дания), а окислительно- восстановительного потенциала (ОВП) - на ионо-метре ЭВ-74.

Измерение адсорбции ПАВ проводили в суспензиях с концентрацией магнетита 10 мас.%. Изотермы адсорбции измеряли, встряхивая растворы ПАВ переменной концентрации с постоянной навеской магнетита в термостатированном аппарат для встряхивания. Количество адсорбированного ПАВ определяли по убыли концентрации в растворе, предварительно обработанного МП с индукцией 0,8 Т на спектрофотометре СФ-46.

Предклинические испытания лекарственных препаратов на основе на-но-магнетита проводились у больных труднозаживающими язвами нижних конечностей различной этиологии в клинике хирургических болезней Сухумского отдела медицинской кибернетики с 1978 г. по 1991 г.г.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЯ Методика получения и физико-химические свойства коллоидного магнетита.

Свежеприготовленный осадок магнетита не является равновесным, и, как правило, наблюдается защелачивание дисперсионной среды, вероятно, связанное с переходом частиц из аморфного в кристаллическое гидратированное состояние.

Полуширина резонансной линии осадка магнетита около 1700 Гс g -фактор равен 2,06 при 295К. Величина §-фактора не совпадает с таковым для

монокристалла магнетита ^ = 2,17), что указывает на малый вклад эффектов поверхностной анизотропии частиц в осадке (рис.1).

Полученные значения g-фaктopa и форма линии свидетельствуют об ' одноосной анизотропии и сферической форме частиц наномашетита. Малая ширина линии указывает на однодоменное состояние, отсутствие поверхностных дефектов частиц и малый вклад межчастичного взаимодействия.

Основной вклад в величину анизотропии сферических частиц НМ вносят ионы железа (II), орбитальный момент которых не полностью заморожен в кристал-лическом поле. Следовательно, можно считать, что причиной изменения значения g -фактора является уменьшение концентрации ионов железа (II) на поверхности частиц. В результате эффективной перестройки области ближнего порядка возможно уменьшение магнитного момента приповерхностного слоя.

Рис. 1. Резонансные ЭПР-спектры наномагнетита в КМ, стабилизированных аминокапроновой кислотой (1), олеатом натрия (2) и лимонной кислотой (3, 4); Т=295 К.

Частицы магнетита можно стабилизировать в водной среде, добавляя определенное количество защитного коллоида, например, альбумина. При добавке небольшого количества альбумин проявляет флокулирующее действие. Если же концентрация альбумина составляет 15-25% от массы магнетита, то происходит стабилизация КМ. Пептизацию осадка магнетита осуществляли при рН около 8. При этих значениях рН СООН-группы, расположенные на поверхности альбумина, ионизированы. Глобулы белка образуют прочный структурно-механический барьер феррочастицы.

Образованию данной структуры способствует практический одинаковый размер глобул альбумина и ИМ. Эффективность взаимодействия дисперсной фазы и защитного коллоида определяется процессами I етерокоагуляции, которые не сопровождаются денатурацией белка. Для интенсификации процесса, добавление альбумина производят одновременно с пропусканием газообразного кислорода в течение 20-30 мин при р02-150-200 мм рт.ст. Преимущественная адсорбция кислорода на ВДЧ магнетита приводит к изменению значения величины потенциала поверхности частиц по реакции Ре2++02 —*■ Ре3++0"2. Последующая комплиментарная реакция восстановления кислорода при образовании воды приводит к возрастанию положительного потенциала поверхности и, тем самым, индуцирует неустойчивость системы в отношении адагуляции белка. Кроме того, ионы железа (1Т1) способны образовывать более прочные координационные связи с сорбируемыми молекулами, чем ионы железа (II). Это обусловливает надежность защитной оболочки на частицах магнетита, которая дольше сохраняет свою структуру в агрессивной биосреде.

Рис.2 а) Электронная микрофотография, иллюстрирующая появление кристаллической огранки наномагнетита при хемосорбции лимонной кислоты; б) Электронная микрофотография, демонстрирующая фрактальную структуру агрегатов КМ (ув. х 120000)

Фосфолипиды способны образовывать замкнутые сферические структуры (липосомы). Липосомы достаточно стабильны, что позволяет вводить наномагнетит в их внутреннее пространство.

Для получения КМ был использован лецитин-фосфатидилхолин (ФХ). Брали Ol 3,0 до 6.5 i лецитина (из расчета 90-120% от массы магнетита) и растворяли сто в 50 мл хлороформа. Затем раствор высушивали в вакууме на роторном испарителе, формируя пленку на стенках сосуда. Массу 10% (4,6 г) магнетита, остальное - вода переносили в сосуд с лецитином и обрабатывали УЗ мощностью 100 вт, частотой 22 кГц в течение 5 мин с отводом тепла. При образовании лииосом НМ захватывается с водой и попадает во внутреннее пространство мицеллы. Нагруженные липосомы ресуспендировали в воде. Полученный КМ обладает сложной гетерогенной структурой, которая обусловлена исходной иолидисперсностью и образованием атомных и фазовых контактов частиц магнетита. Под воздействием МП индукцией выше 0,5 Т в этих КМ протекают необратимые процессы, связанные с разрушением крупных липосом и агрегацией дисперсной фазы.

Другой тип КМ, устойчивость которых определяется, главным образом, зарядом частиц, относятся золи, стабилизированные лимонной кислотой (ЛК) и салицилатом натрия, ß этих коллоидах частицы магнетита становятся нестабильными по отношению к растворению. Дтя их получения НМ смешивали с Ж, взятой в количестве 4-5 г из расчета 90-110% от массы магнетита, и смесь нагревали до 70-80° С, и в течении 5-10 мин диспергировали ультразвуком с частотой 22 кГц. Вероятно, молекулы цитрата, связанные с ионами железа, выталкиваются молекулами ЛК из полислойного адсорбционного слоя, которые взаимодейс!вуют с вновь образованной поверхностью, и цикл повторяется.

Стабилизация КМ молекулами ЛК носит электростерический характер. В растворе положительно-заряженные ионы железа легко могут

образовать комплексы с электронодонорными группами цитрата. Такие лиганды. как карбоксильные группы, способны конкурировать с водой за образование координационных связей с ионами металла и увеличивать его электроположительный характер.

Перспективным для медико-биологических исследований является КМ, стабилизированный салицилатом натрия из расчета 17-24% от массы магнетита при рН 6,0-7,4. Адсорбция молекул салицилата приводит к значительному изменению электрохимической активности частиц. Частицы магнетита приобретают способность восстанавливать кислород и его радикальные метаболиты до воды, даже когда их концентрация в микрообъеме среды незначительна.

В процессе хранения намагниченность этих КМ быстро снижается до нуля, частицы НМ постепенно теряют магнитные свойства и растворяются. При этом наблюдаемые изменения ОВП в дисперсионной среде носят сложный циклический характер. Так для стабилизатора аскорбиновой кислоты, через промежутки времени 23-24 часа, на базисное значение ОВП накладываются два быстрых процесса (окислительный и восстановительный), продолжительностью 25-40 минут, после чего система возвращается в стационарное состояние. Для КМ, стабилизированных Ж и салицилатом натрия, изменения ОВП имеют меньшую амплитуду и другую периодичность.

Растворение поверхностного слоя частиц изменяет характер резонансных спектров зёрен магнетита с вновь образованной поверхностью. На фоне уменьшения амплитуды широкого сигнала с £-фактором 2,06, сдвигом значения с г—фактора широкого сигнала от 2,06 до предельно регистрируемого 2,71, коррелирующего с уменьшением магнитного момента частиц и отклонению от сферической формы, наблюдается интенсивный узкий сигнал с g -фактором 2,005, свидетельствующий о возрастании числа парамагнитных центров в системе. Этот сигнал может бьггь связан с выбросом в раствор кластеров разрушающегося приповерхностного слоя и перераспределением электронной плотности в активированном комплексе.

Процесс комплексообразования на поверхности магнетита энергетически выгоден в области комплексного дефекта - междуузельного иона Ре (III), связанного с двумя вакансиями. Такие дефекты на модифицированных поверхностях магнитных полупроводников склонны к кластеризации. При этом электроны, которые находятся в структурных ловушках, могут конденсироваться в ферримагнитную (супермагнитную) фазу.

Можно предположить наличие на поверхности НМ высокоактивных, легко поляризуемых, окислительно-восстановительных центров адсорбции -дефектов с избытком свободных электронов. Такие центры возникают благодаря захвату электронов поверхностными дефектами и вследствие значительной деформации кристаллической решетки наночастиц при адсорбции ПАВ.

В образуемой донорно-акцепторной системе неизбежно происходит перенос заряда, что приводит к быстрому растворению наномагнетита за счет восстановления ионов железа (III). По-видимому, на частицах магнетита вследствие образования активных поверхностных комплексов и кластеризации поверхностных дефектов возможна комплиментарная реакция восстановления кислорода:

02 + 2 Н2 О + 4 ё 4 ОН\

Взаимодействие ферромагнитных коллоидов с бактериями.

При использовании КМ для лечения гнойных ран необходимо определить. чем вызвана и как долго будет сохранена чувствительность бактерий к эюму соединению. Наномагнетит должен обладать способностью избирательно повреждать бактериальную клетку или подавлять её активность. Смеси для анализа гетеровзаимодействия бактерий с частицами магнетита готовили, добавляя в 2 мл культуры бактериальных клеток 0,5 мл ферроколлоида. Смесь перемешивали на автоматическом встряхивающем устройстве (150 качаний/мин). Время инкубации составляло от 1 мин до 4 часов. Далее пробирки устанавливались на самарий-кобальтовом магните, в результате чего смесь расслаивалась. Проводился подсчет количества микробов в осадке и дисперсионной среде, очищенной от феррофазы.

В зависимости от времени инкубации количество ИМ, связанного с бактериальной клеткой, возрастало. При минутной экспозиции имела место адагуляция отдельных частиц и агрегатов, состоящих из 100-1000 частиц магнетита. На поверхности микроорганизмов видимые повреждения не заметны, химический состав дисперсионной среды близок к исходному (рис. За)

Рис 3. а) Электронная микрофотография, иллюстрирующая неоднородное распределение частиц КМ в суспензии клеток S. aureus. (эксп.-5мин.); б) Электронная микрофотография, демонстрирующая вид стафилококка при гетеровзаимодействии с КМ (эксп.-З часа) (ув. х 40000).

Через 5 минут экспозиции на поверхности бактериальной клетки наблюдалось значительное скопление дисперсной фазы. Образовывалась оболочка из КМ, по толщине сравнимая с размерами бактерий. В то же время,

отмечалось появление в дисперсионной среде небольшого количества веществ, характеризуемых максимумом оптической плотности при 260 нм, и повышение концентрации ионов калия. Однозначно этот факт можно объяснить утечкой нуклсотидов и других цитоплазматических компонентов клетки. То есть, несмотря на отсутствие видимых морфологических изменений мембраны, ее проницаемость значительно увеличивалась (рис.3.а).

Спустя 3 часа бактерии выглядели деформированными: дисперсная фаза ФК проникала в клетки. Частицы магнетита визуализируют сложное строение вещества цитозоля. Обширные повреждения мембраны свидетельствуют о необратимости эффекта и гибели клеток (рис З.б).

При использовании частиц Ре304, модифицированных аскорбиновой или лимонной кислотами, наблюдалось усиление антимикробного действия КМ. Гибель клетки наступала менее чем за 1 ч., даже в случае, когда концентрация дисперсной фазы в 2-3 раза ниже, чем при использовании частиц магнетита, стабилизированных ДЭС. Вероятно, наблюдаемый эффект обусловлен высокой физико-химической активностью модифицированных частиц, следствием которой является подавление биохимических функций, например дыхания, ассоциированных с бактериальной мембраной. В случае КМ, стабилизированных ЧСА, флокуляция бактериальной суспензии и потеря седимен-тационной устойчивости клеток наблюдалось даже в отсутствие внешнего МП. Этот эффект может быть интерпретирован, как инактивация микроорганизмов посредством образования мостиковых связей между клетками в результате формирования на их поверхности протяженных адсорбционных слоев.

Показана высокая адагуляционная способность КМ для всех исследованных бактерий, за исключением синегнойной палочки. При этом происходило снижение титра бактерий более, чем на 3 порядка. Гетерокоагуляция частиц магнетита и бактерий происходило практически в течение 5 минут. Возможно, более низкое, по сравнению с другими микробами, адагуляционная активность КМ для Р.аеп^епоза обусловлена особенностями строения её клеточной стенки, а именно слизистой субстанции, с которой интенсивно взаимодействует коллоидный магнетит. Эта слизь слабо связана с бактериями, которые легко освобождались от неё и сохраняли активность и жизнеспособность.

Железофильные клетки Е.соН прочно связывались с частицами магнетита, при этом сохраняется их жизнеспособность. Но после осаждения клеточной суспензии и связанных магнитных частиц на стенку сосуда в МП в дальнейшем практически не проникают в объём культуральной среды.

