medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2020-99-10-1145-1148medlit-1078Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL INVESTIGATIONSСодержание меди в органах и тканях белых крыс при пероральном введении нанокомпозита меди, инкапсулированного в полимерную матрицу арабиногалактанаCopper distribution in organs and tissues of albino rats under oral administration of nanocomposite of copper oxide encapsulated in a polymeric matrix of arabinogalactanhttps://orcid.org/0000-0002-0876-2304ЛисецкаяЛюдмила ГавриловнаLisetskayaLyudmila G.

Канд. биол. наук, науч. сотр. ФГБНУ ВСИМЭИ, 665827, Ангарск.

e-mail: lis_lu154@mail.ru

MD, Ph.D., researcher of the East-Siberian Institution of Medical and Ecological, Angarsk, 665827, Russian Federation.

e-mail: lis_lu154@mail.ru

lis_lu154@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0665-8060ТитовЕ. А.TitovEvgeny A.noemail@neicon.ruФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»East-Siberian Institution of Medical and Ecological202001122020991011451148Copyright © Лисецкая Л.Г., Титов Е.А., 20202020Лисецкая Л.Г., Титов Е.А.Lisetskaya L.G., Titov E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/1078Введение

Введение. На основе арабиногалактана создан комплекс гибридных нанобиокомпозитов, несущих на себе сбалансированное количество необходимых для организма макро- и микроэлементов. Особенностью действия наночастиц на организм является их способность легко проникать во все органы и ткани.

Цель исследования - изучение влияния арабиногалактана меди на содержание меди в основных тканях и органах крыс.

Материал и методы

Материал и методы. Атомно-абсорбционным методом изучали содержание меди в органах и тканях крыс после 10-дневного внутрижелудочного введения раствора арабиногалактана меди в дозе 500 мкг на кг массы тела.

Результаты

Результаты. Уровень меди выше 2 мкг/г отмечен в шерсти, почках, печени и сердце. Мозг и семенники содержали от 1 до 2 мкг/г меди. В тканях желудка, тонкого и толстого кишечника, тимуса, поджелудочной железы, глаза, селезёнки, лёгких и скелетных мышц и в крови - менее 1 мкг/г.

Заключение

Заключение. Исследование распределения меди в органах крыс после перорального введения нанокомпозита оксида меди с арабиногалактаном продемонстрировало, что основными органами-мишенями для накопления элемента являются почки, печень, мозг, желудок. Различный характер накопления меди в тканях организма крыс, которым вводили арабиногалактан меди в виде нанокомпозита, может свидетельствовать о выборочной способности тканей и органов к накоплению этого элемента. Для дальнейшей работы по возможному применению препарата в лечебных целях необходимо учитывать особенности биораспределения и биоакумуляции в различных органах.

Introduction

Introduction. Based on arabinogalactan, a complex of hybrid nanobiocomposites has been created, which carry a balanced amount of macro- and microelements necessary for the body. A feature of the action of nanoparticles on the body is their ability to easily penetrate all organs and tissues.

The aim of the work is to study the effect of copper arabinogalactan on the content of copper in the main tissues and organs of rats.

Material and methods

Material and methods. The content of copper in organs and tissues of rats after a 10-day intragastric administration of a solution of copper arabinogalactan in a dose of 500 μg per kg of weight was studied by the atomic absorption method.

Results

Results. A high level of copper (above 2 μg/g) was found in wool, kidneys, liver, and heart. The brain and testes contain from 1 to 2 μg/g of copper. In the tissues of the stomach, small and large intestines, thymus, pancreas, blood, eyes, spleen, lungs, and skeletal muscles - less than 1 μg/g.

Conclusion

Conclusion. The study of the distribution of copper in the organs of rats after oral administration of the nanocomposite of copper oxide with arabinogalactan demonstrated the main target organs for the accumulation of the element to be the kidneys, liver, brain, and stomach. The different character of the accumulation of copper in the tissues of the body of the rats received arabinogalactan of copper in the form of a nanocomposite, may indicate the selective ability of tissues and organs to accumulate this element. For further work on the possible use of the drug for medicinal purposes, it is necessary to take into account the peculiarities of biodistribution and bioaccumulation in various organs.

