Исследование цитотоксичности экстракта торфяного дыма на культуре клеток 3T3-SV40

Введение. В последние десятилетия природные пожары происходят чаще и с большей интенсивностью, однако механизмы цитотоксического действия дыма на клеточном уровне изучены недостаточно. Определение цитотоксичности экстракта торфяного дыма (ЭТД) на фибробластах служит адекватной моделью для изучения острых и хронических эффектов его воздействия.

Материалы и методы. Оценка цитотоксичности торфяного дыма проведена в серии экспериментов in vitro с использованием ЭТД в восьми разведениях (содержание компонентов дыма 12,5; 25; 37,5; 50; 62,5; 75; 87,5 и 100%) на эмбриональных мышиных фибробластах 3T3-SV40. Цитотоксическое действие оценивали после 24-часовой инкубации по концентрации лактатдегидрогеназы (ЛДГ) в культуральной среде и с помощью метилтетразолиевого теста (МТТ), представлена морфологическая оценка клеток.

Результаты. Установлено, что ЭТД приводит в первую очередь к снижению метаболической активности фибробластов, о чём свидетельствует более низкая средняя ингибирующая концентрация (IC50) (53,6%), рассчитанная по МТТ-тесту. При оценке цитотоксического эффекта ЭТД в ЛДГ-тесте наблюдалось резкое снижение жизнеспособности клеток при концентрации более 62,5%, величина IC50 в данном тесте составила 57,7%. Воздействие ЭТД в концентрациях 37,5% и более приводит к морфологическим изменениям: нарушается целостность монослоя, появляются фибробласты с признаками дистрофии, зернистостью цитоплазмы, а также отдельные фра гментированные фибробласты, определяются зоны деструкции и лизиса клеток.

Ограничения исследования. Исследование ограничено изучением цитотоксичности ЭТД на культуре клеток 3T3-SV40 с помощью морфологической оценки, МТТ-теста и определения концентрации ЛДГ.

Заключение. Дана оценка воздействия торфяного дыма на фибробласты in vitro, что позволило установить первичную токсикологическую характеристику ЭТД.

Соблюдение этических стандартов. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБНУ ВСИМЭИ (протокол № 7 от 15.12.2023 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:
Абрамова В.А. – концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, статистическая обработка, написание текста, редактирование;
Вокина В.А. – концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, статистическая обработка, написание текста;
Соседова Л.М. – концепция и дизайн исследования, редактирование.
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: 20.07.2025 / Поступила после доработки: 03.10.2025 / Принята к печати: 15.10.2025 / Опубликована: 19.12.2025

1. Martin W.K., Schladweiler M.C., Oshiro W., Smoot J., Fisher A., Williams W., et al. Wildfire-related smoke inhalation worsens cardiovascular risk in sleep disrupted rats. Front. Environ. Health. 2023; (2): 1166918. https://doi.org/10.3389/fenvh.2023.1166918

2. David P., Dunsford D., Lu J., Moochhala S. Animal models of smoke inhalation induced injuries. Front. Biosci. (Landmark Ed). 2009; 14(12): 4618–30. https://doi.org/10.2741/3554

3. Migliaccio C.T., Mauderly J.L. Biomass smoke exposures: toxicology and animal study design. Inhal. Toxicol. 2010; 22(2): 104–7. https://doi.org/10.3109/08958370903008870

4. Krewski D., Acosta D. Jr., Andersen M., Anderson H., Bailar J.C. 3rd, Boekelheide K., et al. Toxicity testing in the 21st century: a vision and a strategy. J. Toxicol. Environ. Health B Crit. Rev. 2010; 13(2–4): 51–138. https://doi.org/10.1080/10937404.2010.483176

5. Ashrin A., Anna E., Peyret E., Barbier G., Floreani M., Pointart C., et al. Evaluation of the toxicity of combustion smokes at the air-liquid interface: a comparison between two lung cell models and two exposure methods. Arch. Toxicol. 2025; 99(4): 1471–84. https://doi.org/10.1007/s00204-025-03964-x

6. Ihantola T., Di Bucchianico S., Happo M., Ihalainen M., Uski O., Bauer S., et al. Influence of wood species on toxicity of log-wood stove combustion aerosols: a parallel animal and air-liquid interface cell exposure study on spruce and pine smoke. Part Fibre Toxicol. 2020; 17(1): 27. https://doi.org/10.1186/s12989-020-00355-1

7. Marchetti S., Bengalli R., Floris P., Colombo A., Mantecca P. Combustion-derived particles from biomass sources differently promote epithelial-to-mesenchymal transition on A549 cells. Arch. Toxicol. 2021; 95(4): 1379–90. https://doi.org/10.1007/s00204-021-02983-8

