ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ КОРРЕКЦИЯ НАРУШЕНИЙ ПОВЕДЕНЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ХРОМОВОЙ ИНТОКСИКАЦИИ СТРОМАЛЬНЫМИ КЛЕТКАМИ ТРУПНОГО КОСТНОГО МОЗГА

Тюренкова Л.В.¹, Оразбаева К.Б.¹, Гебель В.В.¹, Булыгина Д.А.², Асанов К.А.²

¹Врач-интерн, ²Студент факультета общая медицина, четвёртый курс. Западно-Казахстанский государственный медицинский университет им.М.Оспанова

Работа выполнена в рамках НИР №гр. 0113 РК 00986

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ КОРРЕКЦИЯ НАРУШЕНИЙ ПОВЕДЕНЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ХРОМОВОЙ ИНТОКСИКАЦИИ СТРОМАЛЬНЫМИ КЛЕТКАМИ ТРУПНОГО КОСТНОГО МОЗГА

Аннотация

Целью проведенного исследования явилась оценка возможностей применения стромальных клеток трупного костного мозга для коррекции нарушений поведения, вызванных хронической хромовой интоксикацией. Показано, что применение клеточной терапии способствует улучшению показателей двигательной активности и ориентировочно-исследовательского поведения. Полученные результаты позволяют предположить о возможности клинического применения клеток трупного костного мозга для коррекции нарушений поведения при хронической химической интоксикации различной природы.

Ключевые слова: хромовая интоксикация, клетки костного мозга, поведенческие реакции.

Tyurenkova L.V.¹, Orazbayeva K.B.¹, Gebel V.V.¹,  Bulygina D.A.², Asanov K.A.²

¹Intern, ²Student of the faculty of General Medicine, the fourth course. M.Ospanov West Kazakhstan State Medical University

CORRECTION OF EXPERIMENTAL BEHAVIORAL RESPONSES IN CHRONIC CHROME INTOXICATION BY STROMAL CELLS OF CADAVERIC BONE MARROW

Abstract

The  aim of the study is to evaluate the possibilities of application of stromal cells cadaveric bone marrow for the correction of behavioral disorders caused by chronic chrome intoxication. It is shown that the use of cell therapy helps to improve indicators of  physical activity and orienting-exploratory behavior. These results let us suggest the possibility of clinical use of cadaveric  bone marrow cells for  correction of behavioral disorders in chronic chemical poisoning of different nature.

Keywords: chrome intoxication, bone marrow cells, behavioral reactions.

Хром и его соединения оказывают выраженное токсическое, аллергизирующее и мутагенное действие. Поэтому профессиональный контакт (даже с малыми дозами) с соединениями хрома может привести к развитию хронической хромовой интоксикации (ХХИ).

Как известно, ведущими клиническими проявлениями ХХИ являются:  легочная форма (преимущественное поражение органов дыхания), желудочная форма (преимущественное поражение пищеварительной системы) и кожная форма (хромовый дерматит) [1].

Однако следует отметить, что изменения со стороны центральной нервной системы  (ЦНС) так же относятся к числу постоянных проявлений ХХИ. В разное время было установлено, что при энцефалографии лиц, страдающих ХХИ, выявляются признаки неустойчивости биоэлектрической активности в виде спонтанной смены «форм активности», указывающих на дисфункцию подкорково-стволовых неспецифических структур [2]. При этом, психофизиологические исследования выявили развитие нарушений со стороны кратковременной памяти и внимания [3]. Кроме того, следует отметить, что эксперименты по «навигационному научению» в водном лабиринте Мориса показали наличие нейротоксического действия хрома, проявляющееся в ухудшении долговременной и пространственной памяти крыс [4].

