Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности распределения высокодисперсного железа в организме экспериментальных животных

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Особенности распределения высокодисперсного железа в организме экспериментальных животных"

Науковий і Інженерно-технологічний центр біотехнічних систем «СОНАР» НАН України

На правах рукопису

ПАНКРАТОВ Юрій Володимирович

ОСОБЛИВОСТІ РОЗПОДІЛУ ВИСОКОДИСПЕРСНОГО ЗАЛІЗА В ОРГАНІЗМІ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ТВАРИН

03.00.05 — біофізика

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Київ 1995

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Науковому і Інженерно-технологічному центрі «СОНАР» НАН України. •

Наукові керівники: кандидат медичних наук

БАКАИ Едуард Аполінарійович,

кандидат хімічних наук МІХАЙЛІК Ольга Михайлівна.

Офіційні'опоненти: доктор біологічних наук

ЛЄМЄШКО Віктор Васильович,

кандидат фізико-математичних наук РАЗУМОВ Олег Миколайович.

Провідна організація: НДІ проблем кріобіології та кріо-медицини НАН України (м. Харків).

Захист відбудеться « ^ 1995 р. 0 --------год.

год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 01.13.01 при Інституті фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України за адресою:

252024 Київ 24, вул. Богомольця, 4.

Автореферат розісланий «----------------------------- 199 р

Учений секретар спеціалізованой вченої ради доктор біологічних наук

Сорокіна-Маріна 3. О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.

Актуальність теми. '

В останні 15-29 років за кордоном почарся інтенсивний розвиток досліджень, спрямованих на використання високодисперсних феромагнетиків (го.іор.яим чином на основі сполук заліза ) та реагентів на магмітних посіях в біолоії та медицині. В міжнародній медичній практиці високодисперсні феромагнітні частинки досить широко використовуються для діагностики та лікування цілого ряду онкологічних, імунологічних та інфекційних захворювань. Багато які методи та підходи до лікування і діагностики (радіочастотна гіпертермія пухлин, контрастування магнітної томографії, спрямогшшй транспорт біологічно активних речовин) потребують введения дисперсного магнітного матеріалу в організм. Питіяня розподілу та біотрансформації високодисперсних магнітних матеріалів в організмі мають такам чином важливе значення для успішного використання їх в медицані. ДаЕі про ефекти та механізм біотрансформації висикодисперсного заліза можуть також бути застосовані в дослідженнях низки патологий, пов'язаних з перевантаженням організму залізом.

поверхневих властивостей матеріалу в цих процесах.

Основними зтвданнямн були: розробка метода отримання 'із спектрів електрон-спінового резонансу препаратів біологичаих тканин кількісної інформації про вміст в них заліза у складі феромагнітних частинок, инзкомолекул>фннх комплексів Ре(П), трансферину та феритіну на основі теоретичної моделі феромагнітного резонансу в агрегатах магнітних мікрочастинок; дослідження розподілу по органах та біотрансформації зразків високодисперсного заліза з різними властивостями поверхні; дослідження впливу магнітного поля на кінетику процесіз іїррЬксидмого окислення.

було вивчення розподілу по органах, агрегації, механізму та деяких наслідків. біотрансформації васнкодисперспого заліза і ролі

1. В роооті розроблена теоретична модель феромагнітного ргзопаясу в

агрегатах мглях мзтнітних часток, коррегстність моделі відтверджена дашіини, що одержані методам рентгенівської фотоелектронної і гзмма-резоваяспої спектроскопії. .

2. Несиметричні широкі сигнали в області з-фактора 2-5, що з’являються в спектрах єлектрон-спінового резонансу тканпн експерпмев/альннх тварин після введення високодисперсного заліза були вперше ідентифіковані як сигнали- різних »ияіі! агрегатів магнітних мікрочасток і сигнали залізовакопичугального бизса феритіну.

3. Екзогенне залізо, що зві пышлось в результаті біодеградацц

високодисперсного заліза, включається головная чином до складу феритіну. ІТлуупн? япяияия. " ''

В роботі розроблена і вперше використана для кількісного дослідження агрегації, розподілу по органах та біотрансформації Зіісокодпсперсного заліза теоретична модель феромагнітного резонансу в агрегатах, магнітних мікрочастинок, вперше були одержані кількісні дані цро вміст феромагнітної фази, пизкомолекулярних комплексів заліза, феритіну в тканинах і трансферту та метгемоглобіну в крові »;;сперимешальних тварин після внутрішньовенного введення •.исоходисаерспого заліза.

