Изобретение относится к медицине, биотехнологии и ветеринарии, а именно к применению акустических волн для неинвазивного воздействия с возможностью разрушения клеток-мишеней биологических тканей с целью управления процессами жизнедеятельности, пролиферативной активностью клеток/культур клеток и тканей и возможности избирательного подавления их функций. Изобретение также может быть использовано в клеточной и молекулярной биологии, представляет интерес для разработки методов экспериментальной медицины, фармакологии, диагностики злокачественных новообразований, индивидуального подбора лекарственных средств.
При воздействии акустических волн за счет сжатия в волне клеточных мембран и реализации пьезоэффекта возможен эффект изменения поверхностного заряда и функционального состояния мембран. Таким образом, мембрана может быть мишенью, на уровне которой реализуются цепи одинаковых в дальнейшем эффектов как для акустических, так и для электромагнитных волн. Клетки, находящиеся в акустической волне, по сравнению с длиной волны являются точечными. Они могут испытывать сжатие и расширение объема, достигающее 20%, что в свою очередь может уменьшить количество активных каналов за счет латеральной диффузии молекул липидного бислоя, изменить проницаемость цитоплазматической мембраны (ЦПМ), ифункциональное состояние клетки [1-10].
В настоящее время нет однозначной теории формирования частотно-зависимых ответов на акустическое воздействие. Ряд исследователей показали существенные отличия на уровне ткани в биологических эффектах непрерывных и модулированных волн различной физической природы. Причем вызываемые изменения при воздействии модулированных волн выше, а степень и выраженность в большой степени зависят от частоты модуляций. Также было показано, что модулированное электромагнитное или УЗ воздействие на некоторых частотах модуляции могут вызывать изменение ферментативной активности как в сторону активирования, так и ингибирования [3, 4].
Из уровня техники известен способ иммунокоррекции при аутоиммунном процессе (патент на изобретение RU 2098139, опубл. 10.12.1997). После премедикации осуществляют перфузию крови больного в вено-венозном варианте через срезы ксеноселезенки, предварительно активированные ультразвуком слабой интенсивности 0,3-0,4 Вт/см2 в импульсном режиме 50 имп/с, в течение 8-10 мин. Способ применяется для упрощения процесса гемоперфузии и увеличения сорбционной способности селезенки при лечении псориаза. Данный способ эффективен при проведении перфузии с объемной скоростью 75-80 мм/мин в течение 40-45 мин 2-3 сеансами с интервалом между ними в 3-5 дней в начале курса традиционной комплексной терапии.
Однако указанный способ является затратным за счет использования дорогостоящего стационарного оборудования и материала. Способ требует при его реализации работы специально обученного персонала, сложен в исполнении методики, длителен по времени, осуществим при работе УЗ аппаратуры в импульсном режиме и на срезе одного типа ткани.
Известен способ неинвазивного разрушения расположенных за костями грудной клетки биологических тканей (патент на изобретение RU 2472545 от 20.01.2013 г., Бюл. №2), выбранный в качестве ближайшего аналога. Данный способ основан на воздействии фокусированным УЗ пучком на биологическую ткань для локального разрушения клеток только в месте нахождения основного фокуса, без повреждения в побочных фокусах.
Однако данный способ применяется в УЗ хирургии только для одновременно теплового и механического воздействий, сопровождается сильным разогревом ткани. Ограничение в применении способа акустического разрушения клеток определяется использованием высокоинтенсивного УЗ, возможностью воздействия только на один вид ткани организма человека - костную, причем на всю ткань одновременно, а не на отдельные клетки (остеобласты), генерацией локального избыточного пикового положительного давления 30-80 МПа в месте воздействия [11].
Заявленное изобретение осуществляется путем нахождения оптимальных условий ультразвукового воздействия на ткань, приводящего к избирательному изменению цитоморфологии или к разрушению клеток/клеточных структур животных семейства собачьих.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка эффективного способа неинвазивного направленного воздействия на клетки ткани животных, безопасного при реализации и не требующего дорогостоящего стационарного оборудования, специально обученного персонала и специально оборудованного помещения; осуществление способа без дополнительных технических средств и химических реагентов; минимальная затрата времени (15-60 с); полная безопасность метода для медицинского персонала и научных сотрудников при максимальном эффекте.
Целью предлагаемого изобретения является плановое неинвазивное воздействие на клетки разных типов и размеров.
Техническим результатом заявленного изобретения является: направленное изменение проницаемости/структуры цитоплазматической и/или ядерной мембраны; регулирование глубины эффекта акустического воздействия; торможение или активация транспортных систем клеток; выборочное разрушение в одной ткани ядер у клеток определенного, заранее заданного размера; направленная супрессия роста клеток, в том числе и ненормированного; нарушение аппарата межклеточного взаимодействия и клеточных контактов; регуляция активности внутриклеточных и мембран-связанных ферментов, что даст возможность проводить купирование заболеваний различной этиологии на клеточном уровне, а также индивидуально оценить репарационную систему клетки.
Заявленный технический результат осуществляется тем, что на клеточную суспензию объемом от 1,0 мл до 1,5 мл, помещенную в кювету, воздействуют модулированной ультразвуковой волной с несущей частотой 0,88 МГц, диапазонами интенсивностей 0,2-0,7 Вт/см2 и частот модуляции 10-80 Гц в течение 15-50 с при направлении действия на безъядерные клетки размера 1-9 μ, а также одновременно на ЦПМ и ядра ядросодержащих клеток размера 6,6-19,8 μ, или интенсивностью 0,05-0,7 Вт/см2, частотой модуляции 200-900 Гц в течение 15-60 с при выборе в качестве мишени 7,7-17,6 μ - клеток, содержащих ядро, с последующим приготовлением мазков, их окраской дифференциальными красителями, анализом морфологического состояния клеток.
Пробы обрабатывают в абсолютно одинаковых условиях, поддерживают постоянную температуру образцов в кюветах с проточным охлаждением, а также проводят анализ морфологического состояния клеток пробой с трипановым синим [12] и методами световой или фазово-контрастной микроскопии [13, 14].
По окраске клетки в синий цвет, началу деформации, изменению клеточного размера, состоянию и изменению проницаемости ЦПМ, по морфологическим изменениям: деформации или степени изменению структуры ядер, ядерному лизису или разрушению ядер определяют наличие и регулируют направление и глубину эффекта акустического воздействия; оценивают индивидуальную репарационную систему клетки, рост и размножение клеток-мишеней, активность внутриклеточных и мембран-связанных ферментов.
Способ эффективен и информативен при любом количестве исследуемого материала.
Заявленный способ осуществляется следующим образом.
Воздействовали ультразвуком in vitro на жидкую подвижную ткань - кровь, в которой одновременно представлены клетки разного вида, размера и возраста. Для реализации заявляемого изобретения используются любые из отечественных ультразвуковых терапевтических генераторов с излучателями, работающих на несущей частоте 0,88 МГц: УЗТ-1-01Ф; Ультразвук Т-5 и УЗТ-1.02С и др., модифицированные для работы с внешней модуляцией. Экспозиция УЗ: время от 10 с до 60 с, ISATA - средняя по пространству и времени УЗ интенсивность: 0,05 Вт/см2 - 0,7 Вт/см2. Диапазон активных частот модуляции 10-80 Гц и 200-900 Гц, модулятор Г3-112 (или любой аналогичный генератор). Объем облучаемых образцов составлял 1-1,5 мл. Мазки крови окрашивали их по методу ДИФФ-КВИК [6] и просматривали под иммерсией («Микмед-5», объектив 100х/1,25, окуляр 10х/18). Контролем служили интактные клетки тех же животных. Для определения изменения проницаемости ЦПМ использовали тест с трипановым синим [12]. О действии УЗ на клетки ткани судили по количественным и качественным морфологическим изменениям. Статистическую обработку данных вели в пакете прикладных программ «Statistica 6.0». Достоверными считали различия при р<0.05.
Направленное действие модулированного УЗ на клетки крови представителей семейства собачьих.
Безъядерные клетки размером 1-9 μ. После обработки ткани интенсивностью 0,2-0,7 Вт/см2, частотой модуляции 10-80 Гц в течение 15-50 с (табл. 1) по данным тестов с трипановым синим менялась проницаемость ЦПМ кровяных пластинок (тромбоцитов). После чего шло образование клеточных ассоциаций. В результате облучения интенсивностью 0,2-0,7 Вт/см2, частотой модуляции 10-20 Гц в течение 15-50 с менялась проницаемость ЦПМ и эритроцитов (табл. 1). На фоне общего анизоцитоза происходило образование булавовидных утолщений, формирование узоров и геометрических фигур из клеток красной крови, наложение эритроцитов крест-накрест «гантели» (см. рис. 1: Анизоцитоз. Образование геометрических фигур (а) и «гантелей» (б)). Направленное воздействие в экспериментах вначале изменяло форму эритроцитов, без внешних признаков разрушения или цитолиза, затем регистрировали формирование групп вокруг клеток и цитоцепочек. Регистрировали и появление теней клеток или гемолиз.
Ядросодержащие клетки размера 6,6-19,8 μ. После обработки образцов крови интенсивностью 0,05-0,7 Вт/см2, частотой модуляции 10-30 Гц, а также 50-100 Гц, 200-900 Гц в течение 15-60 с (табл. 2; рис. 2-4) клетки деформировались, менялся объем, а затем происходило «вспенивание» или вакуолизация цитоплазмы, менялась проницаемость или начинала разрушаться ЦПМ лейкоцитов, происходило разрыхление ядер палочкоядерных и/или юных (молодых) нейтрофилов (рис. 2).С увеличением времени воздействия до 35-50 с менялись глубина и степень изменений. Облучение ткани в зависимости от вида животного и его возраста интенсивностью диапазона 0,05-0,4 Вт/см2, частотой модуляции из интервала частот 10-50 Гц, а также 300-900 Гц от 15 до 60 секунд позволяло направленно воздействовать на ядра лейкоцитов: изменять их форму или полностью разрушать. Во всех клетках ткани собачьих происходили одинаковые эффекты: цитолиз, деструкция и агрегация клеток, вспенивание цитоплазмы сначала грануло-, а затем и агранулоцитов, разрыв ЦПМ, деформация и взрыв ядер (на рис. 3, (а) - сегментоядерный нейтрофил; (б) - вспенивание и/или вакуолизация цитоплазмы моноцита). Первые изменения мембран и ядер лейкоцитов в зависимости от вида и размера клетки регистрировались, спустя 10-13 с от начала озвучивания активными частотами. Во многих случаях цитологические изменения столь значительны, что клетки идентифицировать было сложно (рис. 4 - клетки тяжело идентифицировать из-за значительных изменений в цитоплазме и ядре).
Таким образом, в заявленном изобретении раскрыта возможность применения ультразвуковых волн для направленного неинвазивного воздействия на функциональное состояние клеток тканей животной этиологии. Отработаны режимы выборочного изменения состояния клеточных органелл и клеток крови животных семейства собачьих с целью управления процессами жизнедеятельности и избирательного подавления или активации их функций.
Список литературы
1. Олешкевич А.А. Действие непрерывного и модулированного ультразвука на клетки крови животных in vitro / V Съезд биофизиков России. Материалы докладов: в 2 т. - Ростов-на-Дону: ЮФУ - Т. 2: 2015. - С. 107.
2. Олешкевич А.А., Пашовкин Т.Н. Возможность изменения лейкограмм животных при действии непрерывного ультразвука терапевтического диапазона интенсивностей // Аграрная Россия. - №6 (2015). С 13-17.
3. Johns, LD Non-thermal effects of therapeutic ultrasound: the frequency resonance hypothesis // Journal of athletic training. - 2002. - 37(3) - P. 293-299.
4. Пашовкина M.С., Пашовкин Т.H. Изменение относительной активности холинэстеразы при действии модулированного сверхвысокочастотного электромагнитного излучения в опытах in vitro. - Радиационная биология. Радиоэкология, 2011, том 51, №3, С. 1-5.
5. Олешкевич А.А., Пашовкин Т.Н. Возможность изменения лейкограмм животных при действии непрерывного ультразвука терапевтического диапазона интенсивностей // Аграрная Россия. - №6 (2015). С 13-17.
6. Способ диагностики наличия заболевания у животных по изменению лейкограммы после ультразвукового воздействия / Олешкевич А.А., Пашовкин Т.Н. Российская Федерация, МПК G01N 33/49 №2574881.
7. Oleshkevich, АА. Studies of frequency-dependent changes under modulated ultrasound exposure on cells in suspension // International Journal of BioMedicine. N.-Y.: "Int. Medical Research and Development Corporation". - V. 4, Issue 1, March 2015. - P. 30-34.
8. Олешкевич А.А., Пашовкин Т.H. Количественный анализ действия модулированного ультразвука на некоторые клетки тканей животных // Ветеринария, зоотехния и биотехнология. - 2014 - №5. - С. 27-33.
9. Олешкевич А. А., Василевич Ф. И. Направленное действие модулированного ультразвука на клетки крови собак при смешанной инвазии // РВЖ. МДЖ. - 2015 - №5 - С. 19-22.
10. Олешкевич А.А., Кутликова И.В. Влияние ультразвука на лимфоциты и сегментоядерные нейтрофилы // Научное обозрение. - 2015. - №13. - С. 145-150.
11. Хохлова В.А., Сапожников О.А., Гаврилов Л.Р. и др. Способ неинвазивного разрушения расположенных за костями грудной клетки биологических тканей. - RU 2472545 от 20.01.201, Бюл. №2.
12. Скибо Ю.В., Абрамова З.И. Методы исследования программируемой клеточной гибели. Казань, 2011. - 61 с.
13. Бурмистров Е.Н. Шанс Био: лабораторная диагностика. - М.: Капиталпринт 2006. - 154 с.