Указанные нарушения в деятельности ЦНС требуют проведения соответствующей корригирующей терапии. Среди достаточно эффективных современных методов терапии нарушений со стороны различных органов и систем, наиболее перспективным считается применение клеточных продуктов [5]. В настоящее время известно большое количество источников получения клеток применяемых в целях регенеративной медицины. В частности в качестве источников получения клеточного материала достаточно широко используются: фетальная ткань, клетки костного мозга, экстракты клеток из жировой ткани, амниотической жидкости и т.д. Клеточные продукты применяются сегодня для коррекции нарушений  функции различных органов и систем. Так, для лечения таких тяжёлых заболеваний человека как, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, травм спинного мозга, врожденных пороков сердца,  сердечной недостаточности, инфаркта миокарда, тяжёлых форм сахарного диабета,  половых расстройств  у женщин и мужчин, миастении Дюшена и  д.р., стали использовать аутогенные, аллогенные и ксеногенные фетальные и неонатальные клетки тех же органов, обладающие высокой биорегуляторной активностью. Наиболее используемыми, для  указанных целей, клеточными продуктами в настоящее время являются аллогенные клетки – 62% и аутогенные клетки – 38%, из них на долю стволовых клеток взрослого организма приходится 61%,  стволовых клеток  пуповинной крови – 27%, эмбриональных стволовых клеток – 12%.  Основные клинические исследования, в настоящее время, приходятся на следующие группы заболеваний: болезни сердца – 20%, болезни эндокринной системы – 15%,  заболевания нервной системы – 14%,  болезни крови – 10%,  онкология – 7%,  ревматология – 7%,  дерматология – 7%, ортопедия – 5%, печень – 4%,  глаза – 3%,  инфекции – 1%,  почки – 1%,  желудок – 1%,  токсикология – 1%, прочие – 4%. Проведенные в последнее десятилетие  исследования по изучению эффективности применения мезенхимальных стромальных клеток костного мозга  при поражении мочеполовой системы, обусловленных острой хромовой интоксикацией [6] и ХХИ [7], показали положительную динамику при их применении.

В связи с вышеизложенным представляется актуальной попытка оценки эффективности применения методов регенеративной медицины, для коррекции неврологических изменений, обусловленных ХХИ.

Данное обстоятельство и послужило  основанием для проведения нашей работы.

Цель исследования: оценить возможность применения аллогенных мультипотнетных стромальных клеток трупного костного мозга для коррекции нарушений ЦНС при  хронической хромовой интоксикации.

Материалы и методы. Эксперимент проведен на 60 крысах линии Август обоего пола, массой 200 – 250 г. Животные содержались в условиях вивария, на стандартных кормах. Модель ХХИ воспроизводили путём перорального (с питьевой водой) введения  раствора бихромата калия из расчёта 1 мг на килограмм массы в пересчёте на молекулу хрома. Длительность затравки – 6 месяцев. После чего, животные были разделены на 2 группы: 1-я – опыт (40 шт); 2-я – контроль (20 шт). Животным опытной группы, внутрибрюшинно по 1,0 мл  мультипотентных мезинхимальных стромальных клеток костного мозга (ММСК) в концентрации 20х10⁶ мл. Клетки выделялись из бедренных костей 10 крыс в возрасте 6 месяцев, забитых декапитацией под эфирным наркозом и хранившихся при t 4ºС на протяжении 7 дней. Забор костного мозга и выделение ММСК осуществлялся согласно стандартным операционным процедурам, разработанным ранее [8]. Выделенные клетки культивировали in vitro до 8-го пассажа, иммунофенотипировали и использовали в эксперименте.

Результаты эксперимента оценивали по изменению характеристик поведения животных, сразу после окончания затравки (исходные данные) и через 1, 2, 3, 4 месяца после введения клеток. Проводили регистрацию двигательной активности  (количество пересечений периферических секторов) (ДА) и ориентировочно-исследовательское поведение (вставание на задние лапки) (ОИП) по стандартной методике [9]. Оценку влияния трансплантации ММСК на изученные характеристики поведения животного проводили путём сопоставления величин выраженных в процентах, как внутри каждой группы в динамике, так и между опытной и контрольной группой.

Анализ полученных результатов изучения ДА (рисунок 1) показал, что через месяц после введения ММСК ДА животных опытной группы увеличилась в 2 раза по сравнению с исходными данными. Через 2 месяца ДА повысилась в 3 раза и сохранялась на данном уровне до конца эксперимента.

Рис. 1 – Оценка двигательной активности экспериментальных животных

Рис. 2 -  Ориентировочно-исследовательское поведение экспериментальных животных

В контрольной группе улучшение ДА, за весь период наблюдения, отмечалось незначительно (в 1,5 раза по сравнению с исходными данными, через 4 месяца). В целом ДА животных опытной группы превышала аналогичную в контроле в 2 – 2,5 раза.

Следующим изученным параметром было ОИП (рисунок 2).

Анализ полученных данных показал достоверный рост значений ОИП в опытной группе.

В частности со второго месяца после введения клеток активация ОИП повысилась в 1,5 раза, через три месяца был достигнут максимум (74,4% по сравнению с исходными данными), сохранившийся до конца эксперимента. В контрольной группе, достоверных изменений в динамике ОИП не выявлено.

Следует отметить, что ОИП опытной группы в 2 раза превышало показатели контроля.