Сигвалл з шириною 1000-5000 Е (ерстед) і g-фaктopoм 2-5, що з'являються у спектрах ЕСР тканин експериментальних тварин після введення високо дисперсного заліза були вперше ідентнфікоьміі як сигнали різних тиніп агрегатів маїнітинх мікрочастинок. Снгваш з шириною 300-800 Е, g-фal;ropoм 2.0-2.5 і 4.0-4.4, що мають магнітну анізотропію і з'являються у сиектрах ЕСР тканиа експериментальних тварин після введення вигчжолиспероюго лаліза булл вперле ідентифіковані як сигнали білка фериті'и з різним ступенем насичення залізом. Виявлено створення

молекулами феритіну іп глгю агрегатних структур, ч^о мають значну магнітну анізотропію, що виявляється у залежності спектріз- електрон-спінового резонансу тканин експериментальних тварин від орієїп.дп та режиму зіморожуванчя в слабких маггітнпх полях.

Показано прискорення пероксидного окислення в постійних магнітніїх полях в діапазоні 0-280 мТл, визначені константи швидкостей магніточуглівпх стадій. ,

Отримані результати та розроблений метод аналізу спектрів електров-співового резонансу можуть бути вікористаяі прн розробці оптимальних видів феромагнетиків медичного призначення і при діагностиці паталогій,

Усі теоретичні та експериментальні результати, окрім спектрів ЯГР і РФС,

конференцпн по применению магнитных жидкостей в бполоши и медицине ( Сухуми, 1991), Sixth International Conference on Magnetic Fluids (Paris

Біофізичного товариства (Київ, 1994), European Iron Club. Meeting (Hamburg, 1995).

Публікації. З теми дісертації опубліковано 4 статті в міжнародних наукових видчннях і тези 7 доповідей на конференціях.

літератури, теоретичної частини, методичної частини, двох глав, де викладаються результати роботи, висноиків і містить в собі 153 сторінки, 25 малюнків, 8 таблиць, 91 цитованих джерел.

пов’язаних з перевантаженням організму залізом.

були одержані пошукувачем під керівництвом канд. мед.паук Бакая Е.А. і канд.хім. наук Міхайлік О.М.

Результати роботи доповідались на: 4й Всесоюзной

1992), 1 l^h International Congress on Biophysics, 1ім З'їзді Українського

гсертапійітої роботи. Дисертація складається з вступу, огляду

|ігпін главі викладен аналіз наявних літературних даних що до

розподіту колоїдних п магнітпнх частішої: в організмі, біотрансформації Еисокодисперсного заліза, теоретичних та експериментальних даних що до агрегації магнніпшх мікрочастинок і методах, що використовуваються в дослідженнях розподілу, агрегації і біотрансформації в організмі високодисперсних частинок. Літературні дані свідчать про те, що в розподілу по органах колоїдних, у тому чіслі і магнітних, мікрочастинок значну роль грі , і ь хіі ни властивості їх поверхні. На жа::ь, результати більшості досліджень в цін галузі мають в осиоипому якісний характер, а зіставленню даних залажає застосування в експериментах недостатньо охарактеризованих зразків високодисперсних феромагнетиків, За умопн розробки моделі феромагнітпого резонансу ,• в суспензіях магнітних мікрочастинок методі, феромагнітного і електрон-спінового резонансу можуть бути джерелом кількісної інформації про вміст феромагнітної фази і продуктів біотрансформації иисокодисперсного заліза після його ведення в організм. •

резонансу в агрегатах магнітних мікрочастинок, яка враховує такі особливості, як малііто-дипольна взаємодія частинок між собою, наявність на їх поаерхні немагнітного покрнггя и існування різних типів агрегатів. На ооіош припущень, що зроблені прн розробці моделі, були отриманії рівняння, що дозволяють розраховувати спектри феромагнітного резонансу агрегатів частниок. Форма и положення максимумів лпі.н поглинання обуї'.онлювлються типом агрегату, а ширина - тов;тшной немагнітного ііОкрнтія на поверхні частинок. "

іі__третій глаиі наведені фізичнії і хімічни характеристики

ьнкО|)Нггашіх зр.ізків високодисперсного заліза і описуються (:..СІ!'()1ІМ0Нгальні методикл.

викладається теоретична модель феромагнітпого

Спектри електрон -сп інозого резонансу препаратів тканин експериментальних тварин (мншп, щури, крйлі) після вну гріпгаьовенпого введення суспензія високодисперсного заліза в дозах 50-200 мг/кі ваги ргсструвачи, застосуваючи ЕПР-спектрометри "Radiopan" м "ЭПА-10-миш/ ("St.-Peterbury instruments"), в інтервалі температур 100-200 К при частоті НВЧ-вяпромінення 9.0 - 9.30 Ггц, мікрохвильовій потужності - 5 - 70 мВт, в діапазоні магнітних полів 500 - 5500 Е. Зразкі тканин заморожували и зберігали в рідкому азоті. Концентрацію нізькомолекулярних комплексів заліза в тканинах вимірювали як концентрацію нітрозильгяих комплексів заліза після обробки препаратів тканин нітріпом кллія (Тарасова Н.И., Коваленко О. А., Ванин Л.Ф., 1982). Дія досліджень механізму