В проводимых исследованиях объемная концентрация дисперсной фзы и бактериальных клеток составляем меньше одного процента. Следовательно, вероятность случайного концентрирования частиц вокруг клетки крайне мала. Кроме того, направленное движение частиц магнетита к поверхности клетки практически не зависит от рН и, следовательно, от величины дзета-потенциала. Направление движения не изменяется и для разных типов за-

щитных оболочек. Учитывая все это, можно отдать приоритет дальнодейст-вующим электромагнитным силам на первом этапе взаимодействия, которые вызывают магнитодиэлектрофорез ФК. Интенсивную гетерокоагуляиию можно ожидать при гидрофобизации поверхности микроорганизма. В этом случае структурная составляющая расклинивающего давления может изменить знак, и магнитная частица закрепится на поверхности клетки. Молекулярные силы взаимодействия сферических частиц радиусами И и г можно определить из теории ДЛФО.

При достаточно малой толщине пленки И, разделяющей частицы магнетита и клетку, и большой разнице в размерах Я » г, причем при кривизне поверхности К- - 106 см"1, силу Р можно рассматривать на примере взаимодействия сферической частицы с плоской поверхностью-

Р - А . (X/6 Ь2, где . ОС - размер частицы, А - постоянная Гамакера.

Клеточная стенка бактерий повреждается под действием коллоидною ма1 негита во мнет их местах. Явление прорыва тонких пленок подчиняется статистическим закономерностям.

Разрушение адсорбционных слоев биополимеров характеризуется средним временем жизни пленки тс, в течении которого за счет температурных флуктуаций преодолевается энергетический барьер ио, уменьшающийся в результате действия механического напряжения Рм.

Количественным выражением кинетической концепции является уравнение Журкова

тс = т0ехр[(и0-уРм)/кТ]. (1)

где у - структурно-чувствительная постоянная, - т0 постоянная, которая задается мгновенной упругой реакцией. кТ - тепловая энергия.

Для биополимеров величина т0 примерно равна 10 ~12 с, структурная постоянная у - 5 10"24 м\ энергия активации процессов разрыва связей порядка 2 10"19 дж. В исследуемых случаях, при соотношении 104-105 частиц магнетита на одно микробное тело, время дезинтеграции бактериальной мембраны тс_104 с.

Тогда определяемое по формуле С1) значение напряжения Р..,, способствующего разрыву, при температуре 300 К, равно Рм ~ 104 Н/м2.

Рассмотренный термофлуктуационный механизм перестает действовать, когда эффективная энергия активации (170 - у Р.) стремится к О. При этом разрыв мембраны возможен без тепловой флуктуации

Р = ио/у«4 Ю4Н/м2 (2)

Предпринята попьпка оценить, какой из этих механизмов разрушения бактериальной мембраны является определяющим в исследуемой системе.

Бактериальная мембрана является капиллярной поверхностью, ее устойчивость во многом определяется граничными слоями свободной и связанной воды. Следовательно, интенсивная гетерокоагуляция магнитных частиц

на мембране и дезинтеграция поверхности микроорганизма наиболее вероятна при полной или частичной гидрофобизации.

На начальной стадии отдельные зерна магнетита прилипают к поверхности бактерии и индуцируют высвобождение в дисперсионную среду слабо связанных с мембранной биополимеров ( X макс. 260 им). При -этом вследствие вытеснительных эффектов, ускоряются процессы гетерокоагуля-ции КМ с клеткой. Кроме того, утечка из клеток ионов катия и полиэлектролитов при локальном повреждении мембраны приводит к уменьшению диффузионной части двойных ионных слоев (ДС) клетки и магнитных частиц.

Это приводит к снижению энергетического барьера, определяемого ДС, и тем самым усиливает агрегацию феррофазы и способствует адагуляции частиц на поверхности клетки. Конгломераты вследствие броуновской инерции более интенсивно осаждаются на поверхности клетки, чем единичные частицы магнетита. Истечение жидкости из разделяющей клетку и агрегат пленки воды в поры агрегата ускоряет утоньшение пленки и приводит к частичной гидрофобизации и повышение концентрации электролита вблизи бактериальной стенки.

Ухудшение смачивания водой гидрофильной поверхности микроорганизма приводит к изменению распределения сил, действующих в мембране. Локальное значение капиллярного давления на подложку в зоне смачивания Рк =" р (Я) К, где К ~ 1/ Яо - локальная кривизна поверхности переходной зоны. При кривизне поверхности пленки К = 106 см 4 значение не зависит от кривизны. Так как размер бактериальной стенки Я = 10 А см, ее поверхность можно рассматривать как плоский слой. Поверхностное натяжение в клеточной мембране (3 ~ 70 дин/см. Тогда Рк = 7 105 дин/см2 или 7 104 Н/ м2.

Данное уменьшение давления жидкости в поверхностном слое микроба, обусловленное образованием на его поверхности псевдоожиженного магнитного слоя и частичной дегидратацией, достаточно для развития структурных напряжений, необходимых для разрушения бактериальной стенки при гидрофобизации 10-15% ее поверхности.

Экспериментальное фармакологическое исследование и моделирование динамики наномагнетита в организме животных.

Используя частицы магнетита как магнитную метку, изучали процессы биотрансформации КМ при различных путях введения в организм. Крысам внутривенно вводили КМ в количестве 1 мл из расчета 50 мг/кг дисперсной фазы к массе животного. Концентрация магнетита в крови, печени, селезенке, мышцах, легких, костном моз1е, кале и моче оценивалась по амплитуде сигнала магнитного резонанса (МР).

Рис. 4 Динамика распределения КМ в организме после одноразового внутривенного введения в дозе 50 мг/кг: 1 - кровь, 2 - печень, 3 - селезенка, 4 - почки.

В дальнейшем происходила элиминация исследуемого вещества. Через 2-3 часа после введения КМ сигнал МР появлялся в фекалии, но отсутствовал в моче. Из сердца и почек препарат практически исчезает спустя 1-2 часа, одновременно с клиренсом в крови. Спустя 7-10 недель сигнал отсутствовал в селезенке и 6 месяцев - в фекалии.

Исследования на клеточном и субклеточном уровнях показали, что уже через 5 мин, после в/в введения КМ обнаруживался во внутриклеточных пространствах почки, печени, селезенки и макрофагах легких. Проникновение частиц сквозь мембраны происходило без их видимого повреждения по транспортным каналам и по механизму эндоцигоза. Отчетливо были видны внутренние крисгы мембран с проходящим через них потоком КМ в виде микрокапельных образований, содержащих до 102"104 частиц магнетита. По мере увеличения количества КМ проникшего в клетку, дисперсные частицы объединялись в ассоциаты. (рис. 5).

Конечной мишенью для КМ являлись клетки мононуклеарно-макрофагальной системы (ММС). Выведение КМ из кровотока, а затем из организма происходило только в органах, для которых характерна наличие макрофагов и окончатая структура базальных капилляров.

Выведение КМ из сосудистого русла обеспечивается их взаимодействием с биополимерами мембран и капиллярными структурами с обширной мембранной поверхностью. При внутривенном введении КМ на первой стадии происходит цепочка гидродинамических превращений: исходный объем - струйка - капельные образования - фрактальный агрегат - отрыв частиц. В случае используемых водных КМ, дисперсионная среда которых та же, что и крови, величина поверхностного натяжения на межфазной границе незначительна (составляет доли мДж/м2). В этом случае вероятность перехода частицами межфазной границы близка к 100%. Поэтому эмульгирование КМ в крови происходит практически сразу же после введения. Переход магнитными частицами межфазной границы облегчается также наличием в крови большого количества ПАВ, в первую очередь альбуминов.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что фарма-кокинетика КМ в организме может быть количественно охарактеризована рядом параметров, учитывающих перенос препарата с кровью, фиксацию в тканях, всасывание, элиминацию и действие внешнего МП, и могут быть представлены двухфазной кривой. Сначала имеет место быстрое падение концентрации КМ в крови (л-фаза), а затем медленное (р-фаза). В первой фазе препарат исчезав 1 из крови за счет захвата органами ММС проникновения и перераспределения в жидкостях органов и тканей. После того, как КМ концентрируются в основном в печени, селезенке, устанавливается равновесие, и снижение концентрации происходит за счет элиминации магнетита из организма ((3-фаза).

Значения фармакокинетических коэффициентов, полученные экспериментально, отличаются в зависимости от вида КМ (табл. 2).

Табл.2

ПАВ к,2 1/час К2] 1/час К, л 1/час а 1/час Р 1/час Со мг/кг

ЧСА 0,25-0,5 7,5-10,0 10,015,0 15,016,0 6,0-9,0 50

АК 0,2-0,6 6,0-8,0 8,0-12,0 12,014,0 5,0-6,5 50

УЗ 0,1-0,4 3,0-4,0 4,0-6,0 6,0-7,0 2,5-3,5 50

Представляется возможность провести градации в общих закономерностях транспорта КМ. При этом удается выяснить за счет, каких физиологических механизмов, осуществляется данный ход кривой, и в каких именно органах находится вводимое вещество. Все это позволяет прогнозировать динамику уровня препарата и его локализацию при изменении вводимой дозы и числа инъекций. По изменению коэффициента элиминации можно диагностировать скорость и уровень фагоцитоза клеток печени, селезенки и костного мозга, то есть состояние этих органов. Аналогично, повышение К12 свидетельствует о блокаде клеток печени и селезенки, связывающих дисперсные частицы, а при их норме - о патологии кровеносной системы.

Рис. 5. Электронная микрофотография препарата почек, демонстрирующая транспорт КМ в канальцах и проникновение в клетку, через 8 мин. после в/в введения КМ. Ув. х 30000. б. Электронная микрофотография препарата печени демонстрирующая появление «ореолов» вокруг скоплений феррофазы, наблюдаемых через 24 часа после в/в введения КМ. Ув х 24000.

Двухкамерная модель показывает общую динамику перераспределения КМ между кровью и тканями, но не связывает этот процесс с биофизико-химическими факторами биосреды, такими как вязкость, температура, диффузия, а также размером феррочастиц.

Анализ процесса взаимодействия КМ с макрофагами проводили на основе теории Смолуховского, согласно которой процесс взаимодействия коллоидных частиц с большими телами, определяется потоком броуновской диффузии с учетом исчезновения малых частиц при контакте с большими.

Скорость захвата дисперсной частицы определяется потоком диффузии Ф к поверхности клетки,Ф = 4 л Я2 ГЭ с!с/с1х' р. ,где О коэффициент диффузии дисперсных частиц, с!с/(1х - градиент концентрации частиц к поверхности клетки, К - радиус клетки.

Градиент концентрации находится решением уравнения диффузии (второй закон Фика)

ос/ а - Б дгс/ йх2

При начальных условиях (С (0, х) — С0 имеем равномерное распределение частиц в кровеносной системе и тканях и С (О, Я) = 0, т.е. концентрация скачком изменяется от С0 до 0. Граничными условиями являются С (I, Я) = 0 (прилипание при адсорбции и исчезновение частицы при контакте вслед- ,

ствис фагоцитоза) и С (I, оо) = С0 изменение концентрации частиц в кровотоке вдали от поверхности клетки.

Рассмотренная модель позволяет оценить активность фагоцитирующих систем организма по захвату КМ и лает удовлетворительное кинетиче- ' ' ское совпадение с наблюдаемыми экспериментальными результатами. При построении модели не учитывали компактное расположение в организме клеток ММС. Фильтрация всего объема крови происходит в объеме ткани, занимающей не более 5% всех тканей животного. Кроме того, скорость, с которой макрофаги очищают кровь, проникшую в микроциркуляторное русло, от частиц КМ, зависит от степени агре1 ации феррофазы и типа защитной оболочки, что требует введение дополнительных поправок.

Рассмотренные модели не дают полной информации о количестве КМ находящихся в крови, печени и селезенке в данный момент времени после введения и когда накапливается максимальная концентрация - препарата в этих органах

Для построения такой модели использовали уравнения кинетики некаталитических химических реакций. На разных стадиях процесс можно описать общей схемой:

К! в

А —> В —> Р

к2 а к3

А —> С —> Б —> В

где А, В, С концентрации частиц, соответственно, в крови, печени и селезенке, Р - концентрация частиц выводимых из ор! анизма, О - концентрация частиц в транспортной системе между печенью и селезенкой, кь к2, к3 - ) обобщенные коэффициенты, определяющие скорость накопления и выведения частиц в исследуемой ткани.

Захват частиц магнетита - процесс первого порядка, выведение -процесс нулевого порядка. Организм (клетка) способен вывести в результате метаболизма определенное количество КМ (а, в) в единицу времени. Захват частиц другими органами ММС не учитывался в виду его малости по сравнению с печенью и селезенкой, хотя наблюдаемые пики на экспериментальных кривых, возможно, связаны с перераспределением КМ из этих органов.

Определенное количество НМ используется организмом для пополнения железодепонирующих центров, как в форме растворенного железа, так и в форме кластеров, длительно связанных со структурами цитозоля. Этому, по-видимому, благоприятствует соответствие размеров и плотности частиц ИМ и вещес тва цитозоля.

Применение КМ при моделировании медико-биологических процессов.

Нами разработны ряд способов исследования клеточного метаболизма и функциональной активности отдельных органов, основанных на анализе характера их взаимодействия с КМ. В ряде случаев использованы возможности влияния магнитного и СВЧ-полей для расширения диапазона механического и теплового воздействия магнитных частиц на структурные компоненты биосреды.

