Воздействие нанокластерных железомолибденовых полиоксометаллатов на функциональную активность макрофагов и состояние эритробластических островков костного мозга

Целью данного исследования было изучение механизмов действия {Mo 72 Fe 30 } на эритропоэз и гематологические показатели in vitro и in vivo. Результаты показали, что нанокластерный полиоксометаллат {Mo₇₂Fe₃₀}, продукты его деструкции (ПД) – низкомолекулярные железо и молибденсодержащие ионы – не влияют на активность неспецифической эстеразы в цитоплазме центральных макрофагов эритробластических островков костного мозга и, следовательно, не нарушают процесс детоксикации эндотоксинов и ксенобиотиков, осуществляемый макрофагами. Однако введение исследуемых веществ приводит к снижению поглотительной способности макрофагов, без изменения вовлеченности клеток в процесс фагоцитоза. Анализ культуры эритробластических островков выявил следующие закономерности: при введении {Mo₇₂Fe₃₀} и продуктов его деструкции происходит более интенсивное созревание эритроидных клеток в короне эритробластических островков. В 1-е сутки после внесения полиоксометаллата вследствие ускоренного созревания и диссоциации эритробластических островков наблюдается снижение количества эритробластических островков 3-го класса и инволюцирующих эритробластических островков. Данный процесс подтверждается увеличением числа клеток эритроидного ряда в миелограмме на 1-е сутки. Одновременное увеличение числа реконструирующихся эритробластических островков в группах с полиоксометаллатом и продуктами его деструкции свидетельствует о развитии в «короне» островков дополнительной волны эритропоэза. На 2-е сутки после внесения {Mo₇₂Fe₃₀} возрастает число пролиферирующих эритробластических островков 2-го и 3-го классов, на фоне сохранения числа островков 1-го класса, что связано с вовлечением новых макрофагов в эритропоэз и активной пролиферацией эритроидных клеток. На 3-и сутки после внесения {Mo₇₂Fe₃₀} наблюдается смещение классов эритробластических островков в сторону более зрелых пролиферирующих островков 2-го класса. Полученные данные свидетельствуют о том, что на 3-и сутки под влиянием ПОМ происходит ускорение процесса созревания эритроцитов в эритробластических островках. Подобная тенденция наблюдается и при воздействии ПД, но в этом случае эффект ускорения эритропоэза выражен слабее. Анализ миелограммы костного мозга крыс показал, что при введении исследуемых веществ ({Mo₇₂Fe₃₀} и ПД) в течение 7 суток наблюдается увеличение клеточности костного мозга, при этом рост показателя объясняется в том числе и увеличением количества клеток эритроидного ряда, а также ретикулоцитов. Эти данные согласуются с показателями периферической крови крыс. Было выявлено достоверно значимое увеличение количества эритроцитов при введении исследуемых веществ ({Mo₇₂Fe₃₀} и ПД), которое также сопровождается повышением уровня гемоглобина и значений гематокрита. Результаты экспериментов могут указывать на возможность активации эритроидного ростка костного мозга.

1. Абрашова Т.В., Гущин А.Я., Ковалева М.А., Рыбакова А.В., Селезнева А.И. Справочник. Физиологические, биохимические и биометрические показатели нормы экспериментальных животных. СПб.: ЛЕМА, 2013. 116 с.

2. Балабекова М.К., Нурмухамбетов А.Н., Ударцева Т.П., Нургалиева Т.К. Показатели периферической крови и клеточный состав костного мозга крыс с экспериментальным воспалением // Вестник Казахского национального медицинского университета, 2010. № 5-3. C. 281-286.

3. Бриллиант С.А., Юшков Б.Г. Исследование гемоглобинового спектра костного мозга крыс при постгеморрагической анемии // Вестник уральской медицинской академической науки, 2018. Т. 15, № 4. С. 570-576.

4. Данилова И.Г., Гетте И.Ф., Медведева С.Ю. Влияние нанокластерных железомолибденовых полиоксометаллатов на апоптоз лейкоцитов крови и содержание белков теплового шока в клетках тимуса и селезенки крыс // Российские нанотехнологии, 2016. Т. 11, № 9-10. C. 108-115.

5. Драпкина О.М., Авалуева Е.Б., Бакулин И.Г., Виноградова М.А., Виноградова Н.Г., Гапонова Т.В., Гаус О.В., Гиляревский С.Р., Голшмид М.В., Демихов В.Г., Дудина Г.А., Жибурт Е.Б., Журина О.Н., Иванова Е.В., КотовскаяЮ.В., Кохно А.В., Куликов И.А., Купряшов А.А., Ливзан М.А., Луговская С.А., Лукина Е.А., Наумов А.В., Павлюченко Е.С., Паровичникова Е.Н., Пономарев Р.В., Рунихина Н.К., Скаржинская Н.С., Тарасова И.С., Тихомирова Е.В., Теплых Б.А., Ткачева О.Н., Троицкая В.В., Федоров Е.Д., Ховасова Н.О., Чернов В.М., Чесникова А.И., Шепель Р.Н. Ведение пациентов с железодефицитной анемией на этапе оказания первичной медико-санитарной помощи. М.: РОПНИЗ, ООО «Силицея-Полиграф», 2022. 88 c.