медьарабиногалактаннанокомпозитбиораспределениелабораторные животныеcopperarabinogalactannanocompositebiodistributionlaboratory animalReferencesQamar H., Rehman S., Chauhan D.K., Tiwari A.K., Upmanyu V. Green synthesis, characterization and antimicrobial activity of copper oxide nanomaterial derived from Momordica charantia. Int. J. Nanomedicine. 2020; 15: 2541-53. https://doi.org/10.2147/IJN.S240232Qamar H., Rehman S., Chauhan D.K., Tiwari A.K., Upmanyu V. Green synthesis, characterization and antimicrobial activity of copper oxide nanomaterial derived from Momordica charantia. Int. J. Nanomedicine. 2020; 15: 2541–53. https://doi.org/10.2147/IJN.S240232Jing C., Yan C.J., Yuan X.T., Zhu L.P. Biosynthesis of copper oxide nanoparticles and their potential synergistic effect on alloxan induced oxidative stress conditions during cardiac injury in Sprague-Dawley rats. J. Photochem. Photobiol. B. 2019; 198(9): 111557. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2019.111557Jing C., Yan C.J., Yuan X.T., Zhu L.P. Biosynthesis of copper oxide nanoparticles and their potential synergistic effect on alloxan induced oxidative stress conditions during cardiac injury in Sprague-Dawley rats. J. Photochem. Photobiol. B. 2019; 198(9): 111557. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2019.111557Александрова Г.П., Грищенко Л.А., Фадеева Т.В., Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. Особенности формирования нанобиокомпозитов серебра и золота с антимикробной активностью. Нанотехника. 2010; (3): 34-42.Aleksandrova G.P., Grishchenko L.A., Fadeeva T.V., Sukhov B.G., Trofimov B.A. Features of formation of silver and gold nanobiocomposites with antimicrobial activity. Nanotekhnika. 2010; (3): 34–42. (in Russian)Трофимов Б.А., Сухов Б.Г. Нанокомпозиты медицинского назначения на основе природных полимеров. В кн.: «Наука и нанотехнологии». Материалы научной сессии президиума СО РАН. Новосибирск; 2007.Trofimov B.A., Sukhov B.G. Medical-grade nanocomposites based on natural polymers. In: «Science and Nanotechnology». Materials of the Scientific Session of the SB RAS Presidium [«Nauka i nanotekhnologii». Materialy nauchnoy sessii prezidiuma SO RAN]. Novosibirsk; 2007. (in Russian)Shurygina I.A., Sukhov B.G., Fadeeva T.V., Umanets V.A., Shurygin M.G., Ganenko T.V., et al. Bacterial action of Ag(0)- antithrombotic sulfated arabinogalactannanocomposite: coevolution of initial nanocomposite and living microbial cell to a novel non-living nanocomposite. Nanomedicine. 2011; 7(6): 827-33. https://doi.org/10.1016/j.nano.2011.03.003Shurygina I.A., Sukhov B.G., Fadeeva T.V., Umanets V.A., Shurygin M.G., Ganenko T.V., et al. Bacterial action of Ag(0)- antithrombotic sulfated arabinogalactannanocomposite: coevolution of initial nanocomposite and living microbial cell to a novel non-living nanocomposite. Nanomedicine. 2011; 7(6): 827–33. https://doi.org/10.1016/j.nano.2011.03.003Ермакова М.Ф., Чистякова А.К., Щукина Л.В., Пшеничникова Т.А., Медведева Е.Н., Неверова Н.А. и соавт. Влияние арабиногалактана, выделенного из древесины лиственницы сибирской, на хлебопекарные достоинства муки мягкой пшеницы и качество хлеба. Химия растительного сырья. 2009; (1): 161-6.Ermakova M.F., Chistyakova A.K., Shchukina L.V., Pshenichnikova T.A., Medvedeva E.N., Neverova N.A., et al. Influence of arabinogalactan from larch wood on bread-making properties of wheat flour and bread quality. Khimiya rastitel’nogo syr’ya. 2009; (1): 161–6. (in Russian)Селезнева Н.В., Сергеев А.С., Гребенщиков А.