При помощи кластеров магнитных частиц можно проследить за переносом коллоидных веществ в транспортных каналах, как на уровне всего организма, гак и на уровне отдельной клетки. Частицы магнетита, диаметром 7-15 нм, регистрируются элсктронномикроскопическими и магнитометрическими методами на всем периоде циркуляции в организме.

Диапазон возможностей исследования функционирования биосистем более интересен, если поверхность КМ модифицирована молекулами ПАВ биологической природы. Стабилизированные коллоиды физико-химически более активны в процессах поглощения растворенных газов и изменения ре-докс свойств биосреды. Химическая модификация обеспечивает специфическое воздействие на биоструктуры за счет изменения электронных поверхностных состояний частиц от <<сверхокисленных» до «сверхвосстановленных».

Многообразие физико-химических свойств КМ, определяемых каталитической и адсорбционной активностью магнетита, донорноакцепторными реакциями модифицирующих ПАВ, изменениями активности дисперсионной среды и растворенных в ней газов позволили получить ряд формул решения конкретных биофизических и фармакологических задач:

1. Индикация анаэробных бактерий в биологическом материале, включающая инкубацию образца в бескислородной среде и выявление присутствия в нем анаэробов по наличию летучих жирных кислот (ЛЖК) С] - С7. При этом образуется коллоидная магнитоуправляемая суспензия оседающая равномерно в гравитационном и магнитном полях, и при наличии в ней ЛЖК С, - С7, последние адсорбируются на дисперсных частицах, вызывая их пептизацию и как следствие, замедленное оседание границы раздела фаз.

2. Определение уровня активности фагоцитоза путем предварительного мечения микроорганизмов, последующей инкубации их с лейкоцитами, отделения фракции лейкоцитов, разделение смеси. Отличие заключается в том, что микроорганизмы метят частицами магнетита, разделение проводят МП, определение проводят методом ЭГ1Р и при достижении максимума фагоцитоза определяют его активность.

3. Определение количества жизнеспособных клеток бактерий, предусматривающие культивирование клеток, мсчение мембран клеток частицами КМ и определение количества жизнеспособных клеток физическими методами. Используют КМ стабилизированный лимонной кислотой, жизнеспособность клеток оценивают по изменению спектра ЭПР модифицированных частиц КМ.

4. Моделирование токсичной гепатопатии. Тотальная патология достигается при однократном внутрибрюшинном введении КМ, стабилизированной олеатом в количестве 10-200 мг на 100 г массы животного.

5. Моделирование асептического перитонита. Однократно внутрибрюшин-но вводят высокодисперсные частицы феррита марганца в дозе 15-75 мг на 100 г массы животного.

6. Моделирование гиперкоагулемии у лабораторных животных. Для приближения модели к естественной патологии и определения функциональных возможностей крови используют частицы КМ допированные атомами кобальта, которые внутривенно вводят со скоростью 0,02-0,05 г/минуту.

7. Моделирование иммунодефицитного состояния. Для воспроизведения различных форм иммунопатологических реакций используют высокодисперсные частицы феррита бария и, с момента выведения ферритов из общего кровотока на лимфоидные ткани воздействует неоднородным МП или высокочастотным полем.

8. Моделирование эпителиоидной гранулёмы. Для повышения воспроизводимости под кожу вводят 7-12% КМ, стабилизированный салицилатом Ыа.

Результаты испьпаний коллоидов магнетита при лечении труднонезаживающих язв нижних конечностей.

Лечение с применением КМ было начато после безрезультатного длительного лечения лекарственными средствами с применением физиотерапевтических процедур.

В результате микробиологических исследований удалось определить эффективное антимикробное действие КМ только по отношению к золотистому стафилококку. В тоже время обнаружили, что девитализированные ткани, содержащие частицы КМ, являются достаточно благоприятной средой для развития синегнойной палочки.

При аппликации КМ на очищенную раневую поверхность происходило характерное стойкое окрашивание некротизированных участков в черно-бурый цвет, в то время как жизнеспособные ткани легко отмывались от НМ водными растворами антисептиков. Это позволяет локализовать слабо выраженные очаги некроза и помогает своевременно решить вопрос о целесообразности хирургического вмешательства.

При благоприятных обстоятельствах на 7-12 день лечения наступала очистка язвы от гнойно-некротических масс, дно раны покрывалось свежими

розовыми грануляциями, отмечалось повышение тургора В среднем через 12-14 дней появлялась эпителизационная полоска по краям раны, которая после заполнения раны грануляциями расширялась к ее центру. Практически у всех больных в центре язвы образовывались гипертрофические грануляции, которые прижигали 5% насгойкой йода. У большинства больных наблюдалось обильное заполнение раны грануляциями (14-21 дней), одновременно процесс заживления замедлялся слабым развитием эпителиальной зоны по краю язвы и в ее эпицентре.

Прекращение применения КМ до завершения лечения трофических язв. приводило к прекращению эпителизации раны, которая практически не продвигалась от края раны, ослабевала фиксация эпителия на грануляциях. В результате, у амбулаторных больных наблюдался распад эпителиальной зоны.

В течение первых двух недель часть больных жаловалась на боль или жжение в течение 1,5-2 часов после нанесения КМ на поверхность язвы, несмотря на предварительное обезболивание новокаином. Если таким больным наносили на рану КМ без восстановительных ПАВ, это значительно удлиняло сроки излечения, (таб.3).

Таблица.3. Результаты лечения хронической язвенной болезни hoi .

Возраст больно! о (лет) Разновидности трофических язв Срок безрезультатного лечения другими лек средсг вами Срок полного излечения язв при лечении коллоидами магнетита

А 47 лет Варикозные язвы 3 месяца 28 дней

П, 76 net Варикозные язвы 7 тет 5 месяцев

В, 55 лег Постгравматическая рана 30 дней 12 дней

I ,79 лет Язвы диабешческой этиологии 26 дней 25 дней

М, 19 лет Хроническая язвенная пиодермия 4 месяца 16 дней

Во всех наблюдаемых случаях, лечение КМ длительно незаживающих гнойных язв стимулировало активное образование грануляционной ткани в течение первых 10-28 дней. В дальнейшем процесс заживления носил прогрессивный, но вялотекущий характер. При лечении варикозных язв, продолжительность лечения увеличивалась до 3-6 месяцев. Развитие эпителиальной зоны с благоприятным исходом и относительно короткими сроками лечения ран наблюдалось у больных сахарным диабетом.

К положительным признакам заживления язв при лечении препаратами КМ можно отнести следующие:

-не наблюдалось случаев генерализации инфекции; -образование мягких, слабо сморщенных рубцов, которые незначительно выделялись на фоне окружающих тканей;

Ни одно из известных лекарственных средств в полной мере не способно влиять на процессы рспаративной регенерации в гнойной ране. По этой причине при создании полифункциональных индукторов заживления ран

целесообразно учесть известные преимущества, получаемые при использовании КМ, в первую очередь, избирательность антимикробного действия, адсорбцию и дезинтеграцию токсинов, активацию макрофагов, эффекты дегидратации.

Рана, образование с границей, на которую направлен поток токсинов. В результате присоединения и проникновения токсинов граница перемещается, то есть рана растет. Рост гнойной раны имеет фрактальный характер. При увеличении размеров, рана «распадается» на более мелкие образования, аналогичные начальной структуре. Обычно наблюдается, что при небольших размерах рана анизотропна. Анизотропия системы на начальной стадии ее роста имеет принципиальное значение для образования фрактальных структур Можно предположить, что токсины, вызывающие гибель клеток хозяина, и белки, нарушающие механизмы регуляции иммунной защиты, локализуются и прикрепляются с большей вероятностью к острым концам раны и это приведет к усилению анизотропии. Однако, когда рана становится большой, так что глубина проникновения токсинов в воспаленную ткань становится намного меньше ее размеров, рана растет равномерно в разные стороны. Тем самым анизотропия раны проходит по мере ее роста.

Наблюдаемым эффектом аппликации КМ на гнойную рану эллипсоидной формы является сфероидизация и стягивание ее краев к центру раны, блокированию границы, что делает ее недоступной для проникновения токсинов. Возможно, гетеровзаимодействие КМ с бактериями приводит к снижению активности генерации токсинов, к изменению параметров диффузии токсинов в ране, а сами токсины инактивируются.

Влияние КМ на процессы полимеризации в растущей биоплёнке может проявляется в изменении качества растворителя и структуры клеточной мембраны. Поверхностные атомы кислорода золей оксидов (Ре203. Ре304) играют ключевую роль в ориентации молекул воды, приводя к так называемому эффекту гидрофильной гидратации. Эти ориентированные молекулы воды структурно несовместимы с обычной водой, что влияет на флокуляцию раствора полимера в биоплёнке.

Наибольший терапевтический эффект при лечении гнойных ран наблюдался Д.1Я частиц ИМ, способных к самовозгоранию на воздухе Поверхность ВДЧ металлов и их окислов энергетически насыщена, а процессами выделения энергии можно управлять при помощи донорно-акцепторных ПАВ. В этой связи, можно предположить, что наночастицы способны «прожигать» биоплёнку, в режиме диффузионного горения с образованием конденсированных продуктов и зон тепловыделения.

Эффективным регулятором цикличной редокс-активности в биосреде являются молекулы аскорбиновой и лимонной кислоты, индуцирующие «взрывное» растворение поверхностного слоя частиц НМ диффузии кислорода в систему. И гетерогенное горение, и восстановительное растворение КМ сопровождаются дроблением фрактальных агрегатов частиц и их диффузионным перемещение на большое пространство. Смена режимов окисления

и восстановления поверхности НМ сопряжена с масштабным выделением в дисперсную среду оксидов Ре203 и изменением структуры волы, и, как следствие. понижением её растворяющей способности по отношению к стабилизирующим молекулам.

Управляющим звеном взаимодействия клеток бактерий и клеток ор1 а-низма, выстилающих дно и края раны, является конкуренция за ионы железа - элемент крайне необходимый для протекания молекулярных процессов в реакциях с переносом электронов. Индукция ионов железа, диффундирующих из быстро растворяющегося псевдоожиженного слоя, образуемого КМ при аппликации на поверхности биоплёнки, приводит не только к изменению структуры биополимерного матрикса, но и нарушению окислительного го-меостаза бактерий.

Структура биоплёнки, вероятно, чувствительно к колебательному движению частичек магнетита и возникновению циркуляционных контактных потоков, характерных для псевдожижения Капиллярное просачивание жидкости между частицами НМ способствует дегидратации биоплёнки. В порах псевдоожиженного слоя, представляющих собой структуру подобную аэрогелю, молекулы воды создают давление порядка нескольких кбар, что приведёт к дополнительному внутреннему напряжению в биоплёнке, и возможно к её разрушению Необходим тонкий баланс размеров частиц, так как крупные однодоменные магнетитовые частицы (-50 нм) сильно слипаются в агрегатах, а мелкие образуют тонкий псевдоожиженный слой, и в том и в другом случае жидкость просачивается хуже. Размеры суперпарамагнитных частиц (■-10-15 нм), оптимальны для образования цепочечных фрактальных агрегатов и протекания каталитических и адсорбционных процессов в зоне контактирования с биоплёнкой, а также определяют поверхностную диффузию, перенос через поры растворённых в воде биологически активных веществ и токсинов и процессы дегидратации.

Таким образом, досшгаемая при аппликации КМ стабильное 1ь размеров и границ раны существенный фактор, влияющий на динамику и прог ноз развития заболевания. Физико-химические свойства КМ позволяют активно воздействовать на развитие воспалительного процесса в гнойной ране.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Синтезирован ряд биосовместимых КМ, стабилизированных биоактивными веществами в воде. Изучены адсорбционные свойства, изменения рН, р02 и ОВП в этих системах. Показано, что адсорбция ПАВ с донор-но-акценторными свойствами приводит к изменению степени окисления дисперсной фазы. При адсорбции молекул восстановителей на поверхности НМ, гетер01енные КМ постепенно переходят в гомо1енную фазу. Этот процесс сопровождается колебательными изменениями ОВП, чю позволяет предположить послойный характер распада энергонасыщенного приповерхностного слоя частиц, толщиной кратной постоянной кристаллической решетки магнетита - 0,83 нм.

2. Показано, что гетеровзаимодействие S-aureus с КМ, при концентрации частиц 104 - 10s на один микроб, приводит к табели микроорганизма. На основе учета капиллярных и термофлуктуационных эффектов рассчитаны упругие натяжения в клеточной стенке микроба, окруженной псевдо-ожиженным магнитным слоем, приводящие к ее разрушению. Отмечено, что для клеток Е, coli, Ps aeruginosa эффект гибели при гетеровоздейст-вии с КМ не наблюдается.

3. Изучены процессы биотрансформации КМ в организме крыс при различных путях введения. Обнаружено, что синтезированные КМ быстро распределяются в кровеносной системе и поглощаются клетками ММС с последующим выведением с фекалиями. Предложены модели, удовлетворительно описывающие кинетику биотрансформации KM in vivo.

4. Разработан ряд способов исследования биологических объектов и моделирования патологических процессов, основанных на использовании на-номагнетита, опробованных в лабораторных условиях и прошедших патентную экспертизу.