біотрансформації високодисперсного заліза методом ядерної гамма-резонавсної спектроскопії були сіитезовани зраіїсп високодисперсного заліза зі ступенем збагачення ізотопом Fe^7 близько 96%. С п астр и реєстрували на спектрометрі МР255, в режимі постійного прискорення, зі джерелом Со57 в матриці хрому з актиьзістью 150 мКюрі. Для розкладання експериментальних спектрів на компоненти була розроблен і програма с використанням методу градиенту для оптимізації положення максимума і ширини лінії і методу наименьших квадратів для обчислення питомої ВаГИ компонент. За кінетикою перексидпого окислення ліпосом з 1 2-діолеілфосфатиділ-холіву при температурі 42°С слідкували по витраті кисню зі допомогою датчика парціального тиску тнпа електроду Кларку. При математичному моделюванні кінетики пероксидного окисленая використовували методи Рунге-Кутта та Деьіса-Свена-Кемпї.

В четвертій главі описано моделювання спектрів феромагнітного резонансу суспецзія високодисперсного заліза на основі розробленої моделі і порівняння теоретичних та експериментальних результатів. Моделювання проводилось для агрегатів слідуючих тинів: ланцюгових, ь яких частинки розміщені по сдшн прямій, спрямованій вздовж силових ліній магнітного

иоля; сферичних, для яких як наближення зрніімаласл щільна упаковка частгвок; "плоских" илргв, іптерпретурмпх як шарп частинок, сорбірозаних на поверхні біологічних ткашш, оспоюю характерною рисою яких було розполалхшія найближчого 'оточення кожної частинки з одній о нею площині, причому орієнтація цих площін ноже бути езалільною. Моделювання виявило, що ЕСР-спектри агрегатів різних типів мають зпачпі відзнаки. Максимум поглинання ланцюгових агрегатів меже лежати в області магнітних полів 200 - 2000. Е, сферичних - в області 2600 - 2800 Е, "пласких шаріп" .100 (для частоти НВЧ сппромшіепия 9.2-9.3 ГТц).

Форма лінії поглинання відрізняється від лоречцевої, 2, при збільшенні тсвиїіши немагнітного покріття па поверхні частинок збільпується ширила лінії в спектрах усіх піпів агрегатів через збільшєпня ді^іпіції еиергії при 1>озсіялні спінових хвиль. 1

Для оцінці коректності розробленої теоретичної моделі феромагнітного реюлг.псу в агрегатах магнітних мікрочастинок порівнювали значення товщипн пемагнітпого покриття на поверхні частинок, отримані в результаті аналізу .експериментальних спектрів ЕСР суспензій ряду зразків в«іс< кодиснерсного зхііза зі,зпачсннямі, отриманими по даним рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФС). Була виявлена файна кчреляціл між тзннмн РФС та значеннями, розрахованими згідно з розробленою теорією.

Таблиця і. Товщина покриття на поверхні високодисперсного заліза, нм

1 Шифр зр.ика ВДГОК2 ІІ.ІПЖЗ 53 Б7 £9 510 БИ 1 иі9 1 6.0

1 по даі.им РФС 5 . 7.5 5.5 7.2 9.6 •!.б 6.1

І по ланим ФМР . .4,5 J 7 5.5 7.5 6 6.6 і 6.0

Аналіз теоретичних тд експериментальних даних дозволяє зробити висновок про те, що і. рамках розробленої моделі можливий кілі-кісний опис спектрів феромагаітногс резонансу а агрегованих суспензіях високодисперсного заліза, кількість магнітної фази в біологічних тісагинах може бути визначено з? сне стром поглинання НВЧ-випрлмінювання з точністю 10-20% ( в за.іе»нссті від відиошедня сигнал/шум ). •

П'ята глава прпсвячена результатам дослідження розпсл-лу по органах, агрегації та біотрансфоркації різних зразків високодисперсного заліза після їх внутрішньовенного введення експериментальним тваринам і впл.ів па кінетику перокслдпого окислення постійного магпітного іігля ( створеипого частка? іп або магнітними спстемамл, їло застосовуються в медицині ).

В першому розділі Бпкладп ються результати досліджень розподілу і біотрансформації серії зразків високодисперсного заліза, що відрізняються складом і хімічними властивостями поверхні

В спектрах ЕСР препаратів тканин, відібраних >к рез -10, 240 хвилин н 24 години після вітутрішньовеного введепня суспензш усих використаних зразків поряд зі епіталами агрегатів часшнок (ширина лінії 2000-5000 Е, g-фaктop 2.0-2.5 і 4.0-3.0) реєструються ночі сигнали е області ^-факторів 2.0-2.5 і 4.0-4.4 з шириною 300-800 Е, форма і інтенсивність яких обертально змінюються при змінюванні температури (Мал.1). В спектрах ЕСР препаратів ткапчп, відібран-х через йО, 240 хвилин и 24 години після внутріпшьовеного введення суспензій усих використаних зразків поряд зі сигналами агрегатів частинок (ширина лінії 2000-5000 Е, 8-фактор 2.0-2.5 і 4.0-6.0) реєструються нові сигнали в області §-факторів 2.0-2.5 і 4.0-14 з шириною 300-800 Е, форма і інтенсивність яких обертально змінюються при змінюванні температури (Мал.1). Поява цих сигналів відбувається в результаті біотрансформації частпнок високодисперсного заліза і. як показано в другому розділі глави 5, пояснюється включенням екзогенпого заліза в склад фернтіну.

