Оцінка протизапальних властивостей наночастинок металів як потенційних засобів корекції патологій статевої системи тварин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оцінка протизапальних властивостей наночастинок металів як потенційних засобів корекції патологій статевої системи тварин

Кошевой В.І., Науменко С.В., Державний біотехнологічний університет; Сергієнко В.Р., Ветеринарна клініка «Ветексперт»

Актуальною науковою проблемою є пошук засобів для корекції запальних процесів, особливо репродуктивних патологій. У статті узагальнено інформацію сучасних наукових джерел щодо розроблення препаратів з вираженими протизапальними властивостями на основі наночастинок (НЧ) металів, зокрема благородних -- Срібла й Золота, що виявляють антимікробну, антиоксидантну дію і сприяють зменшенню запальних процесів за різноманітних патологічних станів, що є науковим підґрунтям для впровадження їх в практику репродуктивної ветеринарної медицини. З іншого боку, обґрунтовано актуальність дослідження протизапальної активності НЧ рідкісноземельних елементів (Гадолінію, Ітрію, Лантану), що мають антибіотичну дію, здатні знешкоджувати токсичні радикали, а отже мають потенційну здатність корегувати деякі ланки патогенезу хвороб статевої системи запального генезу.

Використання вищенаведених металів як протизапальних агентів стало можливим завдяки синтезу сполук на їх основі у наноформі, внаслідок переходу у яку вони набувають унікальних властивостей -- здатності проникати у клітину, долати гістогематичні бар'єри, мають велику площу поверхні і нижчу токсичність порівняно з макроергами. Слід наголосити, що прояв протизапальних властивостей залежить від методу отримання НЧ, їх фізико-хімічних характеристик, а тому є необхідність детальних досліджень різноманітних НЧ для деталізації механізмів дії і оцінки фармакологічної активності.

Ключові слова: антиоксиданти, антибіотики, благородні метали, рідкісноземельні елементи.

Assessment of anti-inflammatory properties of metal nanoparticles as potential means for the correction of pathologies on the reproductive system in animals

Koshevoy V.I., Naumenko S.V., State Biotechnological University, Serhienko V.R., Veterinary Clinic “Vetekspert”

An urgent scientific problem is the search for means to correct inflammatory processes, especially reproductive pathologies. The article summarizes information from modern scientific sources regarding the development of drugs with pronounced anti-inflammatory properties based on nanoparticles (NPs) of metals, in particular noble ones - Silver and Gold, which exhibit antimicrobial and antioxidant effects and contribute to the reduction of inflammatory processes in various pathological conditions, which is the scientific basis for their introduction into the practice of reproductive veterinary medicine. On the other hand, the relevance of the study of the anti-inflammatory activity of NPs of rare earth elements (gadolinium, yttrium, lanthanum), which have an antibiotic effect, are able to neutralize toxic radicals, and therefore have a potential ability to correct some links in the pathogenesis of diseases of the reproductive system of inflammatory origin, is substantiated.

The use of the above-mentioned metals as anti-inflammatory agents became possible due to the synthesis of compounds based on them in nanoform, as a result of the transition into which they acquire unique properties - the ability to penetrate the cell, overcome histohematic barriers, have a large surface area and lower toxicity compared to macroergs. It should be noted that the manifestation of anti-inflammatory properties depends on the method of obtaining NPs, their physicochemical characteristics, and therefore there is a need for detailed studies of various NPs to detail the mechanisms of action and assess pharmacological activity

Keywords: antioxidants, antibiotics, precious metals, rare earth elements.

Численні типи запалень, викликаних чужорідними патогенами або хімічними речовинами, і мутації, які посилюють інгібітори запалення, обумовлюють потребу в розробці нових засобів з вираженою протизапальною ефективністю [1]. За останнє десятиліття було досягнуто величезного прогресу в тому, щоб зробити комерційно доступними терапевтичні продукти та препарати на основі наночастинок (НЧ) [2-4].

Завдяки вражаючим досягненням у нанотехнологіях було досліджено наноматеріали з унікальними регулюючими властивостями щодо активних форм Оксигену (АФО), щоб керувати тимчасово-просторовою динамічною поведінкою АФО у біологічному середовищі, що сприяє появі терапевтичної методології нового покоління, тобто керованої наноматеріалами еволюції АФО in vivo для терапевтичних заходів [5, 6]. Тому, застосування НЧ є перспективним напрямком у розробці засобів протизапальної дії. Зазначимо, що НЧ набули поширеного використання в біомедичній галузі завдяки їх високій здатності проникати всередину клітин, властивостям зв'язування лігандів завдяки високому співвідношенню площі поверхні до об'єму [7-9]. Механістичне дослідження показало наявність протизапальної активності у різних металів і наночастинок оксидів металів, таких як Срібло, Золото тощо [1, 9, 10].

Метою роботи було обґрунтувати застосування наночастинок благородних металів з вираженою протизапальною активністю та оцінити перспективи розроблення лікарських форм на їх основі за корекції патологій статевої системи самців.

Матеріали і методи

Здійснюючи огляд наукової літератури з метою встановлення токсичних ризиків використання металевих наночастинок автори цього дослідження проаналізували результати з наукових баз даних Scopus і PubMed. Доступ до даних і матеріалів наукових статей отримано завдяки ініціативі Research4Life, яка надала науковцям і дослідникам з України вільний доступ до значної кількості наукових журналів.

Результати роботи

Запалення -- це рання імунологічна відповідь на чужорідні частинки тканинами, яка підтримується посиленою продукцією прозапальних цитокінів, активацією імунної системи та вивільненням простагландинів та хемотаксичних речовин, таких як фактори комплементу, інтерлейкіни й фактори некрозу пухлин [10-12].

Залежно від способу синтезу НЧ, обраної експериментальної моделі, дози та умов експозиції введення НЧ може мати як позитивний, так і негативний ефект шляхом впливу на клітинні процеси, такі як розвиток оксидативного стресу, ініціація запальної відповіді, дисфункції мітохондрій тощо. З точки зору тканиноспецифічних ефектів, місцеве мікрооточення може мати глибокий вплив на те, чи є НЧ безпечною чи шкідливою для клітини. Взаємодія НЧ з протеїнами, що зв'язують метали (цинк, мідь, залізо та кальцій), впливає як на їх структуру, так і на функцію [13].

Серед них наночастинки Срібла мають великі перспективи у вирішенні проблем резистентності мікроорганізмів до антибіотичних засобів й пошуку ефективних протизапальних сполук завдяки їх широкому спектру дії та стійким антимікробним властивостям. Слід наголосити, що хімічний склад поверхні, розмір і форма, впливають на їхню антибактеріальну дію та протизапальну активність, що відіграє важливу роль у розробці препаратів на основі НЧ Срібла [14]. Bhol & Schechter (2007) повідомили про протизапальну активність у щурів, які отримували перорально 40 мг/кг нанокристалічного Срібла та показали значне зменшення запалення товстої кишки [15]. Миші, які отримували НЧ Срібла, показали швидке загоєння ран, що мало дозозалежний ефект. Крім того, було доведено значні антимікробні властивості, зменшення запалення рани та модуляцію цитокінів [16]. Wong et al. (2007) виявили, що НЧ Срібла здатні знижувати кількість маркерів запалення, можуть пригнічувати запальні процеси на ранніх фазах загоєння ран [17]. Модель контактного дерматиту у свиней показала, що лікування НЧ Срібла значно збільшує апоптоз у запальних клітинах та знижує рівень прозапальних цитокінів, а також знижують набряк і інші клінічні ознаки [18, 19].

Сполуки Золота використовуються як ефективні терапевтичні засоби для лікування деяких запальних захворювань, однак використання даних сполук стало обмеженим через пов'язану високу частоту побічних ефектів. Останні розробки наноматеріалів для терапевтичного застосування з золотовмісними препаратами покращують корисні дії та знижують токсичні властивості цих засобів. Повідомлялося, що нижча токсичність у поєднанні з протизапальними та антиангіогенними ефектами виникає при лікуванні препаратами на основі НЧ Золота [20]. Синтез НЧ Золота на основі куркуміну з подальшим розвитком відповідної зовнішньої корони з використанням ізоніазиду, тирозину або кверцетину дозволяє отримати пероксидазо-подібні властивості залежно від поверхневої корони відповідних наночастинок, внаслідок чого вони виявляються чудовими кандидатами для дії поглинання вільних радикалів.

Взаємодія НЧ Золота, що імітують пероксидазу, з еритроцитами і мишачими макрофагами підтвердила їх гемо- і біосумісну природу та протизапальну активність [21]. Di Bella et al. (2021) показали важливі протизапальні властивості застосування НЧ Золота мишам в якості ад'ювантного препарату поряд з антибіотиками при лікуванні сепсису [22]. У комбінованій формі НЧ Золота сприяють зменшенню проявів запалення за цукрового діабету та можуть використовуватися для профілактики ускладнень метаболічного синдрому [23]. Протизапальна активність, антимікробна дія і антиоксидантні властивості НЧ Срібла й Золота узагальнені у таблиці 1.

Таблиця 1 -- Основні властивості наночастинок благородних металів та перспективи розробки лікарських форм на їх основі.