5. При предклинических испытаниях препаратов КМ, подтверждена перспективность их использования при лечении осложнённых, длительно не заживающих гнойных ран различной этиологии.

Практические рекомендации

Рекомендуется включение НМ (размером 7-15 нм) в комплексную терапию больных с длительно незаживающими язвами нижних конечностей различной этиологии следующим образом: на поверхность раны следует ап-плицировать 10% КМ, стабилизированный биологически совместимыми ПАВ, в течение не менее 14 суток.

Эффективное коллоидальное лечение НМ рекомендуется считать в тех случаях, когда в течение 7 дней происходят положительные изменения в ране: появляется эпителизационная полоска, края раны розовеют, появляются избыточные грануляции в ране.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Табагуа М.И, Вольтер Е.Р., Гицба А.Ш., Киладзе И.Ш., Миминошвили А.А. Медико-биологические аспекты применения спектроскопии электронного парамагнитного резонанса. М: ВИНИТИ, 1984, препринт № 3011,44с.

2. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Берия В.П., Вольтер Е.Р., Табагуа М.И. Магнитные жидкости - управляемые ре1уляторы биоэнергетических процессов. //Труды IV Всесоюзн. межуниверситетской конференции по биологии клетки. Тбилиси: ТГУ, 1985. С. 41-42.

3. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Вольтер Е.Р. Электронные поверхностные состояния в частицах феррофазы магнитных жидкостей. //Тез. докл. IV Всесоюзн. Конференции по магнитным жидкостям. Иваново: ИЭИ, 1985. С. 17-19.

4. Кереселидзе Н.Г., Лагвилава Д.Д., Хабурзания Г.В., Вольтер Е.Р Совместное действие магнитных жидкостей и лазерного излучения на биологические объекты // Тез.докл. II конференции по применению магнитных жидкостей в биологии и медицине. Сухуми: ГИСХ, 1985, с. 9-10.

5. Какиашвили МС., Вольтер ЕР, Санеблидзе Л.Г., Хабурзания Г., Авю-колебательные электрохимические процессы в магнитных жидкостях. //Тез. докл. III Всесоюзн. совещания по физике магнитных жидкостей. Ставрополь, 1986 С.55-56.

6. Какиашвили М.С., Вольтер Е.Р. Влияние защитных оболочек и кислорода на микроструктуру дисперсных частиц магнитных жидкостей. В кн.:

» Сгруктурные свойства и гидродинамика магнитных коллоидов. Сверл-

| ловск: УВД АН СССР, 1986, с. 35-43.

7. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Закарая К.А., Вольтер Е.Р. и др. Иссле-^ дование адсорбционных свойств магнитных жидкостей медицинского

назначения. //Тез. докл. XII Рижского совещания по магнитной гидродинамике. Саласпилс: ИФ АН Латв.ССР, 1987, т.4. С.107-110.

8. Алехин В.П., Вольтер Е.Р., Гальченко Ю.Л. Исследование ферромагнитного резонанса в коллоидах магнетита. М.: Деп ВИНИТИ № 8692-В 88.8с

9 Ахалая М.Г., Вольтер Е.Р., Какиашвили М.С Изучение свойств магнитных жидкостей методом ЭПР-спектроскопии. /'Тез.докл. V Всесоюзн. конференции по магнитным жидкостям. М.' МГУ. 1988. т.1. С 12-13.

10. Kakiashvili M.S., Volter E.R. Influence of protective shells and oxygen on the microstructure of magnetic particles in magnetic fluids. // Fluidmex, 1989, v 18. № 6. P 72-77.

11. Ахатая М.Г.. Какиашвили M.C., Вольтер Е.Р. Экспериментальное исследование и моделирование динамики магнитных жидкостей в организме. В кн.: Биокибернетика и биофизика. Тбилиси- Мецниереба, 1989, с. 8-28.

12. Ахатая М.Г., Бибик Е.Е., Вольтер Е.Р.. Грибанов Н.М., Какиашвили М С., Наумов В.Н. Принципы моделирования транспорта магнитной жидкости в организме. //Тез докл. III конференции по применению магнитных жидкостей в биологии и медицине Сухуми, 1989. С.22-24.

13. Ахатая М.Г , Какиашвили М.С., Вольтер Е.Р , Нечепуренко Э.А., Чавча-, нидзе М Г. Получение и использование магнитных жидкостей с легированной феррофазой. //Тез.докл. ХШ Рижского совещания по магнитной гидродинамике. Саласпилс: ИФ АН Латв.ССР, 1990. С.11-12.

14. Ахалая М.Г., Вольтер Е.Р., Какиашвили М.С. Фрактальные агрегаты в фероколлоидах. //Тез.докл. V Всесоюзн .совещания по физике магнитных жидкостей. Пермь, 1990., с.11-12.

15. Ахатая М.Г.. Вольтер Е.Р., Какиашвили М.С. Исследования фотостабилизации коллоидного магнетита //Тез.докл. VI Всесоюзн. Конференции по Mai нитным жидкостям.-М.: МГУ 1991 Т.1 С.14-15.

16. Ахалая М.Г., Бибик Е.Е., Вольтер F.P., Грибанов Н.М., Какиашвили М.С., Наумов В.Н. Капиллярные и термофлуктуационные эффекты при адагуляции коллоидного магнетита на бактериальной стенке //Тез докл.

IV Всесоюзн.конф. по применению магнитных жидкостей в биологии и медицине. Сухуми, СФТИ, 1991.C. 8-10.

17. Лхалая М.Г., Вольтер Е.Р., Какиашвили М.С. Дегидратационные свойства коллоидного магнетита. // Там же С.11 -12.

18. Ahalaya M.G., Kakiashvili M.S., Volter E.R. investigation of the mechanism of magnetic fluid interactions with biological structures. 1 ifth international conference on magnetic fluids. Abstracts. Riga, 1989, p 266-267.

19. Ahalaya M.G., Kakiashvili M.S., Volter E.R. Antiinflammatory effects on magnetic fluid. Sixth international conference on magnetic fluids. Abstracts. Paris, 1992.

20. Ахалая М.Г., Какиашвили M.C., Берия В.П., Закарая К.А., Табагуа М.И., Волы ер Е.Р. Способ получения магнитной жидкости для биологических исследований А.с. № 1185804.

21. Вольтер Е.Р., Табагуа М.И., Берия В.П., Какиашвили М.С. Способ определения количества жизнеспособных клеток бактерий. А.с. № 1400283.

22. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Вольтер Е.Р. Способ получения магнитной жидкости. А.с. № 1403795

23. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Вольтер Е.Р., Табагуа М.И., Берия В.П. Способ определения уровня активности фагоцитоза лейкоцитов. А.с. № 1403796.

24. Лхалая М.Г., Какиашвили М.С., Вольтер Е.Р., Табагуа М.И. Способ получения коллоидного раствора магнетита. А.с. № 1405600.

25. Ахалая М.Г., Берия В.П., Вольтер Е.Р., Какиашвили М.С., Табагуа М.И. Способ моделирования токсической гепатопатии. Б.И., 1991, № 6. А.с. № 1628075.

26. Ахалая М.Г., Вольтер Е.Р., Какиашвили М.С., Сургуладзе Б.Г., Эмухвари Д.Г. Способ моделирования асептического перитонита. Б.И.. 1991, № 18. А.с. № 1649595.

27. Ахалая М.Г., Берия В.П., Вольтер Е.Р., Какиашвили М.С., Какубава В.В. Способ моделирования иммунодефицитного состояния. А.с. № 1681669.

28. Ахалая М.И., Какиашвили М.С., Берия В.П., Вольтер F..P. Способ моделирования гиперкоагулемии. Б.И., 1992, № 3. А.с. № 1707618.

29. Ахалая М.Г., Вольтер Е.Р., Какиашвили М.С., Какубава В.В., Табагуа М.И. Способ моделирования нефропатии. Заявка № 4902948/14 (005968). Полож.решение от 21.06.91.

30. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Волы ер Е.Р., Хачатрян P.M. Способ индикации анаэробных бактерий в биологическом материале. А.с. № 1757323.

31. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Вольтер Е.Р., Дзидзигури Д Ш., Какиашвили Я.М. Способ получения коллоидного раствора магнетита. А.с. 1817443.

32. Ахалая М.Г., Берия В.П.. Вольтер Е.Р, Какиашвили М.С., Санеблидзе Л.Г. Способ моделирования эпителиоидной гранулемы. Заявка № 4939672/14 (044208). Полож.решение от 03.01.92.

33. Вольтер Е.Р , Глушенко H H. Физико-химические аспекты применения магнитных жидкостей в экспериментальной биомедицине // Сб.научн.трудов IX международной Плесской конференции по магнитным жидкостям. Иваново: ИГЭИ. 2000. С.349-351

34. Вольтер Е.Р., Какубава В.В., Кикория А.Д., Ьудник М.Н., Губин В.В. Применение коллоидного магнетита для модуляции биологического действия электромагнитного излучения КВЧ-диапазона. Материалы Российской конференции. Организм и окружающая среда: жизнеобеспечение и защита человека в экстремальных условиях. М.Слово, 2000. Т. 1. С.98-99.

35. Kakubava V.V., Kikoria A.D., Volter E.R. In heterointeraction of purnient round microbes and colloidal magnetite particles, //Intern. Symp. Magn. Carriers. Biol. Clin. Appl. - ISMC" 99. Abstracts. Wuhan. China 1999.

36. Вольтер E.P., Брусенцов H.A. Динамика взаимодействия ферромагнитных коллоидов в организме животных. Материалы I симпозиума «Применение биомагнитных носителей в медицине.» - Москва: ИБХФ РАН, 2001. с. 94-103.

37. Brusentsov N.A., Kuznetsov V.D., Brusentsova T.N., Gendler T.S., Volter E.R. e.a. Magnetisation of ferrifluids and effects of intracellular deposition of ferrite nanoparticles. //J. Magn. Magn. Mat. 2004. T.252. p. 2350-2351.

38. Брусенцов H.A., Брусенцова Т.Н., Барышников А.Ю., Вольтер Е.Р. Препараты для диагностики и биотерапии онкологических заболеваний. Матер. Всерос. научно-практической конф. «Отечественные противоопухолевые препараты» Москва, 17-19 марта 2004 //Рос. Биотерапевгиче-ский ж. 2004, №2, с.15-16.

39. Вольтер Е.Р., Брусенцов H.A., Полянский В.А. Взаимодействие ферромагнитных коллоидов с бактериями. //Сб. науч. тр. 11-й Междун. Плесской конференции по магнитным жидкостям. Иваново: ИГЭУ, 2004. с. 234-238.

40. Брусенцов H.A., Брусенцова 'L.H., Барышников А.Ю., Полянский В.А., Шумаков Л.И , Вольтер Е.Р.Проблемы гипертермии //там же. с.248-253.

41. Вольтер Е Р., Ахалая M Г , Брусенцов H.A. Ферриколлоиды при лечении незаживаюших язв и гнойных ран различной этиологии // там же, с. 254257.

РНБ Русский фонд

2007-4 5745

Подписано к печати 11. 10. 05 г. Формат 60x90 '/16

_Усл. п. л. - 1,7. Тираж - 100_

Отпечатано с готовых диапозитивов в типографии г. Нальчик ул. Энгельса 37

3« ЧИП '

I . ^ '

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Вольтер, Ефим Романович

Список сокращений.

Содержание.

Введение.

Глава I. Литературный обзор.

1.1 .Получение и некоторые физико-химические свойства коллоидных ферромагнетиков.

1.2.Химическая модификация коллоидных ферромагнетиков.

1.2.1. Коагуляция и флокуляция ферроколлоидов.

1.3.Поверхностные электронные состояния в высоко дисперсных металлических частицах.

1.4. Магнитные свойства коллоидных ферромагнетиков.

1.5. Магнитный резонанс ферроколлоида.

1.6. Физико-химические свойства живой системы.

1.6.1.Уровень организации и свойства живой системы.

1.6.2. Биологические мембраны и их функции.

1.7. Физико-химические свойства мембранных систем.

1.7.1. Гидрофобные взаимодействия и устойчивость мембран.

1.7.2. Молекулярные взаимодействия в мембранах.

1.7.3. Взаимодействие коллоидных металлов с живыми клетками.

1.7.3.1. Флокуляция и хемотаксис живых клеток в присутствии коллоидных металлов.

1.7.4. Применение коллоидных ферромагнетиков в биологии и медицине.

Выводы по главе 1.

Глава II. Методика получения и физико-химические свойства коллоидов магнетита.

2.1. Получение и физико-химические свойства частиц магнетита.

2.2. Исследование фотостабилизации коллоидного магнетита.

2.3. Получение ферроколлоидов медико-биологического назначения.

2.3.1. Ферроколоид, стабилизированный альбумином.

2.3.2. Ферроколоид, стабилизированный лецитином.

2.3.3. Ферроколоиды, с растворяющейся дисперсной фазой, стабилизированные лимонной кислотой и салицилатом натрия.

2.4. Изотермы адсорбции биологически активных веществ на магнетите.

2.4.1. Адсорбция альбумина на магнетите.

2.5. Магнитный резонанс в ферроколлоидах.

2.5.1. Линия поглощения суспензии магнетита.