А В

Мал.1. Спектри ЕСР препаратів тка-м^н експериментальних твг.рин ’іерез різні інтервали 'шеу після введення суспензій вискодпсперсного заліза, стабілізованого ноліакріламідом (А), олеїновою кислотою (В), фенілтриетоксісіланом СС), у-амінплропіліристоксісілаїюм (С): есперимснтальний спектр (1), сума (2)

молельних спектрів ланцюювих агрегатів (3), сферичних агрегатів (4), ’пласких ішірік" (5) і продукту біотрансформації (б), температура 150 К, частота НВЧ 9.30 П и, потужність 5 мВг. амчлпгуда модуляції 3 Гс.

Після нормування по спектрам суспензій були отримані кількісні да„.і про вміст в оргалах магнітної фази. Даі.і про динаміку кількі і в гкашшах магнітної фази, продукту біотрансформації і низькочоле»;) .^рних комплексів заліза ліс ля введення суспензій високодисперсного ?лліза, показують, що властивості поверхаі суттєво сказуються аа їх розподілі по органах і біотрансформації.

продукту біотраясформаціі високодисперсного заліза з організмі експериментальних тварин. Дані, які одержані в результаті аналізу спектрів ЕСР, порівнювались з даними ядерной гама-резонансной ' ЯГР) спектроскопії, що дозеолює ідентифікувати різноманітні сполукі заліза (Суздалев, 1988). Ефект Месбауьра внявляєтїюя лише для ізотопу залізу Fe57, вміст якого у природному залізі близько 2.2%, ось чому для збільшення ефекту використовували високодисп:'рне залізо зі ступенім збагачення ізотопом Ре57 96%. В ЯГ пектрах тканин поряд з

компонентами секстету металевого заліза (Мал.2, А і А'), спостерігається дублет з квадрупольням розщепленням 0.64-0.70 мм/с і хімічним зсувом

0.35-0.42 :ім/с, присутній і з контролі (без введення високодисперсного заліза), інтенсивність якого значно зрістас після введення внсокодисперспого заліза, збагаченного ізотопом !->57 у печінці, легенях, сірці, селезінці. Зіставлення параметрів цього дублету і літературних даних про параметри ЯГР-спектрів різномініТЕИХ сполук заліза (Rossiier Л/./., Hodgson А.Е.М., 1965; Giessen A.A..1967: Kaufman K.S.1980; Yanq C.,1986) дозволює однозначно r ід пестії його до білку феритіну, який е основним депо заліза в організмі (Авцын, 1991). 33 спектрах ЕСР тих же зразків ткаьин

експериментальних тварин до і після введення високодисперсного залы, реєструються широкі сигнали агрегатів металевого заліза (Мал.2, ІЗ ) і вузький сигнал в області g фактора 2.0-2.5 і.,1.0-4.5 (Мал.2, ІЗ і ІЗ').

прнпеденн результати досліджень природи

В, хІО

-4,0 -3.0 -2.0 -1.0 0Л 1.0 2.0 3.0 500

1500 2500 3500 4 500 ц З

Мал.2 Спектри ЯГР (А) і ЕСР (В) препаратів печінки миші в контролі і через 24 години (А', В') після введення суспензій виокодисперсного заліза: сспсримептальпі дані (1). сума (2) спектрів агрегатів металевого заліза і продукту біотрансформації.

С, млст/г 500400300 200 1000

/

/

100 200 300

400 500

Р, мхг/г

Мал.З Кореляція їгіж даними про вміст металеиого заліза 'і тканинах сксі;е^иментаді>'мх тварин після введення внсокс-лисперсного заліза, *до отримані методами ЯГР-

спектрескипії (О) І ЬСР-

спектроскопії (Р).

Мал.4 ІСореляція між даьим.і про відносний сіріст

концентрації продукту

біотрансформації (феритіну) в тканинах експериментальних тварин тгісля внедення високодисперсного заліза, що отримані методами НГР-слектросхоиії ((М-Мо)/М(>)) І ЕСР-спектроскоиіІ ((5 Бо)/Бо).

Зістаилеиля даних про вміст металевої фази, отриманих незалежно двома методами потверджує коректність розрахунку вмісту магнітної ц<ази по спектрам ЕСР тканин з використанням розробленої моделі феромзнеїтного резонансу о агрегатах малих магнітних частої. (Мал. З, як відхилення по осі ординат вказане середнс квадратичне відхилення даних гамма-резонансної спектроскопії від даних, одержаних метолом спектроскопії ЕСР (20%), а по осі абсцис - систематична похибка використаної с методу

аналізу спектрів ЕСР (15%), тангенс куту нахилу прямої лінії дорівнює одиниці).

