transmedТрансляционная медицинаTranslational Medicine2311-44952410-5155Almazov National Medical Research Centre, Saint Petersburg, Russia10.18705/2311-4495-2016-3-4-72-81transmed-210Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL STUDIESЦЕНТРАЛЬНАЯ ГЕМОДИНАМИКА И ОРГАННАЯ МИКРОЦИРКУЛЯЦИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ОРГАНАХ У КРЫС ПРИ ОДНОКРАТНОМ ВНУТРИВЕННОМ ВВЕДЕНИИ МАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦCENTRAL HEMODYNAMICS AND ORGAN MICROCIRCULATION IN VARIOUS ORGANS OF RATS AT SINGLE INTRAVENOUS MAGNETIC NANOPARTICLES INJECTIONТороповаЯна ГеннадьевнаToropovaYa. G.yana.toropova@mail.ruПечниковаНадежда АлександровнаPechnikovaN. A.noemail@neicon.ruКоролевДмитрий ВладимировичKorolevD. V.noemail@neicon.ruГареевКамиль ГазинуровичGareevK. G.noemail@neicon.ruЗелинскаяИрина АлександровнаZelinskayaI. A.noemail@neicon.ruМинасянСаркис МинасовичMinasyanS. M.noemail@neicon.ruСеверо-Западный Федеральный медицинский исследовательский центр им. В. А. АлмазоваРоссияFederal Almazov North-West Medical Research CentreRussian FederationСеверо-Западный Федеральный медицинский исследовательский центр им. В. А. Алмазова; Санкт-Петербургская государственная химикофармацевтическая академияРоссияFederal Almazov North-West Medical Research Centre; Saint Petersburg State Chemical-Pharmaceutical AcademyRussian FederationСеверо-Западный Федеральный медицинский исследовательский центр им. В. А. Алмазова; Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. ПавловаРоссияFederal Almazov North-West Medical Research Centre; Pavlov First Saint Petersburg State Medical UniversityRussian FederationСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University “LETI”Russian FederationСеверо-Западный Федеральный медицинский исследовательский центр им. В. А. Алмазова; Санкт-Петербургский Государственный УниверситетРоссияFederal Almazov North-West Medical Research Centre; Saint Petersburg UniversityRussian Federation201623122016347281Copyright © Торопова Я.Г., Печникова Н.А., Королев Д.В., Гареев К.Г., Зелинская И.А., Минасян С.М., 20162016Торопова Я.Г., Печникова Н.А., Королев Д.В., Гареев К.Г., Зелинская И.А., Минасян С.М.Toropova Y.G., Pechnikova N.A., Korolev D.V., Gareev K.G., Zelinskaya I.A., Minasyan S.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://transmed.almazovcentre.ru/jour/article/view/210

Цель исследования. Магнитные нанокомпозиты на основе оксида железа, полученные различными способами, были исследованы на предмет их влияния на центральную гемодинамику и органную микроциркуляцию крыс в условиях отсутствия и наличия внешнего магнитного поля. Материалы и методы. Эксперименты проводили на наркотизированных крысах стока Wistar в условиях ИВЛ. Последовательно проводили катетеризацию общей сонной артерии и бедренной вены. Для доступа к внутренним органам производили торакотомию и лапаротомию. Регистрацию параметров микроциркуляции в сердце, печени, селезенке и почках осуществляли с помощью поверхностного датчика лазерного допплеровского флоуметра. Исследуемые агенты вводились в бедренную вену в течение 10 минут с одновременным мониторингом ЧСС (частота сердечных сокращений), САД (среднее артериальное давление) и ЛДФ - грамм. В случае введения МНЧ под управлением внешнего магнитного поля воздействие магнитом осуществляли в области сердца на этапе введения МНЧ и в течение 10 минут после его прекращения. По окончании введения исследуемых агентов производили регистрацию вышеуказанных параметров в течение часа с интервалом в 10 минут. В условиях отсутствия внешнего магнитного поля на фоне введения наночастиц магнетита нарушений органной микроциркуляции и центральной гемодинамики не наблюдалось. При введении магнитных наночастиц с оболочкой из диоксида кремния наблюдались незначительные проходящие изменения микроциркуляции. Результаты. При введении всех видов МНЧ под воздействием внешнего магнитного поля значимых изменений параметров гемодинамики и микроциркуляции не наблюдалось. Введение наночастиц магнетита с оболочкой из диоксида кремния вызвало незначительное кратковременное снижение микроциркуляции в миокарде. Выводы. Магнитные наночастицы не влияют на параметры системной гемодинамики и органной микроциркуляции вне зависимости от способа синтеза и наличия внешнего магнитного поля. Полученные результаты косвенно свидетельствуют о биосовместимости исследованных видов магнитных наночастиц.