2.5.2. Ферромагнитный резонанс в коллоидах магнетита.

2.5.3. Электронный магнитный резонанс ферроколлоида, стабилизированного лимонной кислотой.

2.5.4. Спектры ФМР ферроколлоидов, стабилизированных альбумином и лецитином.

2.6. Редокситные свойства ферроколлоидов.

2.7. Магнитная структура модифицированного НМ.

Глава III. Гетеровзаимодействие коллоидного магнетита с микробами.

3.1. Избирательность антимикробного действия коллоидного магнетита к клеткам.

3.2. Влияние стабилизаторов КМ на антимикробное действие.

3.3. Обсуждение результатов.

3.3.1. Капиллярные и термофлуктуационные эффекты при адагуляции КМ на бактериальной стенке.

Глава IV. Экспериментальное исследование и моделирование динамики коллоидного магнетита в организме.

4.1. Распределение КМ в органах и тканях животных.

4.2. Двухкамерная модель динамики КМ в организме.

4.3.Диффузионно-кинетические закономерности распределения

КМ в межклеточном пространстве.

4.4.Кинетическая модель описания транспорта КМ в организме.

Глава V. Применение ферроколлоидов при исследовании и моделировании медико-биологических процессов.

5.1. Малые частицы магнетита- метки для биологических исследований.

5.2. Коллоидные частицы магнетита в микроциркуляционном русле.

5.2.1.Моделирование гиперкоагулемии.

5.2.2. Фильтрация КМ в терминальном русле.

5.3. Эпителиоидная гранулема.

5.4. Моделирование токсической гепатопатии.

5.5. Моделирование асептического перитонита;.

5.6. Моделирование иммунодефицитного состояния.

Глава VI Результаты испытания КМ при лечении трудно заживающих язв нижних конечностей.

6.1 Обсуждение результатов.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Биофизико-химические аспекты получения и применения коллоидов магнетита"

В окружающей нас среде непрерывно протекают процессы специфического и неспецифического взаимодействия объектов живой и неживой природы. Привлечение методов биофизической химии к решению биологических задач позволяет лучше понять роль среды обитания в жизнедеятельности организмов, так как большая часть биологических структур и процессов, протекающих на надмолекулярном уровне в живой системе, имеет коллоидную природу [1,2].

Через тонкие пленки водной дисперсной среды происходит взаимодействие живых клеток с коллоидными частицами и имеет место специфическая избирательность [3,4] . В ряде случаев может наблюдаться избирательная адгезия коллоидных минералов к мембране живых клеток [5,б], а в других - специфическое отталкивание, образование периодических структур без видимых контактов или полная инертность [7,8]. Это, вероятно, обусловлено различием в знаке дальнодействующих поверхностных сил, действующих между клеткой и коллоидными материалами в водной среде, ферро- и электрофоретическими силами и др. [9,10].

Актуальность проблемы. Значительное количество высоко дисперсных ферромагнетиков, преимущественно магнетита (закись-окись железа), биогенного и техногенного происхождения непрерывно генерируются в микробных популяциях и различных технологических производствах, попадают в сточные воды и выбрасываются со смогом в атмосферу. Попадая в организм с воздухом, питьевой водой и продуктами питания частицы окислов железа в большинстве своем элиминируются (до солей железа) [11], а незначительная часть длительно депонируется в организме.

Уже не одну сотню лет назад люди успешно применяли коллоидный магнетит (КМ) для лечения гнойно-воспалительных заболеваний и отравлений, что описано в канонах восточной (Авиценна) и тибетской медицины [12]. Однако в середине 30-х годов XX века коллоидальное лечение пошло на спад вследствие открытия и успешного применения сульфаниламидов, а затем антибиотиков.

В известной степени этими качествами обладают КМ, высокодисперсные частицы БезОд, стабилизированные двойными электрическими слоями (ДС) или биоактивными ПАВ в воде. Магнитные и магниторезонансные свойства магнетита, а также электронноплотность материала позволяют осуществлять не только управляемое воздействие, но и контроль их биотрансформации в организме. Успехи коллоидной химии позволили в достаточной мере отработать технологию получения и понять природу устойчивости, старения и коагуляции КМ [13].

По инициативе академика JI.А. Пирузяна в 1978 году бьша сформирована Программа Министерства Здравоохранения СССР «Применение ферромагнетиков в медицине» и в её выполнении включились такие учёные как М.Г.Ахалая, В.Ф. Гудов, А.А. Кузнецов, А.Г. Маленков, и многие другие.

К началу 80-х годов бьша сформулирована концепция о том, что высокодисперсные металлические частицы, в том числе и железо (в разной степени окисления), представляют новый класс биологически-активных соединений [14,15].

Развитие представлений о биомагнетизме, физиологической роли магнитных полей и магнитоспиновых эффектов оставило в стороне ряд вопросов, касающихся биофизико-химической активности КМ. Электронные поверхностные состояния наномагнетита, изменяемые при адсорбции ПАВ, во многом определяют адсорбционные, каталитические и окислительно-восстановительные свойства КМ, устойчивость частиц к растворению и окислению в биосреде, а, следовательно, и возможную степень влияния на гомеостаз. С исследованием этих свойств могут быть связаны надежды от применения КМ для активации детоксицирующих систем, выделительных функций и иммунных механизмов, для исследований мембранных и ферментных систем, и механизмов депонирования в организме чужеродных соединений, а также для лечения онкологических (гипертермия) и гнойно-воспалительных заболеваний.

Цель и задачи исследования. Изучение структурных и физико-химических показателей биосреды в зависимости от магнитной структуры и динамики изменений редокситных свойств наномагнетита (НМ), модифицированных биоактивными соединениями (белки, липиды, органические кислоты и др.) и внешних электромагнитных воздействий.

Задачи исследования

1. Получение биосовместимых коллоидов наномагнетита.

3. Изучение природы гетеровзаимодействия КМ с микробами.

4. Применение КМ в экспериментальной фармакологии, при лечении гнойных ран и моделировании заболеваний.

Установлены основные пути биотрансформации КМ при различных путях введения в организм.

Разработаны способы моделирования патологических состояний на организ-менном, органном и клеточном уровнях, основанных на введении КМ в организм животных, и использования ИМ как магнитной метки для биологических исследований.

Практическая ценность. На основании экспериментальных исследований влияния ПАВ на структуру и физико-химические свойства КМ в полярной среде,- в том числе взаимодействия автолокализованных радикальных форм, магнитных моментов поверхности и объема, оптимизированы технологические режимы получения КМ с повышенной или пониженной намагниченностью и устойчивостью ферро-фазы к растворению в агрессивной биосреде.

Данные о влиянии КМ на гомеостаз и жизненно важные биосистемы открывают новые возможности и подходы в диагностике и лечении ряда инфекционных и хронических заболеваний человека. Разработан метод лечения гнойных ран диабетического происхождения, который прошёл предклинические испытания. Практически у всех пациентов наблюдалось значительное улучшение и заживление ран. Получены положительные результаты при местной радиочастотной гипертермии тканей, содержащих частицы наномагнетита, и гемосорбции с использованием КМ.

I.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Вольтер, Ефим Романович

выводы.

1. Синтезирован ряд биосовместимых коллоидов магнетита, стабилизированных биоактивными веществами в воде. Изучены адсорбционные свойства, изменения рН, рОг и окислительно-восстановительного потенциала в этих системах. Показано, что адсорбция на частицах магнетита поверхностно-активных веществ с донорно-акценторными свойствами приводит к изменению степени окисления дисперной фазы от «сверхокисленной» до «сверхвосстановленной». При адсорбции сильных восстановителей, частицы магнетита начинают растворяться и гетерогенная коллоидная система переходит в гомогенную фазу. Этот процесс сопровождается колебательными изменениями окислительно-восстановительного потенциала, что позволяет предположить послойный характер распада энергонасыщенного приповерхностного слоя, толщиной кратной постоянной кристаллической решетки магнетита 0,83 нм.

2. Показано, что гетеровзаимодействие микроорганизмов S-aureus с коллоидами магнетита, при концентрации частиц 104 - 105 на один микроб, приводит к гибели микроорганизма. На основе учета капилярных и термофлуктуационных эффектов расчитаны упругие натяжения в мембране микроба, окруженного псевдоожиженным магнитным слоем, приводящие к ее разрушению. Отмечено, что для микробов Е, coli, Ps.aeruginosa эффект гибели при гетеровоздействии с КМ не наблюдается.

3. Изучены процессы биотрансформации КМ в организме крыс при различных путях введения. Обнаружено, что синтезированные КМ быстро распределяются в кровеносной системе и поглощаются клетками ретикуло-эндотелиальной системы, с последующим выведением с фекалиями. Предложены модели удовлетворительно описывающие кинетику биотрансформации коллоидов магнетита.

4. Разработан ряд способов исследования биологических объектов и моделирования патологических процессов, основанных на использовании наномагнетита опробованных в лабораторных условиях и прошедших пагентную экспертизу.

5. При ограниченных клинических испытаниях препаратов КМ подтверждена перспективность их использования при лечении осложнённых, длительно не заживающих язв и гнойных ран различной этиологии, исключая язвы, связанные с раком кожи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе эволюции в организме млекопитающих и человека сформировались три основные защитные системы. Это - монооксигеназная детоксицирую-щая система печени, иммунная система и воспалительная реакция организма. С другой стороны, синтезированные по бионическкому принципу магнитные жидкости одновременно обладают свойствами детоксицирующих систем, активация иммунных механизмов и выделительных функций. Это объясняется особенностями электронных поверхностных состояний коллоидного магнетита (КМ), следствиями которых является высокая адсорбционная, каталитическая и окислительно-восстановительная активность феррочастиц.

Синергический эффект эволюционно закреплённых защитных систем организма и вводимых в организм жидкомагнитных сред, выявленный в результате экспериментально-клинических исследований, позволил перейти к рациональной терапии практически всех воспалительных заболеваний; Это, прежде всего, гнойные раны, перитониты, свищи, трофические язвы и мн. др.

Однако, разные стадии и формы воспаления резко различаются по метаболизму, кровообращению и морфологическим особенностям. Поэтому, применение биологически активных веществ, какими являются КМ, на разных этапах воспаления должно иметь не5однозначную биологическую реакцию и, следовательно, использование КМ без учёта стадии процесса в лучшем случае может оказаться бесполезным.

Прежде всего следует отметить двойственность реакции организма на попадание НМ: частицы магнетита способны индуцировать асептическое воспаление и, в то же время, снижать интенсивность воспалительной реакции за счёт нейтрализации действия токсичных факторов.

На первой стадии двухфазной сосудистой реакции, характеризуемой кратковременной констрикцией и длительной дилатацией, внутривенное введение КМ уже через несколько секунд после раздражения приводило к накоплению частиц в околососудистом пространстве в области воспаления. Такое прохождение частиц возможно в результате их проникновения через межэндотелиальные промежутки, включение частиц в конгломерату тромбоцитов, скопления частиц в местах повреждения эндотелия и фагоцитоза эндотелиальными клетками микрососудов. Аппликация КМ на этой стадии воспаления привела к скоплению частиц в местах повышения проницаемости сосудов, причём наибольшая фиксация частиц возникает не в капиллярах, а в венулах диаметром 20-30 мкм. Такая «закупорка» межэндотелиальных пор снижает фильтрацию белка в тканевом пространстве и восстанавливает ре абсорбцию в венозной части капилляров.

Во второй стадии воспаления, которое характеризуется значительным возрастанием проницаемости стенок посткапиллярных венул, замедлением кровотока, слипанием лейкоцитов и их адгезией к эндотелию микрососудов, внутривенное введение КМ уже не приводит к выраженному накоплению частиц в очаге воспаления. Аппликация КМ на рану приводит к связыванию частиц в основном с альбумином, глобулинами и фибриногеном. Смыв раны практически полностью очищает поверхность.

На третей стадии воспаления, которая характеризуется почти полной остановкой кровотечения, аппликация КМ приводит к прилипанию частиц в местах проникновения через стенку капилляра полиморфно-ядерных лейкоцитов и эритроцитов. Особенно выражено гетеровзаимодействие КМ с тромбоцитами, которое приводит к связыванию тромбоцитов и их стабилизации. В процессе воспаления следует отметить после аппликации КМ «светлых», «тёмных» и «промежуточных» клеток, окрашенных феррочастицами. Эта плотность отражает зрелость клеток. По нашим данным разная степень прилипания КМ отражает разную степень оттёка клетки при воспалении. Светлые клетки — молодые, а тёмные — означают сморщивание, спресованность цитоплазмы, складки мембраны. Это открывает перспективы дифференциальной диагностики нормальных и некротизированных тканей.

Четвёртая стадия характеризуется развёртыванием внесосудистых изменений - хемотаксисом эмигрировавших лейкоцитов к очагу воспаления и фагоцитозом повреждённых клеток и тканей. В этот период КМ , внесённый в область воспаления, локализуется в очагах набухания и некроза с проявлением микродре-нирующих свойств. Капиллярный отток жидкости из раны обусловлен перепадом осмотического давления раствора электролита по обе стороны межфазной границы, образуемой псевдоожиженым слоем КМ и сжимающейся биополимерной сеткой, а накопление КМ в зоне некроза — избыточным количеством свободной воды. Внесение КМ на данном этапе воспаления приводит к усилению фагоцитоза.

