Биологические эффекты нанокомпозита Fe₃O₄АГ при подостром воздействии на организм белых крыс

Введение. В настоящее время магнитные наночастицы оксидов железа широко применяются во многих отраслях человеческой деятельности. Среди производственных технологий наибольшую опасность представляют металлургическое производство, выплавка и резка металла на сталелитейных комбинатах, электродуговая и газовая сварка, при которых образуется значительное количество наночастиц оксидов металлов.

Материалы и методы. Самцам белых крыс перорально вводили в течение 10 дней водный раствор Fe₃O₄АГ (наночастицы оксида железа, стабилизированные полимером арабиногалактаном) в дозах 500 мкг/кг. По окончании экспозиции животных декапитировали под лёгким эфирным наркозом. Отбирали кровь, головной мозг, печень и почки для биохимического, гистологического анализа, а также исследования генотоксических свойств методом ДНК-комет.

Результаты. Выявлено снижение содержания гемоглобина на единицу крови, снижение общего числа нейронов в тканях головного мозга, изменение площади камеры почечных клубочков и повреждение ДНК в клетках крови.

Ограничения исследования. Исследованы биохимические показатели периферической крови, проведён гистологический анализ тканей головного мозга, печени и почек, а также изучены генотоксические эффекты при воздействии на самцов белых крыс Fe₃O₄АГ в дозах 500 мкг/кг на следующие сутки после десятидневной экспозиции.

Заключение. Биологический эффект Fe₃O₄АГ характеризуется снижением количества гемоглобина, фрагментацией ДНК в ядросодержащих клетках крови, расширением площади камеры почечных клубочков коркового вещества почки и снижением общего числа нейронов сенсомоторной коры головного мозга.

Соблюдение этических стандартов. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБНУ ВСИМЭИ (протокол № 1 от 18.12.2017 г.), проведено в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS N 123), директивой Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/63/EC от 22.09.2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей.

Участие авторов:
Титов Е.А. – концепция и дизайн исследования, проведение гистологических исследований, сбор и обработка данных, статистическая обработка данных, написание текста, редактирование;
Новиков М.А. – концепция и дизайн исследования, проведение внутрижелудочного введения препарата;
Соседова Л.М. – концепция и дизайн исследования, редактирование;
Абрамова В.А. – проведение исследования генотоксичности препарата;
Панкова А.А. – проведение внутрижелудочного введения и гистологического исследования;
Вокина В.А. – проведение биохимических исследований;
Лисецкая Л.Г. – проведение оценки содержания препарата в органах;
Александрова Г.П. – синтез и исследование физико-химических свойств нанокомпозита.
Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех её частей.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Работа выполнена по плану НИР в рамках государственного задания.

Поступила: 17.02.2025 / Поступила после доработки: 07.04.2025 / Принята к печати: 26.06.2025 / Опубликована: 31.07.2025

1. Cornell R.M., Schwertmann U. The Iron Oxides. Weinheim: Wiley-VCH; 2003.

2. Wu C.Y., Chen Y.C. Riboflavin immobilized Fe3O4 magnetic nanoparticles carried with n-butylidenephthalide as targeting-based anticancer agents. Artif. Cells Nanomed. Biotechnol. 2019; 47(1): 210–20. https://doi.org/10.1080/21691401.2018.1548473

3. Lugert S., Unterweger H., Mühlberger M., Janko C., Draack S., Ludwig F., et al. Cellular effects of paclitaxel-loaded iron oxide nanoparticles on breast cancer using different 2D and 3D cell culture models. Int. J. Nanomedicine. 2018; 14: 161–80. https://doi.org/10.2147/IJN.S187886

4. Zhang L., Jin R., Sun R., Du L., Liu L., Zhang K., et al. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles as magnetic resonance imaging contrast agents and induced autophagy response in endothelial progenitor cells. J. Biomed. Nanotechnol. 2019; 15(2): 396–404. https://doi.org/10.1166/jbn.2019.2689

5. Xie L., Jin W., Chen H., Zhang Q. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles for cancer diagnosis and therapy. J. Biomed. Nanotechnol. 2019; 15(2): 215–416. https://doi.org/10.1166/jbn.2019.2678

6. Zanganeh S., Ho J.Q., Aieneravaie M. Chapter 9 – Drug Delivery. In: Iron Oxide Nanoparticles for Biomedical Applications. Elsevier; 2018: 247–71. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101925-2.00008-5

