СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ НАКОПЛЕНИЯ КАДМИЯ В МОЗГЕ У КРЫС Российский патент 2023 года по МПК G01N33/50 C12Q1/6806 C12Q1/686 C12Q1/6876 C12Q1/6883 

Изобретение относится к медицине, а именно, к токсикологии, может быть использовано для определения скорости накопления кадмия в мозге у крыс.

Кадмий является широко распространенным и не поддающимся биологическому разложению загрязнителем, представляющим серьезную проблему для здоровья человека. Из-за широкого использования в промышленности и антропогенной деятельности содержание кадмия в окружающей среде продолжает увеличиваться. Эпидемиологические исследования связывают воздействие кадмия из окружающей среды с нарушением функций выделительной, опорно-двигательной, репродуктивной и других систем, а также с сердечно-сосудистыми заболеваниями и увеличением заболеваемости раком. Хотя интоксикация кадмием нарушает работу большинства органов и систем организма, печень и почки считаются критическими органами из-за их способности накапливать металл. Аккумуляция металла связана с большим содержанием в печени специфических белков с сульфгидрильными группами - металлотионеинами (МТ), которые способны связывать металлы, концентрируя их в этом органе. Металлсвязывающие белки, в том числе МТ, являются мощными энтеросорбентами для тяжелых металлов и занимают центральное место в естественном ответе организма на воздействие токсичных элементов. Несмотря на достаточное понимание токсичности кадмия, профили экспрессии МТ в различных тканях все еще неизвестны, и диагностический потенциал МТ в распознавании токсичности Cd все еще неясен.

Известен способ оценки кадмия в печени и легких крупного рогатого скота, характеризующийся тем, что проводят микроэлементный анализ волоса крупного рогатого скота. Определяют в волосе концентрацию Fe и/или Ti и рассчитывают уравнение регрессии [патент RU 2548774, 2015].

Наиболее близким аналогом изобретения является способ определения содержания кадмия в органах и мышечной ткани свиней, заключающийся в том, что проводят химический анализ копытного рога свиней методом атомно-абсорбционной спектрометрии, при этом для определения содержания кадмия в мышечной ткани, сердце, печени и почках определяют в копытном роге концентрацию Mn и содержание Cd рассчитывают из уравнения регрессии; для определения содержания кадмия в легких определяют в копытном роге концентрацию Mn и/или К и рассчитывают уравнения регрессии; для определения содержания кадмия в селезенке определяют в копытном роге концентрацию К и рассчитывают уравнение регрессии [патент RU 2342659, 2008]. Недостатком прототипа является отсутствие уравнения регрессии для определения содержания кадмия в головном мозге.

Задачей изобретения является разработка способа определения скорости накопления кадмия в мозге у крыс.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения кадмия в головном мозге за счет оценки скорости накопления кадмия по экспрессии генов в крови.

Предлагаемый способ определения скорости накопления кадмия в мозге осуществляется следующим образом. Проводят выделение РНК и количественный анализ мРНК гена ZIP1 (Zinc transporter 1 - Транспортер цинка 7), затем определяют скорости накопления кадмия в мозге. Для этого образцы РНК выделяют из лимфоцитов периферической венозной крови. Целостность РНК оценивают электрофорезом в 1%-ном агарозном геле по соотношению интенсивностей полос в геле, соответствующих 28S и 18S рРНК. Синтез первой цепи кДНК проводят с помощью реакции обратной транскрипции. Для изучения количества мРНК гена ZIP1 проводят ПЦР со специфичными праймерами. Нормализацию количества мРНК до эндогенного контроля проводят по количеству мРНК гена GAPDH. GAPDH - ген «домашнего хозяйства», экспрессия которого стабильна практически во всех клетках организма. Затем проводят статистический анализ экспрессии гена ZIP1.

При кратности экспрессии гена ZIP1 относительно экспрессии GAPDH от -10 до -0,1 определяют низкую скорость накопления кадмия в мозге у крыс, составляющую 0,02±0,002 мг/кг/мес., при кратности экспрессии от 0,1 до 5 определяют среднюю скорость накопления кадмия в мозге у крыс, составляющую 0,04±0,004 мг/кг/мес., при кратности экспрессии от 5,1 до 10 определяют высокую скорость накопления кадмия в мозге у крыс, составляющую 0,08±0,007 мг/кг/мес.