В репаративной стадии воспаления аппликация КМ приводит к чёткой картине распределения частиц в зависимости от пролиферативных процессов, а именно, в зонах активной пролиферации прилипание частиц не имеется, а в участках некроза отмечается прочное связывание частиц. В этих условиях, когда увеличивается потребления кислорода, повышается потребление углеводов, жиров, аминокислот, минеральных солей и особенно воды, вносить КМ, который снижает р02, рН и окислительно - восстановительный потенциал, нецелесообразно и возможно только в целях диагностики динамики заживления и наличия очагов некроза.

В случае инфекционного воспаления уже на первой стадии отмечается фиксация КМ как клетками, так и межклеточным веществом, особенно лимфатической тканью. Активное депонирование КМ происходит в очаге хронического воспаления. По направлению к периферии степень накопления частиц уменьшается. В очагах хронического воспаления наибольшее количество частиц находятся в некротических участках, далее в просвете сосудов и наконец в клетках гранулёмы. Из очага некроза частицы выводятся медленнее, чем из других зон.

Поиск эффективных способов защиты организма от действия патогенных микроорганизмов и токсических веществ, разработка методов управляемого воздействия на органы-мишени неразрывно связаны с созданием и использованием новых композиционных материалов. Перспективные в этом отношении исследования вот уже около тридцати лет проводятся с синтезированными по бионическому принципу КМ. Используемые в биологии и медицине коллоиды магнетита, стабилизированные биологически-активными веществами, могут обладать свойствами детоксицирующих систем, активации иммунных механизмов и выделительных функций.

В различных областях биологии и медицины используются различные типы КМ и разные способы их применения, включая сочетание их действия, в первую очередь, с действием постоянных МП различной напряженности, ВЧ- и СВЧ-излучениями и ультразвука.

Из медико-биологических задач, решаемых с использованием магнитных частиц, можно отметить, например, такие: разделение клеточных смесей, выделение моноклональных антител из гибридомной культуры клеток, получение им-мунодиагностических препаратов, выделение фагоцитов человека и животных, иммобилизация ферментов, избирательное контрастирование клеток и молекулярных структур при электронной микроскопии, определение жизнеспособности и активности клеток, и др. диагностические тесты.

В том же ключе решаются вопросы моделирования заболеваний, как например, моделирование иммунодефицитного состояния, моделирование диссеми-нированного свертывания крови, моделирование гепатопатии и нефропатии, исследование внутриклеточных движений и др;

Во всех случаях используются основные свойства КМ - то что частицы управляемые МП, являются электронноплотными, легко проникают в микроциркулярное русло и живые клетки (размер частиц соизмерим с размером белковой глобулы и толщиной мембраны).

Наиболее важным звеном в технологическом процессе изготовления КМ является стабилизация наномагнетита в воде. Для решения данной задачи используется как бионический принцип обратимого перевода мономеров: в мицеллы за счет дифильных молекул, входящих в состав биологических мембран, лекарственных веществ и др., так и создание капсул, электростерической оболочки или полимерной матрицы.

Анализ физико-химических свойств КМ показывает, что они с успехом могут быть использованы при решении фундаментальных и прикладных задач биологии и медицины. Теоретический аспект в данном случае заключается в возможности выяснения механизмов взаимодействия биологического обьекта с электромагнитными полями. Практическая сторона связана с совершенно уникальными возможностями диагностики, эффективного ввода и сбора информации, управления лечебным процессом, а также моделирования функциональных систем организма. Особенности функционирования биологических систем накладывают весьма жесткие требования к веществам медико-биологического назначения. В зависимости от назначения, КМ должны удовлетворять следующим основным условиям:

- не оказывать токсического действия на всех уровнях организма; сохранять стабильность в биологических средах; иметь высокую намагниченность; сохранять реологические, гидродинамические, механические и другие свойства при наполнении их биологически активными веществами и введении в биологический обьект. Перечисленные условия требуют комплексного решения разнообразных научно-практических задач. Первостепенными являются следующие: исследование токсичности, подбор стабилизатора, изучение динамики накопления и выведения магнитных жидкостей из организма, возможность локального контроля, наполнение биологически активными веществами.

Результаты, полученные при лечении животных и человека оказались более чем обнадеживающими. Так, при лечении гнойных ран, обнаружено, что частицы КМ локализованные на мембране золотистого стафилококка, приводят к ее разрушению. Здесь же были выявлены эффекты дренирования и дегидратации раневой поверхности псевдо ожиженным магнитным слоем, активация макрофагов, увеличение межклеточной адгезии, адсорбция и дезинтеграция токсинов. Это не удивительно, т.к. ВДЧ магнетита обладают высокой электронной емкостью поверхностного слоя, характерной активной электронной структурой, определяемой ионными переходами Fe2+ и Fe3+ , и, как следствие проявляют адсорбционные и каталитические свойства.

Основные противопоказания к применению КМ - это остеомиелит и микозы. Это, возможно, определяется способностью ФК, находящихся во внешнем МП, растворять нерастворимые в воде соединения, в частности комплексы кальция. Чем вызывается активация грибковой флоры до сих пор не ясно. Не изучены также вирусные инфекции и онкологические заболевания.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Вольтер, Ефим Романович, Сухум

1. Петрянов-Соколов И.В. Коллоидная химия и научно-технический прогресс// ЖВХО им Д.И.Менделеева. 1989. Т.34. № 2. С.3-6

2. Бейлис В. Коллоидное состояние в медицине и физиологии. М.-Л.: Госиздат. 1925.72 С.

3. Дерягин Б.В. Духин С.С., Листовничий А.В. Устойчивость суспензий живых клеток и диэлектрофорез // Коллоидн. журн. 1985. Т.47. № 3. G. 450-468

4. Ульберг З.Р.Дарамушка В.И., Духин А.С., Овчаренко Ф.Д. Трансмембранный потенциал как фактор, определяющий закономерности электроповерхностных явлений в клеточных суспензиях //Докл.акад.наук СССР.1988. Т.ЗОЗ. № 3. С.738-741.

5. Овчаренко Ф.Д. ЭстреллаЛьопис В.Р., Гаврилюк А.И. Ближняя агрегация микроорганизмов и минеральных частиц. // Коллоид, жур. 1988. Т.50. № 1. С.54-62.

6. Ульберг З.Р. Карамушка В.И., Грузина Т.Г. и др. Влияние протонофоров на гетерокоагуляцию бактериальных клеток и минеральных частиц //Коллоид, ж. 1990. Т.52. № 1. С.172-175.

7. Дерягин Б.В., Голованов М.В. Об электромагнитной природе сил отталкивания, формирующих ореолы вокруг клеток //Коллоид, ж. 1996. Т.48. № 2. С.248-250.

8. Frolich Н. Adv. in Electronics and Electronics and Electron Physics. 1980.V. 53. P. 89

9. Овчаренко Ф.Д., Ульберг 3.P., Перцов H.B. Гетерокоагуляция микроорганизмов с дисперсными системами //ЖВХО им. Д.И. Менделеева. 1989. Т.34. №2. С. 15-22.

10. Akhalaya M.G.,Kakiashvili M.S.,Zakaraya К. A., Perelman М.Е. On the biomagnetism of cells //Phys.lett. 1984. V.101 A. № 7.P.367-370.

11. Ибн Сина Авиценна. Канон врачебной науки. В 2-х т. М.:ГИЗ, 1956.

12. Бибик Е.Е.,Бузунов О.В. Достижения в области получения и применения ферромагнитных жидкостей. М.: ЦНИИ "Электроника". 1979. Сер. 6. Материалы. Вып.7 (660).

13. Пирузян Л.А., Кузнецов А.А., Чиков В.М. О магнитной гетерогенности биологических систем // Изв. АН СССР сер.биол. 1980. №5. С. 645-653.

14. Пирузян Л.А., Кузнецов А.А., Семёнов С.М., Чиков В.М. О кинетике диффузионных процессов в магнитогетерогенных суспензиях биологических частиц // Изв. АН СССр сер.биол. 1980. №6. С. 826-830.

15. Федоров Ю.И. Высоко дисперсные порошки металлов новый класс биологически активных веществ. Автореф. дис. докт.биол. наук. Купавна: ИХФ АН СССР. 1983.71 С.

16. Федоров Ю.И., Бурлакова Е.Б., Ольховская И.П. К вопросу о возможности применения мелкодисперсных порошков металлов в качестве биологически активных соединений//Докл.А.Н. СССР. 1989.Т.248. № 5. С.1277-1281.

17. Бибик Е.Е. Коллоидные ферромагнетики// ЖВХО им. Д.И.Менделеева. 1989. Т.34. № 2. С. 68-74.

18. Фертман В.Е. Магнитные жидкости. Мн.: Высш.шк. 1988. 184 С.

19. Jolivet J.-P.,Massart R.,Fruchart J.M. Syntesis and physiochemical study on nonsurfactant magnetic colloids in aqueus medium// Now J. Clin. 1981. № 7(5). P. 325331.

20. Берестнева З.Я., Каргин B.A. О механизме образования коллоидных частиц// Успехи химии. 1955. Т.24. № 3. С. 249-259.

21. Фольмер М. Кинетика образования новой фазы. М.: Наука. 1986. 208С.

22. Shuelle W.J.,Deetscreek V.D. Preparation, growth and study of ultrafine ferrite particles//J. Appl.Phys. 1961. V. 32.№ 2. P. 235

23. Elmore W.C. Ferromagnetic colloid for studying magnetic structures// Phys. Rev. 1938. V.54.№ 4. P. 309-310.

24. Грибанов H.M. Физико-химические основы технологии магнитных жидкостей//Автореф.дис. канд. хим. наук. JL: ЛТИ. 1986. 21 С.

25. Бибик-Е.Е. Влияние взаимодействия" частиц* на свойства феррожидкостей// Физические свойства магнитных жидкостей/ Под ред. М.И.Шлиомиса. Свердловск: УНЦ АН СССР. 1983. С.3-15.

26. Бибик Е.Е. Приготовление ферромагнитной жидкости //Коллоид, ж. 1973. Т. 35. №6. С. 1141-1142.

27. Бибик Е.Е., Введенская Н.Б. Реология дисперсных систем. JL: ЛГУ. 1981.

28. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Берия В.П. Способ получения коллоидного раствора магнетита // Б.И. 1983. № 26. А.с. №1028602 (СССР).

29. Milonjich S.R., Kopecni М.М., Ilic Z.T. The point of zero charge and adsorption properties of natural magnetite//J. Radional. Chem. 1983. V. 78. № 1. P. 15-24.

30. Бибик Е.Е. Лавров И.С. Стабилизация ферромагнитных полидисперсных золей// Коллоид, жур. 1966. Т. 28. № 3. С. 326-327.

31. Хачатурян А.А., Лунина М.А. Адсорбционные свойства ферромагнитных порошков в различныз средах// Колоид. ж. 1985. Т.47. № 2. С. 359-362.

32. Нечаев Е.А. Хемосорбция органических веществ из водных растворов на окислах// ЖФХ. 1982. Т.56. № 2 С. 496-499.

33. Colloidal dispersions/Ed. J.W. Goodwin. London: Royal Chem. Soc. 1982.

34. Савченко В.И. Исследование хемосорбции кислорода и реакции окисления углерода на металлах// Успехи химии. 1986. Т.55. №3. С. 462-476.

35. Шлиомис М.И. Магнитные жидкости// Успехи физич. наук. 1974. Т. 112. № 3. С. 427-458.

36. Розовский А.Я. Катализатор и реакционная среда. М.: Наука. 1986.

37. Адсорбция растворов на поверхности твердых тел/Под ред. Г.Парфита, М.Рочестера. М.: Мир. 1986, 431 с.

38. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. М.: Химия. 1981. 368 С.

39. Бибик Е.Е., Матыгуллин В;Ю., Райхер Ю.Л., Шлиомис М.И. Магнитостатические свойства коллоидов магнетита//Магн. гидродинамика. 1973. № 1: С. 68-73.

40. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: МГУ. 1982. 348 С.

41. Розенцвайг Р. Феррогидродинамика// Успехи физич. наук. 1967. Т. 92. № 2. С. 339-343.43 . Неппер Д. Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами. М.: Мир. 1986.487 С.

42. Де Жен П. Идеи скейлинга в физике полимеров. М.: Мир. 1982. 368 С.

43. Желудко А. Коллоидная химия. М.: Мир. 1984. 320 С.

44. Matijevic Е. Monodispersed Colloids: Art and Science // Langmur. 1986. V2. No. 1. P: 12-20.

45. Морохов И.Д.,Петинов В.И: Трусов Л.И., Петрунин В.Ф. Структура и свойства малых металлических частиц// Успехи физич. наук. 1981. Т. 133. № 4. С.653-691.

46. Уайт Р., Джебелл Т. Дальний порядок в твердых телах. М.: Мир. 1982: 447 С.

47. Петров Ю.И. Кластеры и малые частицы. М.: Наука. 1986.367 С.

48. Волькенштейн Ф.Ф. Электронные прцессы на поверхности плупроводников при хемосорбции. М.: наука. 1987. 432 С.