8. La Rocca G., Anzalone R., Magno F., Farina F., Cappello F., Zummo G. Cigarette smoke exposure inhibits extracellular MMP-2 (gelatinase A) activity in human lung fibroblasts. Respir. Res. 2007; 8(1): 23. https://doi.org/10.1186/1465-9921-8-23

9. Wong L.S., Green H.M., Feugate J.E., Yadav M., Nothnagel E.A., Martins-Green M. Effects of «second-hand» smoke on structure and function of fibroblasts, cells that are critical for tissue repair and remodeling. BMC Cell Biol. 2004; 5(1): 13. https://doi.org/10.1186/1471-2121-5-13

10. Вокина В.А., Андреева Е.С., Новиков М.А., Соседова Л.М. Устройство для моделирования интоксикации у мелких лабораторных животных продуктами горения биомассы. Патент РФ № 213283; 2022. https://elibrary.ru/rvksgf

11. Лемешевская Е.П., Куренкова Г.В., Жукова Е.В. Профессиональный риск здоровью работников промышленных предприятий. Иркутск; 2016. https://elibrary.ru/ikagty

12. Kunitomo M., Yamaguchi Y., Kagota S., Yoshikawa N., Nakamura K., Shinozuka K. Biochemical evidence of atherosclerosis progression mediated by increased oxidative stress in apolipoprotein E-deficient spontaneously hyperlipidemic mice exposed to chronic cigarette smoke. J. Pharmacol. Sci. 2009; 110(3): 354–61. https://doi.org/10.1254/jphs.09100fp

13. Yamaguchi Y., Nasu F., Harada A., Kunitomo M. Oxidants in the gas phase of cigarette smoke pass through the lung alveolar wall and raise systemic oxidative stress. J. Pharmacol. Sci. 2007; 103(3): 275–82. https://doi.org/10.1254/jphs.fp0061055

14. Asano H., Horinouchi T., Mai Y., Sawada O., Fujii S., Nishiya T., et al. Nicotine- and tar-free cigarette smoke induces cell damage through reactive oxygen species newly generated by PKC-dependent activation of NADPH oxidase. J. Pharmacol. Sci. 2012; 118(2): 275–87. https://doi.org/10.1254/jphs.11166fp

15. Mai Y., Higashi T., Terada K., Hatate C., Nepal P., Horiguchi M., et al. Nicotine- and tar-free cigarette smoke extract induces cell injury via intracellular Ca2+-dependent subtype-specific protein kinase C activation. J. Pharmacol. Sci. 2012; 120(4): 310–4. https://doi.org/10.1254/jphs.12219sc

16. Corsini E., Budello S., Marabini L., Galbiati V., Piazzalunga A., Barbieri P., et al. Comparison of wood smoke PM2.5 obtained from the combustion of FIR and beech pellets on inflammation and DNA damage in A549 and THP-1 human cell lines. Arch. Toxicol. 2013; 87(12): 2187–99. https://doi.org/10.1007/s00204-013-1071-z

17. Hansson A., Rankin G., Uski O., Friberg M., Pourazar J., Lindgren R., et al. Reduced bronchoalveolar macrophage phagocytosis and cytotoxic effects after controlled short-term exposure to wood smoke in healthy humans. Part Fibre Toxicol. 2023; 20(1): 30. https://doi.org/10.1186/s12989-023-00541-x

18. Bølling A.K., Totlandsdal A.I., Sallsten G., Braun A., Westerholm R., Bergvall C., et al. Wood smoke particles from different combustion phases induce similar pro-inflammatory effects in a co-culture of monocyte and pneumocyte cell lines. Part Fibre Toxicol. 2012; 9(1): 45. https://doi.org/10.1186/1743-8977-9-45

19. Kasurinen S., Jalava P.I., Happo M.S., Sippula O., Uski O., Koponen H., et al. Particulate emissions from the combustion of birch, beech, and spruce logs cause different cytotoxic responses in A549 cells. Environ. Toxicol. 2017; 32(5): 1487–99. https://doi.org/10.1002/tox.22369

20. Lee T.S., Liu Y.J., Tang G.J., Yien H.W., Wu Y.L., Kou Y.R. Wood smoke extract promotes both apoptosis and proliferation in rat alveolar epithelial type II cells: the role of oxidative stress and heme oxygenase-1. Crit. Care Med. 2008; 36(9): 2597–606. https://doi.org/10.1097/CCM.0b013e318184979c

21. Krimmer D., Ichimaru Y., Burgess J., Black J., Oliver B. Exposure to biomass smoke extract enhances fibronectin release from fibroblasts. PLoS One. 2013; 8(12): e83938. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0083938