Таким образом, в результате проведенных экспериментальных исследований, установлено, что применение ММСК у животных с ХХИ способствует улучшению двигательной активности и ориентировочно-исследовательского поведения.

В целом, полученные нами результаты, соответствуют литературным данным применения трупных ММСК опубликованным в последние 5 – 7 лет. Сегодня достаточно успешно выделяют способные к пролиферации стволовые клетки скелетной мускулатуры, клетки сердечной мышцы, костного мозга и т. д., в сроки от 14 до 21 суток после смерти [10, 11, 12]. Это открывает большие перспективы, как в вопросе стандартизации выделяемых клеточных культур, так и в решении этико-правовых проблем по их выделению и применению в клинике.  Однако следует подчеркнуть, что в настоящее время отмечается существенный недостаток работ направленных на оценку клинической эффективности клеточных продуктов, получаемых из трупного материала.

Список литературы / References

1. Засорин Б.В., Литовченко Т.М. Состояние окружающей среды и заболеваемость с ВУТ на заводе хромовых соединений. // в сб. ст. Региональные проблемы охраны окружающей среды и здоровья населения. Актюбинск, -  С. 15 – 19.
2. Варзина Н.Ф., Филатова Р.И., Тюшнякова Н.В. Изменения нервной и иммунной системы в начальной стадии хромовой интоксикации у рабочих производства хромовых солей. // в сб. ст. Клинические и гигиенические аспекты влияния на организм хрома и других химических веществ. Актюбинск, 1990, ч2. – С. 149 – 153.
3. Яковлев Н.А. Психофизиологические исследования в ранней диагностике изменений нервной системы при воздействии на организм соединений хрома. // Гигиена труда и профзаболеваний. – 1982, - №7, - С. 33 – 36.
4. Мирошниченко И.В., Тихонов В.В., Ермолина Е.В. комбинированное воздействие бензола и хрома на «навигационное научение» и долговременную пространственную память у крыс.//Гигиена и санитария. – 2009, - №4, - С.78 – 80.
5. Засорин Б.В., Курмангалиев О.М., Белышев А.А., Насиров И.Н. Экспериментальная оценка эффективности применения эмбрионально-клеточного «коктейля» при токсических формах нарушения сперматогенеза. // Медицинский журнал Западного Казахстана. 2010 - №3(27). – С. 58 – 62.
6. Засорин Б.В., Курмангалиев О.М., Насиров И.Н., Гебель В.В. Оценка эффективности применения мультипотентных мезенхимальных клеток костного мозга для коррекции нарушений функции почек при остром отравлении. // Морфологические ведомости. – 2013. - №3. – С. 43 – 45.
7. Засорин Б.В., Курмангалиев О.М., Белышев А.А. Эффективность применения мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга при токсических формах нарушения сперматогенеза. // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. – 2010. - №3,тV. – С. 29 – 30.
8. Засорин Б.В., Курмангалиев О.М., Насиров И.Н. Экспериментальная оценка применения мезенхимальных стромальных клеток аллогенного трупного костного мозга. // Международный научно-исследовательский журнал. – 2015. - №8(39),ч3. – С. 106 – 108.
9. Буреш Я.Н., Бурешова О.В. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения. – М., «Высшая школа», 1991 – 400 с.
10. Hodgetts SI, Stagg K, Sturm M, Edel M, Blancafort P. Long live thestem cell: the use of stem cells isolated from post mortem tissues for translational strategies. // Int J Biochem Cell Biol. 2014 Nov;56:74-81.
11. Latil M, Rocheteau P, Châtre L, Sanulli S, Mémet S, Ricchetti M, Tajbakhsh S, Chrétien F. Skeletal muscle stem cells adopt a dormant cell state post mortem and retain regenerative capacity. // Nat Commun. 2012 Jun 12;3:903.
12. Perán M, López-Ruiz E, González-Herrera L, Bustamante M, Valenzuela A, Marchal J.A. Cellular extracts from post-mortem human cardiac tissue direct cardiomyogenic differentiation of human adipose tissue-derived stem cells. // Cytotherapy. 2013 Dec;15(12):1541-8.