6. Захаров Ю.М., Мельников И.Ю., Рассохин А.Г. Исследование эритропоэза модифицированным методом выделения эритробластических островков костного мозга // Гематология и трансфузиология, 1984. Т. 29, № 4. C. 52-54.

7. Захаров Ю.М., Мельников И.Ю., Рассохин А.Г. Классификация эритробластических островков костного мозга с учетом изменения их клеточного состава // Архив анатомии, гистологии и эмбриологии, 1990. Т. 98, № 5. C. 38-42.

8. Захаров Ю.М. Новые подходы к исследованию эритропоэза у человека и животных // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2001. № 2. C. 99-103.

9. Захаров Ю.М., Рассохин А.Г. Эритробластический островок: монография. М.: Медицина, 2002. 279 c.

10. Остроушко А.А., Улитко М.В., Тонкушина М.О., Зубарев И.В., Медведева С.Ю., Данилова И.Г., Губаева О.В., Гагарин И.Д., Гетте И.Ф. Влияние нанокластерных молибденсодержащих полиоксометаллатов на морфофункциональное состояние фибробластов в культуре // Российские нанотехнологии, 2018, Т. 13, № 1-2. C. 3-11.

11. Остроушко А.А., Гетте И.Ф., Бриллиант С.А., Данилова И.Г. Использование нанокластерных железо-молибденовых полиоксометаллатов для коррекции экспериментальной постгеморрагической анемии // Российские нанотехнологии, 2019. Т. 14, № 3-4. C. 75-80.

12. Остроушко А.А., Тонкушина М.О., Гагарин И.Д., Гржегоржевский К.В., Данилова И.Г., Гетте И.Ф. Способ коррекции постгеморрагической анемии. Патент RU 2671077 C1, 29.10.2018.

13. Справочник по клиническим лабораторным методам исследования / под. ред. Кост Е.А. М.: Медицина, 1975. 383 с.

14. Abbaspour N., Hurrell R., Kelishadi R. Review on iron and its importance for human health. J. Res. Med. Sci., 2014, Vol. 19, no.2, pp. 164-174.

15. Almeida A.F., Miranda M.S., Vinhas A., Gonçalves A.I., Gomes M.E., Rodrigues M.T. Controlling macrophage polarization to modulate inflammatory cues using immune-switch nanoparticles. Int. J. Mol. Sci., 2022, Vol. 23, no. 23, 15125. doi: 10.3390/ijms232315125.

16. Anaemia in women and children. World Health Organization. Available at: https://www.who.int/data/gho/data/themes/topics/anaemia_in_women_and_children.

17. Corna G., Campana L., Pignatti E., Castiglioni A., Tagliafico E., Bosurgi L., Campanella A., Brunelli S., Manfredi A.A., Apostoli P., Silvestri L., Camaschella C., Rovere-Querini P. Polarization dictates iron handling by inflammatory and alternatively activated macrophages. Haematologica, 2010, Vol. 95, no. 11, pp. 1814-1822.

18. Dhingra V.K., Gupta R.K.P., Sadana J.R. Demonstration of acid alpha naphthyl acetate esterase activity in bovine lymphocytes and monocytes or macrophages. Res. Vet. Sci., 1982, Vol. 33, no. 1, pp. 26-30.

19. Gaetano C., Massimo L., Alberto M. Control of iron homeostasis as a key component of macrophage polarization. Haematologica, 2010, Vol. 95, no. 11, pp. 1801-1803.

20. Gammella E., Buratti P., Cairo G., Recalcati S. Macrophages: central regulators of iron balance. Metallomics, 2014, Vol. 8, no. 6, pp. 1336-1345.

21. Grech B.J. Mechanistic insights into the treatment of iron-deficiency anemia and arthritis in humans with dietary molybdenum. Eur. J. Clin. Nutr., 2021, Vol. 75, no. 8, pp. 1170-1175.

22. Hayhoe F.G.J., Quaglino D. Haematological cytochemistry. Edinburgh; N.Y.: Churchill Livingstone, 1980. 336 p.

23. Jackson J. Immunology: Host Responses to Biomaterials. In: Lee S.J., Atala A., Yoo J. (eds.). In Situ Tissue Regeneration: Host Cell Recruitment and Biomaterial Design. Elsevier/Academic Press, 2016, p. 35. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1742-7061(14)00269-4.

24. Laskar A., Eilertsen J., Li W., Yuan X. M. SPION primes THP1 derived M2 macrophages towards M1-like macrophages. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2013, Vol. 441, no. 4, pp. 737-742.

25. Lucarelli M., Gatti A.M., Savarino G., Quattroni P., Martinelli L., Monari E., Boraschi D. Innate defence functions of macrophages can be biased by nano-sized ceramic and metallic particles. Eur. Cyt. Network, 2004, Vol. 15, no. 4, pp. 339-346.

26. Martinez-Torres V., Torres N., Davis J.A., Corrales-Medina F.F. Anemia and Associated Risk Factors in Pediatric Patients. Pediatric Health Med. Ther., 2023, Vol. 14, pp. 267-280.

27. Mendel R.R. Metabolism of Molybdenum. In: Banci L. (ed.). Metallomics and the Cell. Metal Ions in Life Sciences. Springer, Dordrecht, 2013, Vol. 12, pp. 503-528.

28. Miao X., Leng X., Zhang Q. The Current State of Nanoparticle-Induced Macrophage Polarization and Reprogramming Research. Int. J. Mol. Sci., 2017, Vol. 18, no. 2, 336. doi: 10.3390/ijms18020336.

29. Müller A., Sarkar S., Shah S. Q., Bögge, H., Schmidtmann M., Kögerler P., Hauptfleisch, B., Trautwein A.X., Schünemann V. V. Archimedean Synthesis and Magic Numbers: “Sizing” Giant Molybdenum-Oxide-Based Molecular Spheres of the Keplerate Type. Angew. Chem. Int. Ed.. 1999, Vol. 38, no. 21, pp. 3238-3241.

30. Rampton D., Folkersen J., Fishbane S., Hedenus M., Howaldt S., Locatelli F., Patni S., Szebeni J., Weiss G. Hypersensitivity reactions to intravenous iron: guidance for risk minimization and management. Haematologica, 2014, Vol. 99, no. 11, pp. 1671-1676.

31. Recalcati S., Locati M., Marini A., Santambrogio P., Zaninotto F., De Pizzol M., Zammataro L., Girelli D., Cairo G. Differential regulation of iron homeostasis during human macrophage polarized activation. Eur. J. Immunol., 2010, Vol. 40, no. 3, pp. 824-835.

32. Rogler G. Immune Cells: Monocytes and Macrophages. In: Baumgart D. (ed.). Crohn’s Disease and Ulcerative Colitis. Springer, Cham, 2017, pp. 119-122.

33. Shafer A.W., Marlow A.A. Toxic Reaction to Intramuscular Injection of Iron. N. Engl. J. Med., 1959. Vol. 260, no. 4, 180. doi: 10.1056/NEJM195901222600408.

34. Sharma L., Wu W., Dholakiya S.L., Gorasiya S., Wu J., Sitapara R., Patel V., Wang M., Zur M., Reddy S., Siegelaub N., Bamba K., Barile F. A., Mantell L.L. Assessment of Phagocytic Activity of Cultured Macrophages Using Fluorescence Microscopy and Flow Cytometry. In: Vancurova I. (ed.). Cytokine Bioassays. Methods in Molecular Biology, Vol. 1172. Humana Press, New York, NY, 2014, pp. 137-145.

35. Soares M.P., Hamza I. Macrophages and Iron Metabolism. Immunity, 2016, Vol. 44, no. 3, pp. 492-504.

36. Terriere L.C. Induction of Detoxication Enzymes in Insects. Annu. Rev. Entomol., 1984. Vol. 29, pp. 71-88.

37. Wang L., Zhang H., Sun L., Gao W., Xiong Y., Ma A., Liu X., Shen L., Li Q., Yang H. Manipulation of macrophage polarization by peptide-coated gold nanoparticles and its protective effects on acute lung injury. J. Nanobiotechnology, 2020. Vol. 18, no. 1, 38. doi: 10.1186/s12951-020-00593-7.

38. Zanganeh S., Hutter G., Spitler R., Lenkov O., Mahmoudi M., Shaw A., Pajarinen J.S., Nejadnik H., Goodman S., Moseley M. Iron oxide nanoparticles inhibit tumour growth by inducing pro-inflammatory macrophage polarization in tumour tissues. Nat. Nanotechnol., 2016. Vol. 11, no. 11, pp. 986-994.

39. Zvereva E. Activity and heavy metal resistance of non-specific esterases in leaf beetle Chrysomela lapponica from polluted and unpolluted habitats. Comp. Biochem. Physiol. C Toxicol. Pharmacol., 2003, Vol. 135, no. 4, pp. 383-391.