В. Синбиотики - как функциональный компонент питания человека. Современные наукоёмкие технологии. 2009; (4): 67-8.Selezneva N.V., Sergeev A.S., Grebenshchikov A.V. Synbiotics as a functional component of human nutrition. Sovremennye naukoemkie tekhnologii. 2009; (4): 67–8. (in Russian)Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. Наноструктурированные многофункциональные биополимеры и нанокомпозиты на их основе для диагностики и терапии. Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. 2012; (5-1): 323-4.Sukhov B.G., Trofimov B.A. The nanostructured multipurpose biopolymers and nanobiocomposites on their basis for diagnostics and therapy. Byulleten’ Vostochno-Sibirskogo nauchnogo tsentra Sibirskogo otdeleniya Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk. 2012; (5–1): 323–4. (in Russian)Wright J.B., Lam K., Buret A.G., Olson M.T., Burrell R.T. Early healing events in a porcine model of contaminated wounds: effects of nanocrystalline silver on matrix metalloproteinases, cell apoptosis, and healing. Wound Repair Regen. 2002; 10(3): 11-5. https://doi.org/10.1046/j.1524-475x.2002.10308.xWright J.B., Lam K., Buret A.G., Olson M.T., Burrell R.T. Early healing events in a porcine model of contaminated wounds: effects of nanocrystalline silver on matrix metalloproteinases, cell apoptosis, and healing. Wound Repair Regen. 2002; 10(3): 11–5. https://doi.org/10.1046/j.1524-475x.2002.10308.xРахметова А.А., Алексеева Т.П., Богословская О.А., Лейпунский И.О., Ольховская И.П., Жигач А.Н. и соавт. Ранозаживляющие свойства наночастиц меди в зависимости от их физико-химических характеристик. Российские нанотехнологии. 2010; 5(3-4): 102-7.Rakhmetova A.A., Alekseeva T.P., Bogoslovskaya O.A., Leypunskiy I.O., Ol’khovskaya I.P., Zhigach A.N., et al. Wound healing properties of copper nanoparticles depending on their physicochemical characteristics. Rossiyskie nanotekhnologii. 2010; 5(3–4): 102–7. (in Russian)Глущенко Н.Н., Богословская О.А., Ольховская И.П. Физико-химические закономерности биологического действия высокодисперсных порошков металлов. Химическая физика. 2002; 21(4): 79-85.Glushchenko N.N., Bogoslovskaya O.A., Ol’khovskaya I.P. Physico-chemical laws of the biological action of finely divided metal powders. Khimicheskaya fizika. 2002; 21(4): 79–85. (in Russian)Tanaka Y.K., Ogra Y. Evaluation of copper metabolism in neonatal rats by speciation analysis using liquid chromatography hyphenated to ICP mass spectrometry. Metallomic. 2019; 11(10): 1679-86. https://doi.org/10.1039/c9mt00158aTanaka Y.K., Ogra Y. Evaluation of copper metabolism in neonatal rats by speciation analysis using liquid chromatography hyphenated to ICP mass spectrometry. Metallomic. 2019; 11(10): 1679–86. https://doi.org/10.1039/c9mt00158aMajewski M., Ognik K., Juśkiewicz J. Copper nanoparticles modify the blood plasma antioxidant status and modulate the vascular mechanisms with nitric oxide and prostanoids involved in Wistar rats. Pharmacol. Rep. 2019; 71(3): 509-16. https://doi.org/10.1016/j.pharep.2019.02.007Majewski M., Ognik K., Juśkiewicz J. Copper nanoparticles modify the blood plasma antioxidant status and modulate the vascular mechanisms with nitric oxide and prostanoids involved in Wistar rats. Pharmacol. Rep. 2019; 71(3): 509–16. https://doi.org/10.1016/j.pharep.2019.02.007Cholewińska E., Juśkiewicz J., Ognik K. Comparison of the effect of dietary copper nanoparticles and one copper (II) salt on the metabolic and immune status in a rat model. J. Trace Elem. Med. Biol. 2018; 48(7): 111-7. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2018.03.017Cholewińska E., Juśkiewicz J., Ognik K. Comparison of the effect of dietary copper nanoparticles and one copper (II) salt on the metabolic and immune status in a rat model. J. Trace Elem. Med. Biol. 2018; 48(7): 111–7. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2018.03.017Симонов П.В., Резниченко Л.С., Чекман И.С. Влияние наночастиц меди на клиническую картину и морфологические показатели крови при экспериментальной генерализованной инфекции у крыс. Вестник Витебского государственного университета. 2015; 14(4): 112-7. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0197083Simonov P.V., Reznichenko L.S., Chekman I.S. Influence of copper nanoparticles on the clinical picture and morphological parameters of blood in experimental generalized infection in rats. Vestnik Vitebskogo gosudarstvennogo universiteta. 2015; 14(4): 112–7. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0197083 (in Russian)Tomaszewska E., Muszyński S., Ognik K., Dobrowolski P., Kwiecień M., Juśkiewicz J., et al. Comparison of the effect of dietary copper nanoparticles with copper (II) salt on bone geometric and structural parameters as well as material characteristics in a rat model. J. Trace Elem. Med. Biol. 2017; 42(8): 103-10. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2017.05.002Tomaszewska E., Muszyński S., Ognik K., Dobrowolski P., Kwiecień M., Juśkiewicz J., et al. Comparison of the effect of dietary copper nanoparticles with copper (II) salt on bone geometric and structural parameters as well as material characteristics in a rat model. J. Trace Elem. Med. Biol. 2017; 42(8): 103–10. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2017.05.002Сизова Е.А., Мирошников С.А., Лебедев С.В., Глущенко Н.Н. Элементный состав печени при многократном введении наночастиц меди. Микроэлементы в медицине. 2011; 12(3-4): 67-9Sizova E.A., Miroshnikov S.A., Lebedev S.V., Glushchenko N.N. Elemental composition of liver at repeated administration of copper nanoparticles. Mikroelementy v meditsine. 2011; 12(3–4): 67–9. (in Russian)Bugata L.S.P., Pitta Venkata P., Gundu A.R., Mohammed Fazlur R., Reddy U.A., Kumar J.M., et al. Acute and subacute oral toxicity of copper oxide nanoparticles in female albino Wistar rats. J. Appl. Toxicol. 2019; 39(5): 702-16. https://doi.org/10.1002/jat.3760Bugata L.S.P., Pitta Venkata P., Gundu A.R., Mohammed Fazlur R., Reddy U.A., Kumar J.M., et al. Acute and subacute oral toxicity of copper oxide nanoparticles in female albino Wistar rats. J. Appl. Toxicol. 2019; 39(5): 702–16. https://doi.org/10.1002/jat.3760Tang H., Xu M., Shi F., Ye G., Lv C., Luo J., et al. Effects and mechanism of nano-copper exposure on hepatic cytochrome p450 enzymes in rats. Int. J. Mol. Sci. 2018; 19(7): 2140. https://doi.org/10.3390/ijms19072140Tang H., Xu M., Shi F., Ye G., Lv C., Luo J., et al. Effects and mechanism of nano-copper exposure on hepatic cytochrome p450 enzymes in rats. Int. J. Mol. Sci. 2018; 19(7): 2140. https://doi.org/10.3390/ijms19072140Privalova L.I., Katsnelson B.A., Loginova N.N., Gurvich V.B., Shur V.Y., Volamina I.E., et al. Subchronic toxicity of copper oxide nanoparticles and its attenuation with the help of a combination of bioprotectors. Int. J. Mol. Sci. 2014; 15(7): 12379-406. https://doi.org/10.3390/ijms150712379Privalova L.I., Katsnelson B.A., Loginova N.N., Gurvich V.B., Shur V.Y., Volamina I.E., et al. Subchronic toxicity of copper oxide nanoparticles and its attenuation with the help of a combination of bioprotectors. Int. J. Mol. Sci. 2014; 15(7): 12379–406. https://doi.org/10.3390/ijms150712379Lee I.C., Ko J.W., Park S.H., Shin N.R., Shin I.S., Moon C., et al. Comparative toxicity and biodistribution assessments in rats following subchronic oral exposure to copper nanoparticles and microparticles. Part. Fibre Toxicol. 