7. Zaytseva M.P., Muradova A.G., Sharapaev A.I., Yurtov E.V., Grebennikov I.S., Savchenko A.G. Fe304/Si02 core shell nanostructures: preparation and characterization. Russ. J. Inorg. Chem. 2018; 63: 1684–8. https://doi.org/10.1134/s0036023618120239

8. Miao C., Yang L., Wang Z., Luoa W., Li H., Luo P., et al. Lipase immobilization on amino-silane modified superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles as biocatalyst for biodiesel production. Fuel. 2018; 224: 774–82. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.02.149

9. Цурин В.А., Ермаков А.Е., Уймин М.А., Мысик А.А., Щеголева Н.Н., Гавико В.С. и др. Синтез, структура и магнитные свойства наночастиц железа и никеля, капсулированных в углерод. Физика твердого тела. 2014; 56(2): 287–300. https://elibrary.ru/ryizhd

10. Chen Z., Geng Z., Tao T., Wang Z. Shape-controlled synthesis of Fe3O4 rhombic dodecahedrons and nanodiscs. Mater. Lett. 2014; 117: 10–3. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2013.11.076

11. Leonenko N.S., Demetska O.V., Leonenko O.B. Changes in concentrations of nanoparticles in working air under production environment over time. Ukrainian Journal Of Modern Problems Of Toxicology. 2019; (1): 53–61. https://elibrary.ru/essgfw

12. Сутункова М.П. Экспериментальные данные и методические соображения к обоснованию предельно допустимой концентрации железо-оксидных наночакстиц в воздухе рабочей зоны. Токсикологический вестник. 2016; (6): 11–7.

13. Зайцева Н.В., Уланова Т.С., Злобина А.В., Волкова М.В., Гилева М.И. Исследования наноразмерных частиц в составе промышленных аэрозолей и взвешенных веществ в воздухе рабочей зоны. Токсикологический вестник. 2017; (1): 20–6. https://doi.org/10.36946/0869-7922-2017-1-20-26 https://elibrary.ru/yfqfkt

14. Титов Е.А., Соседова Л.М., Новиков М.А. Альтерация ткани головного мозга белых крыс, индуцированная воздействием нанокомпозита серебра, инкапсулированного на полимерной матрице. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2015; 59(4): 41–4. https://elibrary.ru/vxpoin

15. Коржевский Д.Э. Краткое изложение основ гистологической техники для врачей и лаборантов-гистологов. СПб.: Кроф; 2005. https://elibrary.ru/rwxfhf

16. Полозюк О.Н., Ушакова Т.М. Гематология: учебное пособие. Персиановский; 2019.

17. Дурнев А.Д., Жанатаев А.К., Анисина Е.А., Сиднева Е.С., Никитина В.А., Оганесянц Л.А. и др. Методические рекомендации. Применение метода щелочного гель-электрофореза изолированных клеток для оценки генотоксических свойств природных и синтетических соединений. М.; 2006. https://elibrary.ru/sevvqt

18. Медведева С.А., Александрова Г.П., Грищенко Л.А., Тюкавкина Н.А., Четверикова Т.Д., Красникова И.М. и др. Средство, обладающее противоанемической и иммуномодуляторной активностью. Патент РФ № 2208440 C2; 2003.

19. Николаев А.А., Белопасов В.В. Ферроптоз в патогенезе опухолей головного мозга. Клиническая практика. 2022; 13(4): 68–73. https://doi.org/10.17816/clinpract114787 https://elibrary.ru/qqxmsp

20. Александрова Г.П., Красникова И.М., Грищенко Л.А., Медведева С.А., Четверикова Т.Д. Синтез и антианемическая активность наноразмерного биокомпозита ферроарабиногалактана. Химия растительного сырья. 2010; (3): 37–42. https://elibrary.ru/mxsevl

21. Doak S.H., Dusinska M. NanoGenotoxicology: present and the future. Mutagenesis. 2017; 32(1): 1–4. https://doi.org/10.1093/mutage/gew066

22. Тютрина В.А., Соседова Л.М., Новиков М.А. Анализ генотоксичности нанокомпозита железа арабиногалактана методом ДНК-комет. Гигиена и санитария. 2024; 103(10): 1251–6. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2024-103-10-1251-1256 https://elibrary.ru/ngqwic