14. Кудрявцев А.А. Клиническая гематология животных. М.: Колос, 1974. - 399 с.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ НАПРАВЛЕННОГО АКУСТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ КЛЕТОК-МИШЕНЕЙ ТКАНЕЙ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА КОШАЧЬИХ | 2016 |
|
RU2617374C1 |
СПОСОБ НАПРАВЛЕННОГО НЕИНВАЗИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ КЛЕТОК-МИШЕНЕЙ ТКАНЕЙ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА КОШАЧЬИХ | 2016 |
|
RU2639805C2 |
СПОСОБ НАПРАВЛЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КЛЕТКИ ТКАНЕЙ ЖИВОТНЫХ ОТРЯДА НЕПАРНОКОПЫТНЫХ | 2016 |
|
RU2639769C1 |
СПОСОБ ЛАБОРАТОРНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАГНОСТИКИ РАННИХ СТАДИЙ ЖЕРЕБОСТИ | 2018 |
|
RU2699733C1 |
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ КРОВИ НА НАЛИЧИЕ ПАРАЗИТАРНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ПО ИЗМЕНЕНИЮ ЛЕЙКОГРАММЫ ПОСЛЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ | 2015 |
|
RU2623860C2 |
СПОСОБ ЛАБОРАТОРНОЙ ДИАГНОСТИКИ РАННИХ СТАДИЙ ЖЕРЁБОСТИ КОБЫЛ | 2018 |
|
RU2672114C1 |
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЖЕРЁБОСТИ У КОБЫЛ | 2018 |
|
RU2672261C1 |
СПОСОБ ОКРАСКИ ТРОМБОЦИТОВ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОДУЛИРОВАННЫМ УЛЬТРАЗВУКОМ | 2015 |
|
RU2589679C1 |
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ НАЛИЧИЯ ЗАБОЛЕВАНИЯ У ЖИВОТНЫХ ПО ИЗМЕНЕНИЮ ЛЕЙКОГРАММЫ ПОСЛЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ | 2014 |
|
RU2574881C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ВЛИЯНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ | 2015 |
|
RU2640177C2 |
Изобретение относится к медицине, биотехнологии и ветеринарии и предназначено для направленного изменения проницаемости клеточных мембран. Способ включает воздействие на клеточную суспензию модулированной ультразвуковой волной с несущей частотой 0,88 МГц, диапазонами интенсивностей 0,2-0,7 Вт/см2 и частот модуляции 10-80 Гц. Время экспозиции 15-50 с при направлении действия на безъядерные клетки размера 1-9 μ. Одновременно осуществляет воздействие на ЦПМ и ядра ядросодержащих клеток размера 6,6-19,8 μ, или интенсивностью 0,05-0,7 Вт/см2, частотой модуляции 200-900 Гц в течение 15-40 с при выборе в качестве мишени 7,7-17,6 μ - клеток, содержащих ядро. Готовят мазки, окрашивают их дифференциальными красителями, проводят анализ морфологического состояния клеток. Способ позволяет расширить арсенал диагностических и экспериментальных методов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 ил.
1. Способ оценки индивидуальной репарационной системы клетки тканей животных семейства собачьих, включающий воздействие на клеточную суспензию модулированной ультразвуковой волной с несущей частотой 0,88 МГц, диапазонами интенсивностей 0,2-0,7 Вт/см2 и частот модуляции 10-80 Гц в течение 15-50 с при направлении действия на безъядерные клетки размера 1-9 μ, а также одновременно на ЦПМ и ядра ядросодержащих клеток размера 6,6-19,8 μ, или интенсивностью 0,05-0,7 Вт/см2, частотой модуляции 200-900 Гц в течение 15-40 с при выборе в качестве мишени 7,7-17,6 μ-клеток, содержащих ядро, с последующим приготовлением мазков, их окраской трипановым синим и анализом морфологического состояния клеток по окраске клетки в синий цвет, началу деформации, изменению клеточного размера или объема цитоплазмы, состоянию и изменению проницаемости ЦПМ.
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что для воздействия используется клеточная суспензия объемом от 1,0 мл до 1,5 мл.
СПОСОБ НЕИНВАЗИВНОГО РАЗРУШЕНИЯ РАСПОЛОЖЕННЫХ ЗА КОСТЯМИ ГРУДНОЙ КЛЕТКИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ | 2011 |
|
RU2472545C1 |
СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ АПОПТОЗА, МОДИФИЦИРОВАННОГО ОРГАНИЧЕСКИМИ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ | 2011 |
|
RU2471190C1 |
СКИБА Ю.В | |||
и др., Методы исследования программируемой клеточной гибели, Казань, 2011, 61 с | |||
ЧЕРКЕС Ф.К | |||
и др., 'Микробиология' - Москва: Медицина, 1986, часть 1, глава 3 | |||
Основы классификации и морфологии микроорганизмов, с | |||
Солесос | 1922 |
|
SU29A1 |
Авторы
Даты
2018-02-15—Публикация
2016-07-07—Подача