2016; 13(1): 56. https://doi.org/10.1186/s12989-016-0169-xLee I.C., Ko J.W., Park S.H., Shin N.R., Shin I.S., Moon C., et al. Comparative toxicity and biodistribution assessments in rats following subchronic oral exposure to copper nanoparticles and microparticles. Part. Fibre Toxicol. 2016; 13(1): 56. https://doi.org/10.1186/s12989-016-0169-xБогословская О.А., Сизова Е.А., Полякова В.С., Мирошников С.А., Лейпунский И.О., Ольховская И.П. и соавт. Изучение безопасности введения наночастиц меди с различными физико-химическими характеристиками в организм животных. Вестник Оренбургского государственного университета. 2009; (2): 124-7.Bogoslovskaya O.A., Sizova E.A., Polyakova V.S., Miroshnikov S.A., Leypunskiy I.O., Ol’khovskaya I.P., et al. Studying of safety of copper nanoparticles introduction with different physical-chemical characteristics into animals’ organism. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta. 2009; (2): 124–7. (in Russian)Унгуряну Т.Н., Гржибовский А.И. Краткие рекомендации по описанию, статистическому анализу и представлению результатов данных в научных публикациях. Экология человека. 2011; (5): 55-60.Unguryanu T.N., Grzhibovskiy A.I. Brief recommendations on description, analysis and presentation of data in scientific papers. Ekologiya cheloveka. 2011; (5): 55–60. (in Russian)Родионова Л.В. Физиологическая роль макро- и микроэлементов (обзор литературы). Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. 2005; (6): 195-9.Rodionova L.V. Physiological role of macro- and microelements (literature review). Byulleten’ Vostochno-Sibirskogo nauchnogo tsentra Sibirskogo otdeleniya Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk. 2005; (6): 195–9. (in Russian)Leblondel G., Mauras Y., Allain P. Tissue distribution of some elements in rats. Biol. Trace Elem. Res. 1986; 10(4): 327-33. https://doi.org/org/10.1007/BF02802400Leblondel G., Mauras Y., Allain P. Tissue distribution of some elements in rats. Biol. Trace Elem. Res. 1986; 10(4): 327–33. https://doi.org/org/10.1007/BF02802400Sugawara N., Ikeda T., Sugawara C., Kohgo Y., Kato J., Takeichi N. Regional distribution of copper, zinc and iron in the brain in Long-Evans Cinnamon (LEC) rats with a new mutation causing hereditary hepatitis. Brain Res. 1992; 588(2): 287-90. https://doi.org/10.1016/0006-8993(92)91587-5Sugawara N., Ikeda T., Sugawara C., Kohgo Y., Kato J., Takeichi N. Regional distribution of copper, zinc and iron in the brain in Long-Evans Cinnamon (LEC) rats with a new mutation causing hereditary hepatitis. Brain Res. 1992; 588(2): 287–90. https://doi.org/10.1016/0006-8993(92)91587-5Reser S., Ferretti R., Fields M., Smith J.C. Role of dietary fructose in the enhancement of mortality and biochemical changes associated with copper deficiency in rats. Am. J. Clin. Nutr. 1983; 38(2): 214-22. https://doi.org/10.1093/ajcn/38.2.214Reser S., Ferretti R., Fields M., Smith J.C. Role of dietary fructose in the enhancement of mortality and biochemical changes associated with copper deficiency in rats. Am. J. Clin. Nutr. 1983; 38(2): 214–22. https://doi.org/10.1093/ajcn/38.2.214

The authors declare that there are no conflicts of interest present.