49. Лущик Ч.Б., Лущик А.Ч. Распад электронных возбуждений и образование дефектов в твердых телах. М.: Наука. 1989. 264 С.

50. Кондорский Е.И. Природа высокой коэрцитивной силы мелкодисперсных ферромгнетиков и теория однодоменной структуры// Изв. АН СССР. Сер. физич. наук. 1952. Т. 16 № 4. С.398-411.

51. Херд К.М. Многообразие видов магнитного упорядочения в твердых телах// Успехи физич. наук. 1984. Т.142.№ 2. С.ЗЗ 1-356.

52. Гохштейн А.Е. Поверхностное натяжение твёрдых тел и адсорбции. М.: Наука. 1976.400с.

53. Гехт Р.С., Игнатченко В.А., Райхер Ю.Л., Шлиомис М.И. Магнитный резонанс изотропного супермагнетика// ЖЭТФ. 1976. Т.70. № 4.С. 1300-1311.

54. Гехт Р.С., Игнатченко В.Л. Магнитодипольное уширение резонансной линии в супермагнетике//ЖЭТФ. 1979. Т.76. С. 164-174.

55. Райхер Ю.Л. Шлиомис М.И. К теории дисперсной магнитной восприимчивости мелких ферромагнитных частиц// ЖЭТФ. Т.67. №9.1. С. 1060-1073;

56. Anderson J.C.,Donovan В. Natural ferromagnetic resonance of magnwtite// Proc.Phys. Soc. 1960. V. 75. № 2. P. 149-151.

57. Berkovitz А.Е., Lahut J.A., Jacobs I.S et al7 Spin pinning at ferrite-organic interface// Phys. Rev. Lett. 1975. V.34. №10. P. 594-597.

58. Слинкин А. А. Применение метода ферромагнитного резонанса в исследованиях гетерогенных катализаторах// Успехи химии. 1968. Т. 37. № 8. С. 1521-1543.

59. Sharma V.K.,Waldner F. Superparamagnetic and ferromagnetic resonance of ultrafine magnetite (Fe304) particles in ferrofluids// J. Appl. Phys. 1977. V. 48. № 10. P. 4298-4302>

60. Shliomis M.I:, Raikhner Yu.L. Experimental investigation of magnetic fluids // IEEE Trans. Magn. 1980. V.16. № 2. P. 237-250.

61. Ройцин А.Б., Маевский B.M. Электронный парамагнитный резонанс поверхности твёрдых тел//Успехи физич.наук. 1989. Т. 159. №2. С. 297-335.

62. Чанг Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам. М.: Мир. 1980. 662 С.

63. Поликар А. Молекулярная цитология мембран живой клетки и ее микроокружение. Новосибирск: Наука. 1975. С. 183.

64. Иванов А;А., Гладских О.П., Кузнецова А.В., Данилова Г.И. Межклеточные и клеточно-матриксные взаимодействия в патологии // Молекулярная медицина. 2005. №2. С. 16-20.

65. Маленков А.Г., Гуич Г.А. Межклеточные контакты и реакция ткани. М.: Медицина. 1979. С. 136.

66. Франклин Т., Сноу Дж. Биохимия антимикробного действия // М.: Мир, 1984. 240с.73. . Флоренс А.Т. Биологическое значение мицеллообразования /Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии. М.Мир.1980. С. 42-62.

67. Леви Т., Сиковиц Ф. Структура и функции клетки. М.: Мир.1971. 584 С.

68. Романова Ю.М., Бошнаков Р.Х., Баснаков Т.В., Гинцбург А.Л. Механизмы активации патогенных бактерий в организме хозяина // Ж. микробиол. 2000. №4. С. 7-11.

69. Езепчук Ю.В. Патогенность как функция биомолекул. М.: Медицина. 1985. 240 С.

70. Singer S.J. The molecular organization of membrane s//Annu. Rev.Biochem. 1974, V.43.P. 805-807.

71. Singer S.J., Nicolson G.L. The fluid mosaic model of the structure of cell membranes//Science, 1972. V.175. P. 720-721.

72. Айтьян G.X., Белая М.Л., Чизмаджев Ю. А. Дальние взаимодействия Мембран/Биофизика мембран/ Под ред.Ю А . Овчинникова и др. М.: ВИНИТИ. 1984 Т.З. С. 5-48.

73. КагаваЯ. Биомембраны . М.: Высшая школа. 1985. 300 С.

74. Биополимеры/ Под ред. Иманиси Ю.М.: Мир. 1988. 544 С.

75. Уильяме Р.Дж.П. Связывание ионов металлов с мембранами и его последствия/Биологические мембраны/Под ред. Парсона Г.М.: Атомиздат. 1978. С. 118-137.

76. Альберте Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. В 5-и т. М.: Мир. 1986.84. а Шлегель П. Общая микробиология. М.: Мир. 1987. 567 С.б. Овод В.В., Вершигора А.Е. Адгезивность бактерий// Успехи совр. биол. 1982, Т. 94.№ 2. С.213-224.

77. Бухарин О.В., Усвяцов Б.Я., Чернова О.Л. Биология патогенных кокков М.: Медицина. 2002.

78. Стейниер Р., Эдельберг 3:, Ингрем Дж. Мир микробов. М:: Мир, В 3-х т. М.: Мир, 1979. Т.1.319С.

79. Овчинников Ю.А., Иванов В.Т., Шкроб A.M. Мембранно-активные комплек-соны. М.: Наука, 1974,463 С.

80. Накагаки М. Физическая химия мембран. М.: Мир, 1991. 255с.

81. Ивенс И., Скейлак Г. Механика и термодинамика биологических мембран. М.: Мир. 1982. 304 С.

82. Mitchison J.V., Swann M.M. The mechanical properties of the cell surface//J. Exp. Biol. 1954. V.31. P. 443.

83. Рубин А.Б. Биофизика, M.: Высш. шк. 1987. Т. 2. С. 20-30.

84. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: МГУ . 1982. 352 С.

85. Журков С.Н. Физические свойства прочности. Наука и человечество. М.: Знание, 1973. 177с.

86. Измайлова В.Н., Ребиндер П.А. Структурообразование в белковых системах. М.: Наука, 1974. 263с.

87. Измайлова В.Н., Ямпольская Г.П., Сумм Б.Д. Поверхностные явления в белковых системах. М.: Химия, 1988. 240с.

88. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука. 1987. 398 С.

89. Дерягин Б.В. Теория устойчивости коллоидов и тонких пленок. М.: Наука. 1986,206с.

90. Илялетдинов А.Н. Микробиологическое превращение металлов. Алма-Ата.: Наука . 1984. 268 С.

91. Tsao H.R., Hsu J.P , Diffusion-controlled autocatalytic reaction: a posible driving force for microbial flocculation// J .Col loid and Interface Sci. 1990. V . 13 5. № 1. P. 246-2 51.

92. Karavako G.Y., Sedelnicova G.V., Fridman J.D. et al Biotechnology of the extraction of metals// Econ. Bull. Eur. 1986. V. 38. № 2. P. 148-151

93. Huler G. Huler H., Steller K.O. Isolation and characterization of now7metal-mobilizing bacteria// Biotechnol. and Bioeng. Symp. 1986. № 6, P. 239-251.

94. Hughes M.N., Poole R.K, Metal mimicry and metal limitation in studies of metal-microbe interaction//Metal-microbe Interact. Symp. Cell Biol. Group Soc. Gen. Microbiol. Oxford etc. 1989. P.l-17.

95. Торшин С.ПГ, Удельнова T.M., Ягодин Б.А. Микроэлементы, экология и здоровье человека// Успехи совр, биологии. 1.990. Т. 109. № 2, С. 279-292

96. Ульберг З.Р., Гарбара С.В., Степаненко В. Г., Перцов Н.В. Флокуляция микроорганизмов на поверхности частиц твердой фазы// Коллоид, жур. 1989. Т. 51. №5. С. 950-955

97. Lovenstam Н.А. Mineral formed by organizms// Science. 1981. V.211. P. 11261131.

98. Lovenstam H.A., Weiner S. Mineralization by otganizms and the evolution of biomineralization// Biomineralization and Biological Metal Accumulation/ P. West-brock and E,W de Long, eds, Reidel, Dordrecht. 1983. P. 191-203.

99. Pohl H.A. Naturalctllular electrical resonance// Int. J . Quantym Chern. 1982, №97 P. 399-409.

100. Ахалая М.Г., Какиашвили M.C, Закарая К.А. О взаимодействии патогенных бактериальных клеток с ультрадисперсными магнитными частицами/ Биокибернетика и биофизика, Тбилиси: Мецниереба, 1989, С 3-7.

101. Хьюз М. Неорганическая химия биологических процессов. М.: Мир. 1983. 410 С. Неорганическая химия в 2т. // Под.ред. Г.Эйхгорна. М.: Мир, 1978.

102. Уильяме Д. Металлы жизни. М.: Мир. 1975.236 С.

103. Iske U., Hubner К., Herold W. Investigation and the connection between tht electrophoretic mobility metal uptake//Acta biotechnol. 1990. V. 10.№6.P. 541-549.

104. Маркушев C.A., Ковалевская A.H., Сафронов П.П. и др. Бактериальная перекристаллизация золота// Докл АН СССР. 1989. Т. 308. № 2. С. 482-483.

105. Коробушкина Е. Д., Бирюзова В. И., КоробушкинаИМ. и др. Зарождение кристаллов золота в клетках дрожжей и его аккумуляция//Докл АН СССР. 1989. Т.304. № 2. С. 431-432.

106. Овчаренко Ф.Д., Ульберг З.Р., Гарбара С.В. и др. Механизм биогенного формирования аутигенных включений золота в тонко дисперсных осадках// Докл АН СССР. 1985. Т. 284.М-3. С. 711 -713.

107. Овчаренко Ф.Д., Перцов Н. В., Ульберг З.Р. и др. Исследование взаимодействия Bacillus subtilis с частицами коллоидного золота методом ИК-спектроскопии// Коллоид, жур. 1987. Т. 49. №5. С. 898-902.

108. Byerley I,J., Schareri J.M., Rioux S. Reactions of precious metal complexis with biopolimers// Biohydrometallurgy Proc. the Int. Symp. Ottawa: CANMET. 1989. P. 301316.

109. Ульберг 3.P., Марочка JI.F., Полищук T.A., Перцов Н.В. Механизмы коагуляции клеток микроорганизмов электролитами// Коллоид, жур. 1989. Т. 51. № 4. С. 740-744.

110. Перельман А.И. Биокосные системы Земли. М.: Наука. 1977.С.160.

111. Бейли К. Металлические загрязнения пищевых продуктов. М.: Агро-промиздат. 1985. 184 С.

112. Мур Дж.В, Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. М.: Мир. 1987. 288 С.

113. Марголис Л.Б., Намиот A.A., Клюсин Л.М. О возможности сортировки клетки с помощью магнитолипосом// Биофизика. 1983. Т. 23. № 5. С. 884—885.

114. Molday R.S., Mackenzie L/ Immunospecific ferromagnetic iron-dextran reagents for the labeling and magnetic separation of cells// J. Immun. Veth. 1982 N. 52. P. 353-367.

115. Halling P.I., Dunnill P. Magnetic supports for immobilized enzimes and bioaffinity adsorbents// Enzime Microb. Technol. 1980. V.2. №2. P. 2-10.

116. Nakamura Т., Konno К., Notone T. et al. Biological aspects of ferromagnetic fine particles//J. Appl. Phys. 1971. V. 42. № 4. P. 1320-1324.

117. Плявиньш Ю. А. Магнитофорез и магнитные свойства клеток крови и микрокапсул на их основе. Автореф. дис. канд. ф.-мат. наук. М.: МГУ, 1985. 16 С.

118. Русецкий А.Н., Рууге Э.К. Гемодинамические аспекты магнитонаправленного транспорта лекарств// Бюл. ВКНЦ АМН СССР. 1984. № 1. С. 85-90.

119. МО.Сургуладзе Б.В. Применение коллоидного магнетита для лечения перитонита. Автореф дис. к.м.н. Тбилиси. 1990.21 С.

120. Г.Данилов Ю. Н., Гудченко С. А., Самохин Г. Г. и др. Концентрирование в кровеносной системе магнитных эритроцитов как основных носителей// Бюл. Эксп. биол. и мед. 1985. Т. 100. №12. С. 701-702.

121. Widder К., Flouret G., Senyei A. Magnetic mictospheres: syntesis of a novel parental drug carrier// J. Pharm. Sci. 1979. V. 68, № 1. P. 79-82.

122. Шорт Дж.Т., Тернер П.Ф. Применение физической гипертермии для лечения злокачественных новообразований// ТИИЭР. 1980. Т.68. № 1. С. 157-169. Нб.Кузнецов А.А., Чиков В.Н„ Дятлова Т.В. Новый метод биотестирования // ВСТ, 1994, №7, С. 7-8.

123. Roth D.A. Occlusion of interctanial aneurisms by ferromagnetic trombs // J. Appl.Phys. 1969. V. 40. № 3. P. 1044-1045.

124. Ахалая М.Г., Какиашвили M.C., Берия В.П. Перспективы применения магнитных жидкостей в биологии и медицине/ Физические свойства магнитных жидкостей. Свердловск: УНЦ АН СССР. 1983. С. 115-121

125. Zeemputter S.E. Horisberger М. Immobilization of enzimes on magnetic particles//Biotechnol.and Bioeng. 1974. V. 16. №3. P. 385.