Список литературы на английском языке / References

1. Zasorin B.V., Litovchenko T.M. Sostojanie okruzhajushhej sredy i zabolevaemost' s VUT na zavode hromovyh soedinenij [State of environment and incidence with temporary disability at the plant of chromic connections]. // v sb. st. Regional'nye problemy ohrany okruzhajushhej sredy i zdorov'ja naselenija [Regional problems of environmental protection and health of the population]. Aktjubinsk, 1992. - S. 15 – 19. [in Russian]
2. Varzina N.F., Filatova R.I., Tjushnjakova N.V. Izmenenija nervnoj i immunnoj sistemy v nachal'noj stadii hromovoj intoksikacii u rabochih proizvodstva hromovyh solej. [Changes of nervous and immune system in an incipient state of chromic intoxication at workers of production of chromic salts] // v sb. st. Klinicheskie i gigienicheskie aspekty vlijanija na organizm hroma i drugih himicheskih veshhestv [Clinical and hygienic aspects of influence on an organism of chrome and other chemicals]. Aktjubinsk, 1990, ch2. – S. 149 – 153. [in Russian]
3. Jakovlev N.A. Psihofiziologicheskie issledovanija v rannej diagnostike izmenenij nervnoj sistemy pri vozdejstvii na organizm soedinenij hroma [Psychophysiological researches in early diagnostics and changes of nervous system at impact on an organism of compounds of chrome]. // Gigiena truda i profzabolevanij. – 1982, - №7, - S. 33 – 36. [in Russian]
4. Miroshnichenko I.V., Tihonov V.V., Ermolina E.V. kombinirovannoe vozdejstvie benzola i hroma na «navigacionnoe nauchenie» i dolgovremennuju prostranstvennuju pamjat' u krys [The combined impact of benzene and chrome on "navigation learning" and long-term space memory at rats]. // Gigiena i sanitarija. – 2009, - №4, - S.78 – 80. [in Russian]
5. Zasorin B.V., Kurmangaliev O.M., Belyshev A.A., Nasirov I.N. Jeksperimental'naja ocenka jeffektivnosti primenenija jembrional'no-kletochnogo «koktejlja» pri toksicheskih formah narushenija spermatogeneza [The experimental assessment of effectiveness of application of fetal and cell "cocktail" at toxic forms of violation of a spermatogenesis]. // Medicinskij zhurnal Zapadnogo Kazahstana. 2010 - №3(27). – S. 58 – 62. [in Russian]
6. Zasorin B.V., Kurmangaliev O.M., Nasirov I.N., Gebel' V.V. Ocenka jeffektivnosti primenenija mul'tipotentnyh mezenhimal'nyh kletok kostnogo mozga dlja korrekcii narushenij funkcii pochek pri ostrom otravlenii [Evaluating the effectiveness of multipotent mesenchymal bone marrow cells for correction of renal function in acute poisoning]. // Morfologicheskie vedomosti. – 2013. - №3. – S. 43 – 45. [in Russian]
7. Zasorin B.V., Kurmangaliev O.M., Belyshev A.A. Jeffektivnost' primenenija mul'tipotentnyh mezenhimal'nyh stvolovyh kletok kostnogo mozga pri toksicheskih formah narushenija spermatogeneza [The effectiveness of multipotent mesenchymal bone marrow stem cells in toxic forms of spermatogenesis disorders]. // Kletochnaja transplantologija i tkanevaja inzhenerija [Cellular Transplantation and Tissue Engineering]. – 2010. - №3,tV. – S. 29 – 30. [in Russian]
8. Zasorin B.V., Kurmangaliev O.M., Nasirov I.N. Jeksperimental'naja ocenka primenenija mezenhimal'nyh stromal'nyh kletok allogennogo trupnogo kostnogo mozga [Experimental evaluation of the application of mesenchymal stromal cells of allogeneic cadaveric bone marrow]. // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International Research Journal]. – 2015. - №8(39),ch3. – S. 106 – 108. [in Russian]
9. Buresh Ja.N., Bureshova O.V. Metodiki i osnovnye jeksperimenty po izucheniju mozga i povedenija [Techniques and the main experiments on studying of a brain and behavior]. – M., «Vysshaja shkola», 1991 – 400 s. [in Russian]
10. Hodgetts SI, Stagg K, Sturm M, Edel M, Blancafort P. Long live the stem cell: the use of stem cells isolated from post mortem tissues for translational strategies. // Int J Biochem Cell Biol. 2014 Nov;56:74-81.
11. Latil M, Rocheteau P, Châtre L, Sanulli S, Mémet S, Ricchetti M, Tajbakhsh S, Chrétien F. Skeletal muscle stem cells adopt a dormant cell state post mortem and retain regenerative capacity. // Nat Commun. 2012 Jun 12;3:903.
12. Perán M, López-Ruiz E, González-Herrera L, Bustamante M, Valenzuela A, Marchal J.A. Cellular extracts from post-mortem human cardiac tissue direct cardiomyogenic differentiation of human adipose tissue-derived stem cells. // Cytotherapy. 2013 Dec;15(12):1541-8.