Лінійча кореляція даних про відносний зріст інтенсивності сигналу продукту біотравсформації S в споктрах ЕСР і інтенсивності дублету в ЯП'-спектрах, віднесенного до феритіну, здається достатньо хорошею, щоб зробити висновок про ідентичяість продукту біотрансформації (сигналу ЕСР в області g-фактора 2.0-2.5 і 4.0-4.5) і феритіну (Мал.4, де як відхилення по осі ординат вказ;ше середнє квадратичне відхилення даних ггмма-резонансної спскіроско. . від даних, одержаних методом спеї.троскопії ЕСР (25%), а по осі обсцис -системаїична похибка вшсористанного методу аналізу спектрів ЕСР (15%)). Коефіцієнт нахилу прямої на Мал.4 дорівн;оє 28 і становить 0.65 від • відношення вмісту ізотоп/ • Ре57 у використаному високодисперсному залізі (&6%) до його природного вмісту (2.2%). Таким чином, в склад феритіну включается як екзогенне залізо, так и ендогенне залізо, "вптнснене" екзогенним із пулу низькомолекулярних комплексів Іч;(/І) та білків, що містять залізо.

Виявлена магнітна анізотропія сигналу в области g-фактора 4.44.0 и 2.5-2.0, який буъ віднєсен до феритіну (Мал. 5). Змінецня положення, інтенсивності і форми ліній при зміненні орієнтації зразків ткали и відносно магнітного голю спектрометру спілчан, про наявність в об’ємі зразку частинок, іго мають анізотропний магнітний момент і не є агрегатами частинок металевого залі.іа. Відомо, що феритін може б)гіи в мапіпоупорядкованому -стані і має магнітну анізотропію, величина якої залежить від кількості заліза в ньому (Су^далев И.П., 19Ь8). Крім того, підома схильність молекул феритіну до агрегації, оссблизо при високих ступенях заповнення залізом (Smith A.G., Carlhee P., 1990). Певно, ані.оіроіііл ЕСР-снєктріц, що була виявленз в даяія роботі, е наслідком аціегаїдЛ молікул фсриішу и магнітному полі.

А В

Мал.5 Спектри ЕСР зразку печінки миші (контроль), зареєстровані післа швидкого заморожування в магнітному полі 250 Е (Л) 1 в м;а пітному пилі Землі < Ь) в залежності від к\ ту між напрямком магнітного полю в момечт заморо. уванич та напрямком полю в момент реєстрації спекіру. ’’ емпгратура 172 К, частота НВЧ 9.30 ГГц, потужність 50 мВт, амліитуда модуляції 10 Ге.

В ретьому розділі обговорюються закономірності агрегації, розподілу та біотрансформації суспензій високодисперсного заліза при внутрішньовенному введенні експериментальним тваринам. Виявлена зміна агрегатавного стану високодисперсного заліза в організмі, що виявляється и появі нового типу агреіі.тів - "пласких шарів" частинок при одночасному змішгенні відносної частки ланцюгових агрегатів, зміни в агрегативаому стані частинок сопроводжутоться збільшенням товшвни захістного (немагнітного) покриття на їх поверхні, внаслідок иабряканея полімерного гелю або сорбції білків на поверхні частинок. '

Аналіз даних про розподіл по органах магнітної фали М, низькомолекулярних комплексів Ре(II) і продукту біотрансформації (фернтін) Р'еїт і даних про їх сумарну кількість в організмі (Мал.6) дмволяе зробити висновок, шо хімічні властивості поверхи* визначають в першу чергу динаміку розподілу ч клок по органах. Процес біотрансформації вібдунаетп’я дяч ) < їх іра:'киі по еднному механізму, а ро.іб'жносгі в вла<тцрс<пях нонерхш впливають на кін'.-тнку процвів.

U19

1*ис 6. Діаграми сумарного вмісту егзогенного заліза в складі ма/нітної фази (N1), ці и.кчмолеьулярішх комплексів (Fe(II)) 1 феригіну (Кеп) в організмі с»і перимеїггалміих тварин (миті) через різні проміжкі часу після введения суспензій вжоьодислерсіїиго заліза.

2000 х.

М

— Ре(ІІ) *“ • Рсгг То!а1Ре

Мал. 7. Кількість екзогенного заліза в складі магнітної фпзн (М), ніаькомолекуллрних комплексів (Рє(Ш), ферптіну истг) і трансферіпу (ТгашО в організмі експериментальних тварин (миші) та їх сума (То! ті ге) після гчедопія суспензій високодисперсного зххЬа стабілізованого олеїновою юіслотою.