126. Ахалая М.Г., Какиашвили M.C., Хабурзания Г.В., Саниблидзе М.Г. Способ детоксикации организма. А.С.№ 1638856 (СССР) от 17.07.87г.

127. Иванов П.К., Голенкина К.А. Иммуномагнитные сорбенты в онкологии // Сб.докл.1 Симпозиума по применению биомагнитных носителей в медицине. М.: ИБХФ РАН, 2001. С. 39-49.

128. Kuznetsov А.А., Filippov V.I., Alyautdin R.N., Torshina N.I., Kuznetsov О.А. Application of magnetic liposomes for magnetically guided transport of muscle relaxants and anticancer photodynamic drugs//JMMM 225, 2001. P. 95-100.

129. Ахалая М.Г., Какиашвили M.C., Вольтер E.P., ТабагуаМ.И., Берия В.П. Способ определения уровня активности фагоцитоза лейкоцитов. Ах. № 1403796. ДСП.

130. Ахалая М.Г., Берия В.П., Вольтер Е.Р., Какиашвили М.С., Санеблидзе Л.Г. Способ моделирования эпителиоидной гранулемы. Заявка № 4939672/14 (044208). Полож.решение от 03.01.92.

131. Вольтер Е.Р., Табагуа М.И., Берия В.П., Какиашвили М.С. Способ определения количества жизнеспособных клеток бактерий. А.с. № 1400283. ДСП.

132. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Берия В.П. Способ получения ферромагнитной жидкости. А.с. № 960126 от 27.11.80 Б.И. 1982. № 35.

133. Веденов А.А. Физика растворов. М.: Наука, 1984. 108с.

134. Лаврентьев И.П., Хидекель М.Л. Окислительное растворение переходных металлов в жидкой фазе. Роль кислорода и оксидной плёнки на поверхности // Успехи химии. 1983. Т.52. №4. С. 596-618.

135. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Закарая К.А., Вольтер Е.Р. и др. Исследование адсорбционных свойств магнитных жидкостей медицинского назначения. Тез.докл. XII Рижского совещания по магнитной гидродинамике. Саласпилс: ИФ АН Латв.ССР, 1987, т.4.

136. Алехин В.П., Вольтер Е.Р., Гальченко Ю.Л. Исследование ферромагнитного резонанса в коллоидах магнетита. М.: Деп.ВИНИТИ № 8692-В 88.8с

137. Морисон С. Химическая физика поверхности твердого поля. М.: Мир, 1980. 488 с.

138. Казанский В.Б. Расчет профиля потенциальной энергии каталитических реакций из спектральных данных // Физическая химия. Современные проблемы. М.: Химия, 1982. С. 7-38.

139. Ахалая М.Г., Вольтер Е.Р., Какиашвили М.С. Исследования фотостабилизации коллоидного магнетита // Тез.докл. VI Всесоюзн. Конференции по магнитным жидкостям.-М.: МРУ 1991 T.l С.14-15.

140. Брусенцов Н.А., Брусенцова Т.Н., Барышников А.Ю., Полянский В.А., Шумаков Л.И., Вольтер Е.Р.Проблемы гипертермии // там же, с.248-253.

141. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Берия В.П., Закарая К.А., Табагуа М.И., Вольтер Е.Р. Способ получения магнитной жидкости для биологических исследований А.с. № 1185804. Гриф «Т».

142. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Вольтер Е.Р., Табагуа М.И. Способ получения коллоидного раствора магнетита. А.с. № 1405600. ДСП.

143. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Вольтер Е.Р. Способ получения магнитной жидкости. А.с. № 1403795. ДСП

144. Зельдович Я.Б., Бучаченко Я.Н., Франкевич Е.Л. Магнитоспиновые эффекты в химии и молекулярной физике // Успехи физич.наук, 1988. Т. 155. №1. С. 3-46. 171

145. Бойер Е. Шретцман П. Обратимое присоединение кислорода комплексами металлов// Структура и связь. М:: Мир, 1969. С. 273-355.

146. Горичев И.Г., Киприянов Н.А. Кинетические закономерности процесса растворения оксидов металлов в кислых средах // Успехи химии. 1984. Т. 53. №11. С. 1790-1826.

147. Жаворонков Н.М., Нехорошее А.В., Гусев Б.В. и др. Свойство коллоидных систем генерировать низкочастотный переменный ток// Докл. АН СССР. 1983. Т. 270. №1. С. 124-128.

148. Broekhoven van Е.Н., Ponec V. Surface chemistiy of small particles // Surface Sci. 1985. V. 162. 31-3. P. 731-741.

149. Бовенко B.H. Основные положения автоколебательной модели предразрушаемого состояния твёрдых тел // Докл. АН СССР. 1986. Т. 286. №5. С. 1097-1101.

150. Jolivet J. P., Tronc E. Interfacial electron transfer in colloidal spinel iron oxide conversion of Рез04 - у ГегОз in aqueous medium // J. Colloid and Interface Sci. 1988. V. 125. no2. P. 668-701.

151. Тарел Д., Гарел О. Колебательные химические реакции. М.: Мир, 1986. 148 с.

152. Портная И.Б., Степина О.А., Козачинская Н.О. и др. Исследование оседания концентрированных суспензий // Коллоид.ж., 1987. Т. 49., №3, с. 593-596:

153. Мурцовскин В. А. Дальнодействующие взаимодействия частиц в электролитах // Коллоид.ж. 1987. Т. 49., №3. С. 584-589.

154. Хачатурян А.А., Лунина М.А. Адсорбционныесвойства ферромагнитных порошков в различных средах // Коллоид.ж. 1985. Т. 47. №2. С. 359-362.

155. Какиашвили М.С., Вольтер Е.Р. Влияние защитных оболочек и кислорода на микроструктуру дисперсных частиц магнитных жидкостей. В кн.: Структурные свойства и гидродинамика магнитных коллоидов. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1986, с. 35-43

156. Ахалая М.Г., Вольтер Е.Р., Какиашвили М.С. Изучение свойств магнитных жидкостей методом ЭПР-спектроскопии. Тез.докл. V Всесоюзн. конференции по магнитным жидкостям. М.: МГУ, 1988.

157. Арутюнян В.М. Физические свойства границы полупроводник-электролит // успехи.физич.наук. 1989. Т. 158. №2. С. 255-291.

158. Pohl Н. A. Natural Cellular electrical Resonances // Int. J. Quantum / 1982.№9.P. 399-409.

159. Зубаиров Д.М. Биохимия свёртывания крови. М.: Медицина, 1978. 170с.

160. Блюменфельд Л.А. Решаемые и не решаемые проблемы биологической физики. -М.: УРСС, 2002, с. 115-121.

161. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Вольтер Е.Р. Экспериментальное исследование и моделирование динамики магнитных жидкостей в организме. В кн.: Биокибернетика и биофизика. Тбилиси: Мецниереба, 1989, с. 8-28.

162. Ahalaya M.G., Kakiashvili M.S., Volter E.R. Investigation of the mechanism of magnetic fluid interactions with biological structures. Fifth international conference on magnetic fluids. Abstracts. Riga, 1989, p 266-267.

163. Ahalaya M.G., Kakiashvili M.S., Volter E.R. Antiinflammatory effects on magnetic fluid. Sixth international conference on magnetic fluids. Abstracts. Paris, 1992.

164. Ахалая М.Г., Вольтер E.P., Какиашвили M.C., Сургуладзе Б.Г., Эмухвари Д.Г. Способ моделирования асептического перитонита. Б.И., 1991, № 18. А.с. № 1649595.

165. Ахалая М.Г., Берия В.П., Вольтер Е.Р., Какиашвили М.С., Какубава В.В. Способ моделирования иммунодефицитного состояния. А.с. № 1681669. ДСП.

166. Ахалая М.И., Какиашвили М.С., Берия В.П., Вольтер Е.Р. Способ моделирования гиперкоагулемии. Б.И., 1992, № 3. А.с. № 1707618.

167. Ахалая М.Г., Вольтер Е.Р., Какиашвили М.С., Какубава В.В., Табагуа М.И. Способ моделирования нефропатии. Заявка № 4902948/14 (005968). Полож.решение от 21.06.91.

168. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Вольтер Е.Р., Хачатрян P.M. Способ индикации анаэробных бактерий в биологическом материале. А.с. № 1757323. ДСП.

169. Вольтер Е.Р., Глущенко Н.Н. Физико-химические аспекты применения магнитных жидкостей в экспериментальной биомедицине // Сб.научн.трудов IX международной Плесской конференции по магнитным жидкостям. Иваново: ИГЭИ. 2000. С.349-351

170. Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Вольтер Е.Р., Дзидзигури Д.Ш., Какиашвили Я.М. Способ получения коллоидного раствора магнетита. А.с. 1817443. ДСП.

171. Клингер Н.И., Лущик Ч.Б., Машовеч Т.В. и др. Создание дефектов в твёрдых телах при распаде электронных возбуждений // УФН, 1985. Т. 147. №3. С. 523-558.

172. Kakubava V.V., Kikoria A.D., Volter E.R. In heterointeraction of purnient round microbes and colloidal magnetite particles, Intern. Symp. Magn. Carriers. Biol. Clin. Appl. ISMC9 99. Abstracts. Wubian. China 1999.

173. Григорян А.В., Гостищев В.И. Толстых П.И. Трофические язвы. М.: Медицина, 1972.-208с.

174. Kakubava V.V., Kikoria A.D., Volter E.R. In heterointeraction of purnient round microbes and colloidal magnetite particles, Intern. Symp. Magn. Carriers. Biol. Clin. Appl. ISMC9 99. Abstracts. Wubian. China 1999.

175. Саркисов Д.С., Пальцин A.A., Музыкант Л.И. и др. Морфология раневого процесса// Раны и раневая инфекция/ Под ред. М.И. Кузина, Б.М. Костючонок. М.: Медицина, 1990. С. 38-68.

176. Гинцбург А.Л. Ильина Т.С., Романова Ю.М. «Quorum sensing» или социальное поведение бактерий // Ж. микробиол., 2003, №5 С. 86-93.

177. Вольтер Е.Р., Ахалая М.Г., Брусенцов Н.А. Ферриколлоиды при лечении незаживающих язв и гнойных ран различной этиологии. // Труды 11-ой международной Плесской конференции по магнитным жидкостям. Иваново: ИГЭУ, 2004. с. 254-257.

178. Брусенцов Н.А., Лыков В.В. Управляемые композиционные материалы в биологии и медицине // ЖВХО им. Д.И. Менделеева, 1989. Т. 34. №5. с. 566-572.

179. Смирнов Б.М. Фрактальные кластеры // Успехи физич. наук, 1986. т. 149. №2 с. 177-220.

180. Балантер Б.И., Ханин М.А., Чернавский Д.С. Введение в математическое моделирование патологических процессов. — М.: Медицина 1980. с.103-115.

181. Donian R. М., Costerton J. W. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganism// Clin. Microbil. Rev. 2002. V.15 P. 167-193.

182. Бухарин O.B., Усвяцов Б.Я., Хуснутдинова JI.M. Межбактериальные взаимодействия // Ж. Микробиол. 2003. №4. С. 3-8.

183. Costerton J.W. Lewandowski Z., Caldwell D.E. e.a. Biofilms, the customized mi-croniche // Annu Rev. Microbiol. 1995. V. 49. P. 711-745.

184. Петров Ю.И. Физика малых частиц. — М.: Наука, 1982. 359 с. Петров Ю.И. Кластеры и малые частицы. М.: Наука, 1986. 368с.

185. Морохов И.Д., Трусов Л.И., Чижик С.П. Ультродисперстные металлические среды. М.: Атом издат., 1977.

186. Neilands J.B. Microbiol iron compounds // Annu Rev. Biochem. 1981. V.50 P. 715731.

187. Девидсон Д.Ф. Псевдоожиженный слой твердых частиц («кипящий слой») // Наука и человечество. М.: Знание, 1984. с. 275-283.

188. Нитман И., Дакар Ж., Стенли X. когда вязкие «пальцы» имеют фрактальную размерность // фракталы в физике / Под. ред. Л. Пьетронеро, Э. Тозатти. М.: Мир, 1988. с.266-281.

189. Гохштеин А.Я. Поверхностное натяжение твердых тел и адсорбция. — М.: Наука 1976. 400с.

190. Пфейфер П: взаимодействие фракталов с фракталамигАдсорбция полистирола на пористой поверхности А1 203 // фракталы в физике / Под. ред. Л. Пьетронеро, Э. Тозатти.- М.: Мир, 1988. с.72-81.

191. Неппер Д. Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами. М.: Мир, 1986. 487с.

192. Федер Е. Фракталы. М.: Мир, 1991. - 254с.

193. Смирнов Б.М. Аэрогели // Успехи физич. наук, 1987. т. 152. №1. с. 133-158.

Информация о работе

Вольтер, Ефим Романович
кандидата биологических наук
Сухум, 2005
ВАК 03.00.02

Диссертация

Биофизико-химические аспекты получения и применения коллоидов магнетита - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы