Культура клітин людини як альтернативний метод в комплексній токсиколого-гігієнічній оцінці сполук важких металів

Статті в інших наукових виданнях:

6. Адаменко Л. В. Дослідження токсичності дезінфекційних препаратів in vitro // Л. В. Адаменко, М. Л. Марченко // Проблеми зооінженерії та ветеринарної медицини : зб. наук. праць. - Харків : Ветеринарні науки, 2010. - Вип. 21, т. 1, ч. 2. - С. 152-158. - Марченко М. Л. - отримані первинні дані та проаналізовані результати цитотоксичного впливу дезінфекційних препаратів, на клітини різного гістогенезу, отримані за допомогою тестів з нейтральним червоним, метилтіазолілтетразолієм та сульфородаміном В.

7. Дмитруха Н. М. Застосування методу культури клітин в токсикологічному експерименті / Н. М.Дмитруха, Т. К. Короленко, М. Л. Марченко, // Сучасні проблеми біоетики. - К. : Академперіодика, 2009. - С. 165-171. - Марченко М. Л. - отримала первинні дані та проаналізувала результати дослідження цитотоксичного впливу сполук важких металів на культури фібробластів миші.

АНОТАЦІЯ

Марченко М. Л. Культура клітин людини як альтернативний метод в комплексній токсиколого-гігієнічній оцінці сполук важких металів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.02.01 - гігієна та професійна патологія. - ДУ «Інститут медицини праці НАМН України», Київ, 2011.

Дисертація присвячена актуальній проблемі застосування методів, які представляють альтернативу традиційним дослідженням на тваринах, в токсиколого-гігієнічній оцінці хімічних речовин. В представленій роботі в якості моделей для оцінки токсичності сполук важких металів вивчалися культури клітин людини різного органного походження (лінії А-549, HaCaT,Colo-205, HepG2, 293, IMR-32, U-373, нормальні фібробласти).

За допомогою тестів з метилтіазолілтеразолієм, нейтральним червоним, сульфородаміном В виявлено, що дані про цитотоксичну дію сполук важких металів для культур клітин людини in vitro відповідали результатам вивчення їхньої гострої та органної токсичності у експериментальних тварин. Таким чином, дослідження цитотоксичної дії сполук важких металів в культурі клітин людини різного органного походження на етапі токсиколого-гігієнічної оцінки дозволяє за показником ЕС₅₀ прогнозувати ступінь їх гострої токсичності для тварин і людини та визначити органотропність цих речовин.

Ключові слова: альтернативні методи, токсиколого-гігієнічна оцінка, культури клітин, ЕС₅₀, цитотоксичність, гостра токсичність, органна токсичність.

АННОТАЦИЯ

Марченко М. Л. Культура клеток человека как альтернативный метод в комплексной токсиколого-гигиенической оценке соединений тяжелых металлов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности 14.02.01 - гигиена и профессиональная патология. - ГУ «Институт медицины труда НАМН Украины», Киев, 2011.

Диссертация посвящена актуальной проблеме использования методов, которые являются альтернативой традиционным исследованиям на животных в токсиколого-гигиенической оценке химических веществ. В качестве моделей для оценки токсичности соединений тяжелых металлов изучались культуры клеток человека разного органного происхождения (линий А-549, HaCaT,Colo-205, HepG2, 293, IMR-32, U-373, нормальные фибробласты).

Корреляционный анализ показателей цитотоксического действия солей тяжелых металлов, установленных с помощью тестов с метилтиазолилтетразолием, нейтральным красным и сульфородамином В для культур клеток выявил, что методы, с помощью которых были получены результаты и, которые учитывают степень нарушения функций дыхательных ферментов митохондрий, мембран лизосом и синтеза общего белка в клетке, не отличаются между собой по чувствительности, демонстрируя одинаковый дозозависимый эффект.

При сравнении цитотоксического действия солей тяжелых металлов в эксперименте в культуре клеток по показателю ЕС₅₀ (еффективная концентрация вещества, вызываюящая 50 % гибели клеток при острой экспозиции), в целом, хлорид ртути проявил высокое повреждающее действие на большинство культур клеток in vitro, кроме клеток нервной ткани (линия IMR-32) и нормальных фибробластов человека, по отношению к которым сульфат кадмия показал больший цитотоксический эффект. Таким образом, по величине цитопатического действия на культуры клеток соли металлов можна ранжировать в таком порядке: НgCl₂> СdSO₄>MnSO₄>Pb (CH₃COO)₂.

Сравнивая результаты цитотоксического действия сульфата кадмия и марганца, полученные в модели ко-культур, можно сделать вывод, что при большем повреждении клеток печени до 70 % в системе ко-культур, уменьшалась жизнеспособность клеток других культур; при сохранении жизнеспособности клеток печени более 70 % в необъединенных лунках (при изучении действия сульфата марганца), в модели ко-культур, в целом, возрастала стабильность всей системы (жизнеспособность клеток печени полностью восстанавливалась, количество живых клеток других линий, которые находились в ко-культуре, сохранялась более 50 %).

Микроядерный тест показал, что хлорид ртути выявил наименьший генотоксический эффект по отношению к клеткам линии А-549 по сравнению с остальными солями тяжелых металлов.

Исследование цитотоксического действия наночастиц меди, серебра и молибдена в культуре клеток человека разного гистогенеза выявило, что по величине ЕС₅₀ наночастицы меди имели наибольшее цитотоксическое действие на эпителиоциты легких (ЕС₅₀ - 0,011±0,0008 мг/мл) и кератиноциты (ЕС50 - 0,03±0,005 мг/мл) по сравнению с наночастицами других изучаемых металлов; наночастицы серебра в большей степени проявляли повреждающее действие на клетки кишечника (ЕС₅₀ - 0,013±0,005мг/мл). Общая закономерность была в том, что изучаемые наночастицы проявили наименьший цитотоксический эффект по отношению к клеткам нервной ткани. Представляет интерес и тот факт, что выявлено достоверно стимулирующее действие наночастиц меди на кератиноциты по сравнению с контрольными клетками, серебра на клетки нервной ткани и молибдена на клетки кишечника в концентрациях, которые были незначительно ниже тех, когда цитотоксический эффект на культуры клеток не выявляется.

Изучение цитотоксичности наночастичек в зависимости от их размера в культуре клеток А-549 на примере наночастиц сульфида свинца выявило, что уровень их цитотоксического эффекта обратно пропорционален размерам наночастиц.

Анализируя данные клинической практики и токсикологических исследований на крысах in vivo (при внутрибрюшинном введении растворов солей тяжелых металлов), и результаты, полученные для культур клеток человека in vitro, можно отметить, что более всего показатели ЛД₅₀ для крыс и летальные концентрации для человека соответствовали ЕС₅₀ для клеток тех органов, которые берут на себя наибольшую нагрузку в случае интоксикации целостного организма. При действии хлорида ртути ЕС₅₀ для клеток печени и почек: 6±0,8 мг/л; 5±0,7 мг/л, соответственно, приближалось к значениям ЛД₅₀ для крыс - 4,8±0,9 мг/кг и летальной концентрации для человека - 8-42 мг/кг. ЛД₅₀ для крыс - 13±4 мг/кг и величина смертельной концентрации для человека - 20 - 30 мг/кг при действии сульфата кадмия отвечали величине ЕС₅₀ для культур клеток печени, почек, нервной ткани и фибробластов: 10±2 мг/л, 10±2 мг/л, 20±3 мг/л та 12±3 мг/л, соответственно. ЛД₅₀ для крыс - 204±36 мг/кг и ЛК для человека - 104 мг/кг при действии сульфата марганца приближаются к ЕС₅₀ для клеток нервной ткани, почек, кишечника: 160±4, 170±30, 190±3 мг/л, соответственно. ЛД₅₀ для крыс - 446±66 мг/кг и ЛК для человека - 714 мг/кг при воздействии ацетата свинца наиболее соответствовали ЕС₅₀ для клеток печени - 500±20 мг/л, кишечника - 380±4 мг/л, легких - 1000±200 мг/л и фибробластов человека - 1000±100 мг/л

При оценке цитотоксического действия солей тяжелых металлов и наночастиц металлов с использованием культур клеток как метода альтернативного экспериментам на животных было показано соответствие полученных результатов показателям токсического воздействия этих веществ, полученных в опытах на животных и данным клинической практики.

Ключевые слова: токсиколого-гигиеническая оценка, культуры клеток, ЕС₅₀, цитотоксичность, острая токсичность, органная токсичность.

ANNOTATION

Marchenko M. L. Human cell cultures as an alternative method in the complex toxicological-hygienic assessment of heavy metal compounds. - Manuscript.

Thesis on the degree of candidate of medical sciences in specialty 14.02.01 - hygiene and occupational pathology. - SІ «Institute for Occupational Health of the National Academy of Medical Sciences of Ukraine», Kyiv, 2011.

The dissertation is devoted to the actual problem of using alternative models to traditional researches on animals for toxicological and hygienic assessment of chemicals. In the presented work there were studied human cell cultures of different organ origin as a model for assessing the toxicity of heavy metal compounds (cells lines A-549, HaCaT, Colo-205, HepG2, 293, IMR-32, U-373, normal fibroblasts).

Using methylthiazolyltetrazolium, neutral red, sulforhodamine B assays we found that cytotoxic effects research data of heavy metal compounds in organ-specific human cells cultures corresponded to the acute and organ toxicity data from experiments using animals. In this case, the study of cytotoxic effect of chemicals on human cell lines of various organs can predict the degree of acute and organ toxicity in animals and humans by the indicator EC₅₀ to these cells during toxicological and hygienic evaluation.

Key words: alternative methods, toxicological and hygienic assessment, cell cultures, EC₅₀, cytotoxicity, acute toxicity, organ toxicity.

Размещено на Allbest.ru