В экспериментальном исследовании белых разнополых беспородных крыс случайным образом разделили на три опытные (Cd1, Cd10, Cd100) и контрольную группу, каждая из которых состояла из 10 особей. Животных содержали в стандартных условиях с комнатной температурой от 20 до 25С, влажностью от 55 до 60% и циклом 12/12 часов света и темноты. Крысам в исследуемых группах ежедневно через желудочный зонд вводили водный раствор хлорида кадмия, содержащий 1, 10 и 100 мкг кадмия/кг массы тела в группах Cd1, Cd10 и Cd100, соответственно. Воздействие кадмием в группах оценивали через 30 дней. Животных содержали и выводили из эксперимента декапитацией с соблюдением требованиям Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS N 123). Образцы мозга замораживали при температуре -80°С для будущих анализов. Для определения массовой доли кадмия образцы головного мозга подготавливали в системе микроволнового разложения в соответствии с рекомендациями производителя (Speedwave XPERT, Berghof, Германия) и измеряли методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией (AA240Z, Varian, Австралия).

Статистическую обработку полученных результатов проводили с помощью программы SPSS Statistics 21.0. Для количественных переменных данные выражали как среднее ± ошибка среднего. В качестве критерия нормальности распределения признаков в изучаемых группах использовали критерий Колмогорова-Смирнова. Для сравнения независимых групп по количественным признакам, распределение которых не отличалось от нормального, использовали однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA). Попарно повторные сравнения проводились с использованием критерия Тьюки и Тамхейна. Критерий Тьюки использовался при предполагаемом равенстве дисперсий, Тамхейна в случаях, когда дисперсии различались. Силу связи между парами измеряемых параметров определяли с помощью коэффициента корреляции Пирсона, а ее значимость оценивали с помощью t-критерия Стьюдента. Различия и взаимосвязи считали статистически значимыми при р<0,05.

Сравнение уровня экспрессии исследуемых генов в мозге показало, что экспрессия гена ZIP1 имела корреляцию со скоростью накопления кадмия в мозге у крыс (r=0,821; р=0,023).

В ходе экспериментального отравления кадмием показано, что уровень накопления кадмия в мозге крыс имел статистически значимые различия (F=27,828; р=0,0001). В группе Cd1 среднее содержания кадмия составило 0,02±0,002 мг/кг, уровень кратности экспрессии варьировал от -10 до -0,1. В группе Cd10 среднее содержания кадмия составило 0,04±0,004 мг/кг, уровень кратности экспрессии варьировал от 0,1 до 5. В группе Cd100 среднее содержания кадмия составило 0,08±0,007 мг/кг, уровень кратности экспрессии варьировал от 5,1 до 10.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1.

Животное 1, мужского пола, вес 204 г. Получало кадмий в дозе 1 мкг кадмия/кг массы тела вместе с питьем в течение месяца. У животного из латеральной вены хвоста взяли 0,2 мл крови. Провели количественный анализ экспрессии гена ZIP1 путем обратной транскрипции и последующей ПЦР с использованием специфичных праймеров, нормализацией количества мРНК до эндогенного контроля GAPDH и статистический анализ данных. Кратность относительной экспрессии гена ZIP1 равна -10, что говорит о том, что скорость накопления кадмия в мозге у крысы составила 0,02±0,002 мг/кг/мес.

Пример 2.

Животное 2, мужского пола, вес 201 г. Получало кадмий в дозе 1 мкг кадмия/кг массы тела вместе с питьем в течение месяца. У животного из латеральной вены хвоста взяли 0,2 мл крови. Провели количественный анализ экспрессии гена ZIP1 путем обратной транскрипции и последующей ПЦР с использованием специфичных праймеров, нормализацией количества мРНК до эндогенного контроля GAPDH и статистический анализ данных. Кратность относительной экспрессии гена ZIP1 равна -5,3, что говорит о том, что скорость накопления кадмия в мозге у крысы составила 0,02±0,002 мг/кг/мес.

Пример 3.

Животное 3, мужского пола, вес 207 г. Получало кадмий в дозе 1 мкг кадмия/кг массы тела вместе с питьем в течение месяца. У животного из латеральной вены хвоста взяли 0,2 мл крови. Провели количественный анализ экспрессии гена ZIP1 путем обратной транскрипции и последующей ПЦР с использованием специфичных праймеров, нормализацией количества мРНК до эндогенного контроля GAPDH и статистический анализ данных. Кратность относительной экспрессии гена ZIP1 равна -0,1, что говорит о том, что скорость накопления кадмия в мозге у крысы составила 0,02±0,002 мг/кг/мес.

Пример 4.

Животное 4, мужского пола, вес 202 г. Получало кадмий в дозе 10 мкг кадмия/кг массы тела вместе с питьем в течение месяца. У животного из латеральной вены хвоста взяли 0,2 мл крови. Провели количественный анализ экспрессии гена ZIP1 путем обратной транскрипции и последующей ПЦР с использованием специфичных праймеров, нормализацией количества мРНК до эндогенного контроля GAPDH и статистический анализ данных. Кратность относительной экспрессии гена ZIP1 равна 0,1, что говорит о том, что скорость накопления кадмия в мозге у крысы составила 0,04±0,004 мг/кг/мес.

Пример 5.

