Экспериментальная оценка гонадотоксичности нанокомпозита гадолиния

Введение. Одно из перспективных направлений нанотоксикологии – изучение воздействия на живой организм наночастиц гадолиния. В этих исследованиях применяют высокомолекулярные соединения, например, арабиногалактан лиственницы сибирской, стабилизирующий наночастицы.

Материалы и методы. В эксперименте было проведено подострое (в течение 10 дней) внутрижелудочное воздействие на беспородных половозрелых белых крыс-самцов (n = 96) нанокомпозитом гадолиния, инкапсулированным в природную полимерную матрицу арабиногалактана, в дозах 500 мкг/кг массы тела и 5000 мкг/кг массы тела. Исследование выполняли в два этапа – сразу после окончания затравки (ранний период) и через шесть месяцев после окончания экспонирования (отдалённый период). Для установления гонадотоксичности выполняли гистологический анализ тканей сперматогонного эпителия, морфометрическое определение генерального показателя функциональной активности семенников – индекса сперматогенеза.

Результаты. Нанокомпозит гадолиния в дозах 500 и 5000 мкг/кг м. т. оказывал гонадотоксическое действие на репродуктивную систему крыс-самцов, выраженное в деструкции герминативного эпителия семенных канальцев с нарушением нормального процесса сперматогенеза. При этом в отдалённом периоде показатели к норме не возвращались. Экспериментально установлено, что наночастицы гадолиния способны проникать через гематотестикулярный барьер, накапливаясь в тканях семенников.

Ограничения исследования. Количество животных и набор методик были достаточными для изучения воздействия на структурно-функциональное состояние ткани семенников наночастиц гадолиния, инкапсулированного в полисахарид арабиногалактан.

Заключение. При подостром воздействии наночастиц гадолиния, инкапсулированных в матрицу арабиногалактана, установлено их гонадотоксическое действие на мужскую репродуктивную систему, выражающееся в структурно-функциональных изменениях ткани семенников.

Соблюдение этических стандартов. Работа выполнена в соответствии с протоколом экспериментальных исследований, принципами, изложенными в Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях ETS № 123, ГОСТ 33215–2014 «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила оборудования помещений и организации процедур», Recommendations for euthanasia of experimental animals: Part 1, Part 2. На проведение исследований получено разрешение Локального этического комитета (протокол № 8 от 15.12.2023 г.).

Участие авторов:
Новиков М.А. – концепция и дизайн исследования, обработка данных, редактирование, написание текста;
Титов Е.А. – концепция и дизайн исследования, редактирование;
Панкова А.А. – сбор материала и обработка данных;
Лисецкая Л.Г. – обработка данных;
Соседова Л.М. – концепция и дизайн исследования, редактирование, написание текста.
Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех её частей.

Благодарности. Коллектив авторов благодарит зав. лаб. функциональных наноматериалов ФИЦ ИрИХ СО РАН доктора хим. наук Титову Ю.Ю. за помощь в определении размерных характеристик наночастиц гадолиния.

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

Финансирование. Исследование выполнено в рамках государственного задания ФГБНУ ВСИМЭИ.

Поступила: 12.09.2025 / Принята к печати: 03.11.2025 / Опубликована: 19.12.2025

1. Bendszus M., Laghi A., Munuera J., Tanenbaum L.N., Taouli B., Thoeny H.C. MRI gadolinium-based contrast media: meeting radiological, clinical, and environmental needs. J. Magn. Reson. Imaging. 2024; 60(5): 1774–85. https://doi.org/10.1002/jmri.29181

2. Goullé J.P., Cattanéo A., Saussereau E., Mahieu L., Guerbet M., Lacroix C. MRI gadolinium-based contrast agents. Radiologists beware! Ann. Pharm. Fr. 2009; 67(5): 335–9. https://doi.org/10.1016/j.pharma.2009.06.002

3. Starekova J., Pirasteh A., Reeder S.B. Update on gadolinium-based contrast agent safety, from the AJR special series on contrast media. AJR Am. J. Roentgenol. 2024; 223(3): e2330036. https://doi.org/10.2214/AJR.23.30036