Сума екзогенного заліза в досліджуваних органах змевьшується вже через добу, через тго-едеиь магнітча фаза в значній мірі витрачаться, частка екзогенною заліза в складі ферптіну значно влще ніж частка його и складі нізькомолекулярних комплексів (Мал.7). Кількість заліза в складі трапсферіна збільшується в 1.5-3 раза відносно контрольного значення, прп ньому вона значно меньше ніж кількість заліза в складі ферптіна. Ршень наспчепня трансферіну залізом в нормі близько 20-30%, такни чипом максимальний можливий рівень наспчення трансферту при біотрачсформації високодисперсного заліза так і не дооягаєтея. Таким чином, накопичення екзогенного заліза відбуваетея в основному в складі ферптіну, збільшення рівня феритіну е лише проявленням загальної інтенсифікації обміну заліза.

Очевидно, головну роль в розподілі та біотрангформаиії частньок високодисперсного заліза в організмі відіграє їх взаємодія з фагощпуючгми клітинами. Це припущення добре узгоджуетея з лпературнимі даними (О^гч’-Г 5., 1991) і експериментальними даннмі про швидку біотраігсформацікі зразків шіеокодпсперспого зшша з гідрофобною поверхпеїо <с-іУ. 510) і

найбільш ' повільною біотрансформацією зразка Ш9 з прищепленим полімерним покрнлТям з поліорганосілоксаву, яквн не має за даним і РФС на поверхні активних груп, здатних активізувати ф аго цитуючи клітини.

Результати проведеного аналізу процесів розподілу по органах і бютрансформаціі різних зразків високодисперсного ааліза дозволили оцінити парамеїрн, суттєві для іх засіосувангш в медиціні. Ці параметри коротко представлені у вигляді Таблиці 2.

Таблиця 2^

Шифр з}>а*ка модифікатор лояср::ні Накопичення в печінні Час циркуляції в крові Швиді їсть 6і отрансформаці ї

S3 гліпіл ілметак р ілат інтенсивне вслмкчй середня

S6 /«оісстран середнє великий середня

57 2-гілроксіетІгмет-апрілат и гкріламід інтенсивне середній низька

SS 2гіді>оксіЗдістіламі- нопропілметакрілат інтенсивне середній низька

S9 дівінілбензол слабхс малий висока

S10 олеїновая к-та слабке малий ьисока

S11 фенілтріетоксісілан середне середній низька

U19 j у-аміно.цх/піл-1 тгігтоксісілз.ч середне великим дуже низька

Дані, приведені в Таблиці 2 показують, що оцінка часу ціркуляції в крові по накопиченню в печінці та легенях, шо викорітстуеться для колоїдних полімерних носіїв ліків (Davis S., 1989) не може бути використана для високодисперсного заліза, що відносно шеддхо біотргшсформується.

З четвертому розділі викладаються дані еро вплив постійного магнітного поля на процеси перекепдного окислення за участю заліза у вигляді пізькомолекулярни.с комплексів та обговорюються пов'язані з цим наслідки потрапляння в оргапізм. Магніточутливими можуть бути процеси за участю вільних радикалів та парамагап їх йонів (Бучачепко А.Л., 1978: Chen 1.1., 1981: blarqet G., 1986), навіть слабкі магнітні поля (1-10 мТл) можуть нплішати на кінетику таких процесів з? мехапізмом спінової заборони. Середне магнітне поле поблизу поверхня сферичних частинок заліза може досягати за оцінками 0.75 -1 Тл, поблизу частинок магнетиту - 0.25-0.3 Тл, магнітні поля шо застосовуються в кліииш (ЯМп-томографія і т.д.) досягають 0.01 -і Тл. Не

можна не враховувати можливого паливу цих полів *їа ьілопооадика^іші процеси в організмі. Залізо у складі низькомолекулярних комплексів -каталізатор вільпорадикальних процесів і збільшення його концентрації в тканинах при біотраігсформації високодисперсного заліза може призволити до підвищення концентрації вільних радикалів і продуктів • вільїюрадпкальїюі о ' окислення (Шсбарчина М.М., Цапин А.И. и др.,1991). Як модель для дослідження впливу постійного магнітного поля на процеси зільнорадикального • окислення було обрано процес пероксидного окислення ліпідів (ПОЛ) в ліпосомах з індивідуального фосфоліпіда в закритій системі. Кінетичні криві, зображені на Мал.8 свідчать про прискорення ПОЛ в магнітному полі.

А , З

Нрекя. МІГЧ БПЄММ, МИН

Мал. 8. Кінетика поглинання кисню в процесі. Ре(П)-зал<=*жного окисленая ліпм/гв ліпосом из 1,2-дІолсоілфоефатнділхолІну лри 4*2°С и напрузі магнітного поля 0 мТ (1), 8мТ 'ч2) І 280мТл (3), при концентрації г.скорбг.ту 200 мкМ ( \) і бсг покорбату (В). Суцільні яннчи - кінетичнії крисі, розраховані з инкористаиням набору кочста^г (Табл.З), що забезпечують найкращій збіг з зксж-римситальшши данммн. Сереловкше реакції: концентрація фосфоліпіду 0.55 мг,- мл. 150 мМ №С1 и 10 мМ Тріс-НСІ буфері рН 7.4, концентрація сул.^фату заліза (ІО 2.5 >.кМ.