Животное 5, мужского пола, вес 201 г. Получало кадмий в дозе 10 мкг кадмия/кг массы тела вместе с питьем в течение месяца. У животного из латеральной вены хвоста взяли 0,2 мл крови. Провели количественный анализ экспрессии гена ZIP1 путем обратной транскрипции и последующей ПЦР с использованием специфичных праймеров, нормализацией количества мРНК до эндогенного контроля GAPDH и статистический анализ данных. Кратность относительной экспрессии гена ZIP1 равна 2,5, что говорит о том, что скорость накопления кадмия в мозге у крысы составила 0,04±0,004 мг/кг/мес.

Пример 6.

Животное 6, мужского пола, вес 202 г. Получало кадмий в дозе 10 мкг кадмия/кг массы тела вместе с питьем в течение месяца. У животного из латеральной вены хвоста взяли 0,2 мл крови. Провели количественный анализ экспрессии гена ZIP1 путем обратной транскрипции и последующей ПЦР с использованием специфичных праймеров, нормализацией количества мРНК до эндогенного контроля GAPDH и статистический анализ данных. Кратность относительной экспрессии гена ZIP1 равна 5, что говорит о том, что скорость накопления кадмия в мозге у крысы составила 0,04±0,004 мг/кг/мес.

Пример 7.

Животное 7, мужского пола, вес 204 г. Получало кадмий в дозе 100 мкг кадмия/кг массы тела вместе с питьем в течение месяца. У животного из латеральной вены хвоста взяли 0,2 мл крови. Провели количественный анализ экспрессии гена ZIP1 путем обратной транскрипции и последующей ПЦР с использованием специфичных праймеров, нормализацией количества мРНК до эндогенного контроля GAPDH и статистический анализ данных. Кратность относительной экспрессии гена ZIP1 равна 5,1, что говорит о том, что скорость накопления кадмия в мозге у крысы составила 0,08±0,007 мг/кг/мес.

Пример 8.

Животное 8, мужского пола, вес 204 г. Получало кадмий в дозе 100 мкг кадмия/кг массы тела вместе с питьем в течение месяца. У животного из латеральной вены хвоста взяли 0,2 мл крови. Провели количественный анализ экспрессии гена ZIP1 путем обратной транскрипции и последующей ПЦР с использованием специфичных праймеров, нормализацией количества мРНК до эндогенного контроля GAPDH и статистический анализ данных. Кратность относительной экспрессии гена ZIP1 равна 7,5, что говорит о том, что скорость накопления кадмия в мозге у крысы составила 0,08±0,007 мг/кг/мес.

Пример 9.

Животное 9, мужского пола, вес 206 г. Получало кадмий в дозе 10 мкг кадмия/кг массы тела вместе с питьем в течение месяца. У животного из латеральной вены хвоста взяли 0,2 мл крови. Провели количественный анализ экспрессии гена ZIP1 путем обратной транскрипции и последующей ПЦР с использованием специфичных праймеров, нормализацией количества мРНК до эндогенного контроля GAPDH и статистический анализ данных. Кратность относительной экспрессии гена ZIP1 равна 10, что говорит о том, что скорость накопления кадмия в мозге у крысы составила 0,08±0,007 мг/кг/мес.

Изобретение относится к медицине, а именно к токсикологии, и может быть использовано для определения скорости накопления кадмия в мозге крыс. Проводят выделение РНК из лимфоцитов периферической венозной крови. Определяют количество мРНК гена ZIP1. Проводят нормализацию количества мРНК до эндогенного контроля GAPDH. При кратности экспрессии гена ZIP1 относительно экспрессии GAPDH от -10 до -0,1 определяют низкую скорость накопления кадмия в мозге у крыс, составляющую 0,02±0,002 мг/кг/мес, от 0,1 до 5 - среднюю скорость накопления, составляющую 0,04±0,004 мг/кг/мес, от 5,1 до 10 - высокую скорость накопления кадмия в мозге, составляющую 0,08±0,007 мг/кг/мес. Способ обеспечивает повышение точности определения кадмия в головном мозге за счет оценки скорости накопления кадмия по экспрессии генов в крови. 9 пр.

Способ определения скорости накопления кадмия в мозге крыс, включающий исследование биоматериала, отличающийся тем, что в качестве биоматериала используют кровь, проводят выделение РНК из лимфоцитов периферической венозной крови, определяют количество мРНК гена ZIP1, затем проводят нормализацию количества мРНК до эндогенного контроля GAPDH, при кратности экспрессии гена ZIP1 относительно экспрессии GAPDH от -10 до -0,1 определяют низкую скорость накопления кадмия в мозге у крыс, составляющую 0,02±0,002 мг/кг/мес, от 0,1 до 5 - среднюю скорость накопления, составляющую 0,04±0,004 мг/кг/мес, от 5,1 до 10 определяют высокую скорость накопления кадмия в мозге, составляющую 0,08±0,007 мг/кг/мес.