Objective. Magnetic nanoparticles (MNPs) based on iron oxide obtained by different methods were tested for their effect on central hemodynamics and organ microcirculation of rats in the absence and presence of an external magnetic field. Design and methods. The experiments were performed on anesthetized Wistar rats under mechanical ventilation flow. Catheterization of common carotid artery and of femoral vein was performed consistently. Thoracotomy and laparotomy were provided to access the internal organs. Registration of organ microcirculatory parameters (heart, liver, spleen and kidney) was performed using a surface probe laser Doppler flowmeter (LDF). Specimens were administered into the femoral vein of rats for 10 minutes while monitoring the heart rate, mean arterial pressure, and patterns of LDF. In case of MNPs’ administration with external magnetic field the impact of magnet was performed in the heart area in MNPs’ administration stage and within 10 minutes after its termination. At the end of administration of the specimens parameters mentioned above had been registered for one hour at an interval of 10 minutes. Organ microcirculation’s and central hemodynamics’ disorders were not observed in the absence of an external magnetic field on the background of magnetite nanoparticles administration. Minor temporary changes of microcirculation were observed when introducing the magnetic nanoparticles with a silica shell. Results. Significant changes in hemodynamics’ and microcirculation’s parameters were not observed when introducing all types of MNPs in the presence of an external magnetic field. Administration of magnetite nanoparticles coated with silica causes minor transient decrease of microcirculation in the myocardium. Conclusion. Magnetic nanoparticles don’t affect the parameters of systemic hemodynamics and organ microcirculation regardless of the method of synthesis and the presence of an external magnetic field. The results indirectly indicate biocompatibility of the investigated types of magnetic nanoparticles.

магнитные наночастицыорганная микроциркуляциягемодинамикаmagnetic nanoparticlesorgan microcirculationhemodynamicsReferencesVeiseh O, Gunn J.W, Zhang M. Design and fabrication of magnetic nanoparticles for targeted drug delivery and imaging. Adv Drug Deliv Rev. 2010; 62(3): 284-304Veiseh O, Gunn J.W, Zhang M. Design and fabrication of magnetic nanoparticles for targeted drug delivery and imaging. Adv Drug Deliv Rev. 2010; 62(3): 284-304Brinker C.J, Scherer W.G. Sol-Gel Science, The physics and Chemistry of Sol-Gel processing. San Diego: Academic Press, INC., 1990. p. 908.Brinker C.J, Scherer W.G. Sol-Gel Science, The physics and Chemistry of Sol-Gel processing. San Diego: Academic Press, INC., 1990. p. 908.Kharitonskii P.V, et al. Microstructure and Magnetic State of Fe3O4-SiO2 Colloidal Particles. J. Magn. 2015; 20(3):1-8.Kharitonskii P.V, et al. Microstructure and Magnetic State of Fe3O4-SiO2 Colloidal Particles. J. Magn. 2015; 20(3):1-8.Gareev K.G, et al. Study of colloidal particles Fe О -SiO2 synthesized by two different techniques. J. Phys. ConfSer. 2015; 643 (1): P.012088.Gareev K.G, et al. Study of colloidal particles Fe О -SiO2 synthesized by two different techniques. J. Phys. ConfSer. 