За експериментальними кінєтігчнимл даппми були обчислені константи швидкостей окремих реакцій ироцесу ПОЛ. Схема реакції для відкритої системи (Ьла'Оимиров Ю.А., 1972,, Волков Е.И., 1985) була змінена,

враховуючи ьідсутиість гозобміну з зовнішнім середовищем, длч кожного набору констант швидкостей окремих стадій була обчислена крива ссолшваГшя кисню (як рішення системи дифе-ренц йнпх рівнянь) і ставився у відповідь фунціонал, що являє собою інтеграл модуля різниці експериментальної і теоретичної кривих, надалі проводилось варьруваяня констант з метою мінімізації функціоналу. Було знайдено набір констант, який забеспечує найкращий збіг (з похибкою 1-1.3 %) теоретичної і експериментальної кривих одночасно для обох типів кінетик (з участю і без участі аскорбату). Значеная констант магніточутливих сіадій при різних значеннях напруги магнітного поля показали в Табл.З, як межі величин констант вказані інтервали значень, при яких відхилення теоретичних кривих від експериментальних залишаєтея меньше похибки експерименту (2%).

Таблвия 3.

Значіння констант швидкостей реакцій ініціювання (Іід), відновлення йонів заліза аскорбатом (к ^ ()) і ефективна константа утворення і рекомбінації ліпідних пгрок'-идних радикалів (ке) при різчих значеннях напруги зовнішнього постійного магнітного по.тя. .

Стадія процесу Константи (М'1 с"1) прч напрузі магнітного поля

0 8пії 2£0 піТ

Ц) Ре(ІІ) + Оо -> РеіІІІ) + сь~ 2.0 ± 0.1 7.0 ± 0.1 8.2 ± 0.1

Ре(Ш) + НоАег -> Ге (II) + Р С.20 ± 0.02 3.2 ± 0.1 4.3 ± 0.2'

КЛ + ЇЮ2' -■> НООН + Р„' { к3) кСьЧКСо' -> Р + Оо ( (5.0 ± 0.2) хіО4 <7.5 ± 1.0) хЮ-4 (10.8 * 1.4) х10-^

Магніточутливими виявилися реакції Іпіціюваніїя і відновлепня заліза(ІІІ) аскорбатом - ключові реакції каталізу залізом процесів вільнорадцкзльпогз окислення, субстратом ЯКОГО можуть бути не Т'ЛЬКІ ліпіди, по і ДНК, белкі і т.п.

■ ■ li)

Таким чином, магнітне поле є таким же фактором прискорення процесії; вьтііорзднкальиого окислення, як і півдвищспня концентрації за.:іза в скл; ,п низькомолекулярних комплексів.

При внутрішньовенному введені високодисперсного металевого ;іа hj.i здійснюється Його швидка біотрансформація з короткочасним підвищенням концентрації низькомолекулярних комплексів заліза і включенням екзогенною заліза в склад фершіну, отож іптенсіфікація процесів вілььорадшса_и>иого окисленая обмежується періодом біотрансформації. У випадку магнетиту, здатного до довгочасної (роки) циркуляції в органи,■■'і створюються умонн для постійної інтенсифікації процесів вільііорадикхіьпого окислення в результа;і дії спльного магнітного поля навіть при капсулюванні частинок і нормальним) рівні концентрації заліза. С цієї точці зору перевагу орп заогосувашп в медицині слід віддати високодисперсному залізу, а не магнетиту.

1. В роботі розроблена теоретична модель феромагнітного резонансу а агрегатах магнітних мікрочастинок, коректність моделі потверджується данями отриманими методами рентічнівскої фотоелектронної і гамма-резопаниюі спектроскопії.

2. Теоретична модель • дозволяла ідентифікувати сигнали з ішірмном 1000-5000 Е, g-фактором 2-5 і анізотропні сигнали з шнрнною 300 800 К і g-фактором 2.0-2.5 і 4.0-4.4, що з'являються у спектрах ЕСР ткані,її експериментальних тварин після введення високодисперсного заліза відноьмію як сигнали різних типів агрегатів магнітних мікрочастинок і сигнали білі-а феритіна з різним ступенем насичення залізом, ьаявлена алі.югропіч спекірш електрон-сшнового резонансу тканин, іцо е наслідком створення мо іеп улані-фернтіпу in viw агрегатних структур, які мають значну маїнітиу ані. огинаю

3. На основі розробл<ної моаелі бути отримані ьільмсиі дані про нмил феромагнітної фази, низькомолекулярних комплексів зллііа, фериті; н

. 20 гканннах і трансферту та метгемоглобіну в крові експериментальних тварин після внутрішньовенного введення високодисперсного заліза, і показало, що ’властивості поверхні високодисперсних частинок визначають характер процесів агрегації, розподілу по оргляах І кінетику їх біотрансфомації.