4. Le Fur M., Caravan P. The biological fate of gadolinium-based MRI contrast agents: a call to action for bioinorganic chemists. Metallomics. 2019; 11(2): 240–54. https://doi.org/10.1039/c8mt00302e

5. Akgun H., Gonlusen G., Cartwright J. Jr., Suki W.N., Truong L.D. Are gadolinium-based contrast media nephrotoxic? A renal biopsy study. Arch. Pathol. Lab. Med. 2006; 130(9): 1354–7. https://doi.org/10.5858/2006-130-1354-agcmna

6. Hui F.K., Mullins M. Persistence of gadolinium contrast enhancement inCSF: a possible harbinger of gadolinium neurotoxicity? Am. J. Neuroradiol. 2009; 30(1): E1. https://doi.org/10.3174/ajnr.A1205.

7. Liu S., Jiang Y., Liu P., Yi Y., Hou D., Li Y., et al. Single-atom gadolinium nano-contrast agents with high stability for tumor T1 magnetic resonance imaging. ACS Nano. 2023; 17(9): 8053–63. https://doi.org/10.1021/acsnano.2c09664

8. Babič A., Vorobiev V., Trefalt G., Crowe LA., Helm L., Vallée J.P., et al. MRI micelles self-assembled from synthetic gadolinium-based nano building blocks. Chem. Commun. (Camb). 2019; 55(7): 945–8. https://doi.org/10.1039/c8cc08875f

9. Chargari C., Maury P., Texier M., Genestie C., Morice P., Bockel S., et al. Theragnostic gadolinium-based nanoparticles safely augment x-ray radiation effects in patients with cervical cancer. ACS Nano. 2024; 18(26): 16516–29. https://doi.org/10.1021/acsnano.3c12537

10. Kelly G.S. Larch arabinogalactan: clinical relevance of a novel immune-enhancing polysaccharide. Altern. Med. Rev. 1999; 4(2): 96–103.

11. Novikov M.A., Titov E.A., Sosedova L.M., Rukavishnikov V.S., Vokina V.A., Lakhman O.L. Comparative assessment of silver nanocomposites’ biological effects on the natural and synthetic matrix. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22(24): 13257. https://doi.org/10.3390/ijms222413257

12. Zhang C., Shi C., Chang P., Bian S., Li B., Li J., et al. MRI directed Magnevist effective to study toxicity of Gd-Doped mesoporous carbon nanoparticles in mice model. Int. J. Nanomedicine. 2023; 18: 6119–36. https://doi.org/10.2147/ijn.s433213

13. Korolenko T.A., Dergunova M.A., Alekseenko T.V., Zhanaeva S.Y., Filyushina E.E., Filatova T.G. Intralysosomal accumulation of gadolinium and lysosomal damage during selective depression of liver macrophages in vivo. Bull. Exp. Biol. Med. 2006; 142(4): 391–4. https://doi.org/10.1007/s10517-006-0373-z

14. Новиков М.А., Титов Е.А., Якимова Н.Л., Вокина В.А., Панкова А.А., Скрынник А.С. и др. Оценка нейротоксичности нанокомпозита гадолиния. Гигиена и санитария. 2024; 103(11): 1423–8. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2024-103-11-1423-1428 https://elibrary.ru/ozbxtk

15. Сухов Б.Г., Конькова Т.В., Титова Ю.Ю., Иванов А.В. Нанокомпозиты на основе гадолинийсодержащих соединений для диагностики, терапии и тераностики онкологических заболеваний головного мозга и способы их получения. Патент РФ № 2778928; 2022.

16. Rukavishnikov V.S., Novikov M.A., Titov E.A., Sosedova L.M., Yakimova N.L. Estimation of toxic properties of nanocomposites containing nanoparticles of bismuth, gadolinium, and silver. Тrace Elem. Electroly. 2018; 35: 203–6. https://doi.org/10.5414/TEX0155408

17. Методы экспериментального исследования по установлению порогов действия промышленных ядов на генеративную функцию с целью гигиенического нормирования. Методические рекомендации. М.: Наука; 1978.