2015; 643 (1): P.012088.Bogachev Y.V, Chernenco J.S, Gareev K.G, et al. The Study of Aggregation Processes in Colloidal Solutions of Magnetite-Silica Nanoparticles by NMR Relaxometry, AFM, and UV-Vis-Spectroscopy. Appl. Magn. Reson. 2014; 45(4): 329-337.Bogachev Y.V, Chernenco J.S, Gareev K.G, et al. The Study of Aggregation Processes in Colloidal Solutions of Magnetite-Silica Nanoparticles by NMR Relaxometry, AFM, and UV-Vis-Spectroscopy. Appl. Magn. Reson. 2014; 45(4): 329-337.Flores G.A, Liu J. In-vitro blockage of a simulated vascular system using magnetorheological fluids as a cancer therapy. European Cells and Materials. 2002; 3 (2): 9-11.Flores G.A, Liu J. In-vitro blockage of a simulated vascular system using magnetorheological fluids as a cancer therapy. European Cells and Materials. 2002; 3 (2): 9-11.Hallmark B, et al. Observation and modelling of capillary flow occlusion resulting from the capture of superparamagnetic nanoparticles in a magnetic field. Chem. Eng. Sci. 2008; 63 (15): 3960-3965.Hallmark B, et al. Observation and modelling of capillary flow occlusion resulting from the capture of superparamagnetic nanoparticles in a magnetic field. Chem. Eng. Sci. 2008; 63 (15): 3960-3965.Lübbe A.S, et al. Physiological aspects in magnetic drug-targeting. J. Magn. Magn. Mater. 1999; 194(1): 149155.Lübbe A.S, et al. Physiological aspects in magnetic drug-targeting. J. Magn. Magn. Mater. 1999; 194(1): 149155.Nemmar A, Hoylaerts M.F, Hoet P.H, Dinsdale D, Smith T, Xu H, Vermylen J, Nemery B. Ultrafine particles affect experimental thrombosis in an in vivo hamster model. Am J Respir Crit Care Med. 2002;166(7):998-1004.Nemmar A, Hoylaerts M.F, Hoet P.H, Dinsdale D, Smith T, Xu H, Vermylen J, Nemery B. Ultrafine particles affect experimental thrombosis in an in vivo hamster model. Am J Respir Crit Care Med. 2002;166(7):998-1004.Дзюман А.Н., Мильто И.В. Структура печени, легкого и почек крыс при внутривенном введении магнитолипосом. Морфология. 2009; 3: 6366Дзюман А.Н., Мильто И.В. Структура печени, легкого и почек крыс при внутривенном введении магнитолипосом. Морфология. 2009; 3: 6366Korolev D.V, Galagudza M.M, Afonin M.V. Reason for the use of magnetic nanoparticles for targeted drug delivery in the ischemic skeletal muscle. Biotechnosphere. 2012; 1(19): 2-6.Korolev D.V, Galagudza M.M, Afonin M.V. Reason for the use of magnetic nanoparticles for targeted drug delivery in the ischemic skeletal muscle. Biotechnosphere. 2012; 1(19): 2-6.Миронов А. Н. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных препаратов. Часть первая. Москва: Гриф и К, 2012. с. 944Миронов А. Н. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных препаратов. Часть первая. Москва: Гриф и К, 2012. с. 944Waynforth H.B, Flecknell P.A. Experimental and surgical technique in the rat. San Diego, CA: Academic Press, INC., 1992. p. 400.Waynforth H.B, Flecknell P.A. Experimental and surgical technique in the rat. San Diego, CA: Academic Press, INC., 1992. p. 400.Sharp P, Villano J.S. The Laboratoty Rat. 2nd ed. CRC Press, 2013. p. 399.Sharp P, Villano J.S. The Laboratoty Rat. 2nd ed. CRC Press, 2013. p. 399.

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