4. Показана здатність високодисперсного заліза до швидкої біотрансформації з короткочасним підвищенням концентрації трансферпну і h;jkoмолекулярних комплексів заліза і включенням екзогенного заліза головним чпном в склад феритілу.

5. Показано іграскоренкя перекслдного окислення лілид'в в постійних

кагшпніх полях в діапазоні 0-280 мТл, влзначепі константа швидкостей

магніточутливих стадій.

6.. Зроблен висновок про перевагу застосування в медицині ' ‘ v\' .

високодисперсного заліза порівняно з високодисперсним магнетитом, що

використовуваться традиційно. ’

Перелік робіт, опублікованих з теми дисертації

1. "Biotransformation of intravenously injected finely dispersed iron powders"

O.M.MlkhaiI*k, Yu.V.Pankrntov, E.A.Bakai. Journal of Magaetisn and Magnetic Materials, 1933, (122), Ni-3, pp.379-3S2 '

2. "Surface structure of finely dispersed iron powders.4. Structure of a

madiylvinyldichlorosilane-raodified coating** O.M.Mikhailik, Yu.V.Pankratov, S.S.Mikbailcva, V.I.Povstugax. Colloids and Surfaces, 1994, (90), N2, pp. 111-116. *

3 "Steady magnetic fields effect on lipid peroxidation kinetics"

U.V. Lalo, Yu.V.Pankratov, O.M. МІкЬаЛік. Redox Report, 1994, (1), Ы, pp. 71-75.

4. "Розподіл, агрегація та біотрансформація високодислерсмого заліза при

внутрішньовенному введені в організмі експериментальних тварин". ІО.В.Панкратов, О.М. Ммхайлик. 1-й З'їзд ^краГнского Біофізичного товариства, Киїс, 1994, тези доїі.,сс.і94-і95.

Yu. V. Pankratov . “The features of the organ distribution of find у dispersed iron”. Dissertation in Candidate Decree (Ph. D) in Biological Science. Speciality 03 00.05 - 3iophysics. Eogomoletz Institute of Physiology, Ukraine, Kiev, 1995 Dissertation is dedicated to studying of the organ distribution, aggregation, (he mechanism and some consequences of finely dispersed iron biotransformaHon. According to fhe ESR and Mossbauer spectroscopic data on samples enriched with a 57pe isutopc finely dispersed iron in vi\ о undergoes rapid biotraos/orraation with subsequent incorporation mainly into ferritin. The quantitative dnta on the dynamics of di.-tiibulion of finely dispersed iron v/ith different surface properties aTid the products of its biotransformation (ferritin, low molecular iron complexes, and transferrin) in different internal organs of experimental animals have been obtaired. The shape and position of the E5*R spectra for ferritin in tissue samples was found to depend on the orientation in the magnetic field, temperature and freezing conditions. Ferritin molecules in vivo foim aggregate structures displaying strong magnetic anis<tropy. The process of lipid peroxidation was found to be accelerated by weak steady magnetic fields, the rate constants of magneto-bensitive stages have btvn determined at various external magnetic fields ranging from 0 to 2fi0 mT.

Панкратов IO.B. 'Особенности распределения высокодисперсного железа б организме эксперт чталъных животных". Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Специальность 03.00.05 -биофизика. Институт физиологии им. Богомольца, Киев, 1995 г. Работа посвящена изучению распределения но органам, агрегации, мехапизма п некоторых последствий бпотрансформации высокодпсперспого железа, влияния свойстя поверхности на эти процессы. Методами мессбауэровскои и ЭСР спектроскопии с исполг»зованием образцов, обогащенных изотопом Fe^, показано, что высокодиснерснэе железо в opi шиммс подвергайся быстрой биотрансформацчи, влючаясь главним образом в гоп ив феррнтина. Получены количественные данные о динамике распределения но органам высокодислсрсного железа с различным химическим составом поверхности и продуктов ехо биотрансформацмм (ферршин, низкомолехулярные комплексы жгп* трансферрин). Обнаружена зависимость вида ЭСР спектров <|**ррмгин* в тканях от ориентации в магнитном ноле, температуры и режима заморажиьания, что ян иипя следствием образования агрегагних структур с высокой магнитной ани.*гг;юии« й Обнаружено ускорение лерекисного окисления в постоянных магнитных молях в диапазоне 0-280 мТл, определен/»! конгтзтп гкороо'Д

МЗГНИТОЧуВГТВИЛеЛМШХ ПЗДИЙ.

Клзомоа1.сл.ош5 •

Високодисперсш феромагнечию, з.члЬо, ро.чюд1л п opiaiiiJMi, бю1ранг(^к)рмац1я, мапптинй резонанс, фгрчтт, ннзькомолегулярч! компл*-кси зал!за, вплнв магштного поля, переисидие окисления.