Способ моделирования катаракты на лабораторных крысах Российский патент 2023 года по МПК G09B23/28 A61F9/00 A61F9/08 A61K31/46 A61K31/715 A61K31/196 A61P27/02 

Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии, и может быть использовано в экспериментальных исследованиях для моделирования катаракты.

По данным Всемирной организации здравоохранения, в мире насчитывается 285 миллионов человек, имеющих нарушение зрительных функций, из которых 33 % приходится на катаракту [1]. Вследствие этого многими учеными активно ведутся исследования по изучению причин и механизмов развития катаракты, что в последующем позволит разработать эффективные меры профилактики и лечения возрастных патологических процессов в хрусталике [2, 3]. С этой целью разработан целый ряд экспериментальных моделей катаракты на животных, с помощью которых можно воссоздать некоторые ключевые особенности гистопатологических, биохимических и патофизиологических изменений и дать новое представление о лежащих в ее основе механизмах развития, апробировать новые методы лечения.

Существует большое разнообразие способов моделирования катаракты, включая механическое повреждение хрусталика, токсическое моделирование, суть которого заключается во введении токсических веществ (дикват дибромид, селенит), а также моделирование с помощью ультрафиолетового и лазерного воздействия [4, 5, 6]. Однако следует отметить, что многие из них в настоящее время не поддержаны патентами РФ.

Ближайшим аналогом изобретения является способ моделирования возрастной катаракты [7]. Данный способ заключается в УФ-облучении животных длиной волны 313 нм в течение 10 месяцев по 16 минут 1 раз в сутки через день, мощностью облучения 23,7 Дж/сек⋅м² в возрасте 20-23 дней.

Однако данный способ имеет несколько недостатков. В первую очередь пролонгированное воздействие УФ-облучения (10 месяцев) может способствовать развитию фотокератита, васкуляризации роговицы, что в дальнейшем может снизить ее прозрачность. Вследствие этого необходимо использовать кератопротекторные препараты, однако авторы данного изобретения не применяли подобные средства. Помимо этого в качестве объекта исследования использовались молодые животные в возрасте 20-23 дней, что при сопоставлении с возрастом человека соответствует дошкольному периоду. Данный факт не удовлетворяет утверждению максимального приближения к естественным условиям возникновения возрастной катаракты. Как известно, одним из ведущих факторов развития возрастной катаракты является возраст [8]. Более того, это довольно длительная продолжительность проведения эксперимента, что ограничивают широкое применение подобных моделей.

Известен способ экспериментального моделирования коркового вида катаракты in vivo [9]. Данный способ заключается в изменении тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы путем двусторонней симпатэктомии верхнего шейного симпатического ганглия хирургическим путем.

Недостатком представленного способа, несмотря на его высокую эффективность (80 %) инициировать формирование коркового вида помутнения хрусталиков у экспериментальных животных в обоих глазах, является инвазивность данного метода, включающее нарушение целостности кожного покрова, контакт с кровью, что может стать причиной развития воспалительных осложнений, травмы стенок сосудов, а также требует наличия реабилитационного периода для животных.

Технической задачей предлагаемого изобретения является максимальное приближение модели к этиологии и клинике у человека за счет воздействия ультрафиолетового света. Известно, что одним из основных факторов развития катаракты является ультрафиолетовое излучение. Это подтверждается рядом эпидемиологических исследований, установивших, что средневолновый диапазон УФ-излучения (длина волны 290-315 нм) способствует в хрусталиковых клетках активации процессов фотоокисления и кумуляции продуктов фотолиза, которые служат патогенетическим фактором развития возрастной катаракты [10].

Техническая задача достигается тем, что способ моделирования катаракты осуществляется путем ежедневного воздействия ультрафиолетового облучения длиной волны 300-350 нм мощностью 50 Вт на расстоянии 30 см продолжительностью 20 минут в течение 6 месяцев.

Способ реализован следующим образом.

Предлагаемый способ был выполнен на модели крыс линии Wistar (n=60) в возрасте 10 месяцев, что соответствовало зрелому раннему возрасту человека (31,5-43,4 года) [11]. Из отобранных животных методом пар-аналогов были сформированы 2 группы: контрольная (n=30) и опытная (n=30). Животным опытной группы моделировали возрастную катаракту путем ежедневного ультрафиолетового облучения с помощью ртутной газоразрядной лампы ДРЛ длиной волны 300-350 нм мощностью 50 Вт. Время экспозиции составляло 20 минут в течение 6 месяцев. Излучатель располагали над клеткой на штативе на расстоянии 30 см. Перед облучением для достижения максимального мидриаза осуществляли двукратную инстилляцию препарата, вызывающего расширение зрачка. С целью протекции роговицы глаза до облучения животным наносили кератопротективный гель на основе сульфатированных гликозаминогликанов. После облучения в качестве вспомогательной терапии для стимуляции процесса заживления роговицы и конъюнктивы наносили стимулятор репарации тканей на основе декспантенола.

Каждые два месяца (на 2, 4 и 6-ой месяцы, соответственно) проводилось биомикроскопическое обследование хрусталика, используя щелевую лампу BQ 900 Haag-Streit (Швейцария), с целью наблюдения за формированием катаракты.

Через 2 и 6-месяцев эксперимента осуществлялся забор хрусталиков глаз у животных контрольной и опытной групп с целью изучения элементного состава хрусталиков с помощью атомно-эмиссионного («Optima 2000DV», «PerkinElmer Corp.», США) и масс-спектрального («Elan 9000», «PerkinElmer Corp.», США) анализа с индуктивно связанной плазмой.

Обработку полученных данных проводили при помощи методов вариационной статистики с использованием статистического пакета «StatSoft STATISTICA 10». Применялись непараметрические процедуры обработки статистических совокупностей (U-критерий Манна-Уитни). Полученные данные представлены в виде медианы (Ме) и 25-75-го центилей (Q₂₅-Q₇₅).

Конкретные примеры выполнения способа:

Индуцируемая ультрафиолетовым облучением катаракта характеризовалась относительно длительным скрытым периодом формирования, в течение которого клинических признаков при биомикроскопии у животных не обнаруживалось. К концу второго месяца эксперимента появились признаки начальной субкапсулярной катаракты - наблюдалась неоднородность хрусталиковых волокон (фигура 1). На четвертом месяце эксперимента признаки субкапсулярной катаракты стали более выраженными (фигура 2). На шестой месяц исследования наблюдалось помутнение хрусталика грязно-серого цвета у экватора и в центре во всех слоях, что соответствовало признакам зрелой катаракты (фигура 3).

При анализе элементного состава было установлено, что при начальной катаракте происходило нарушение элементного баланса в хрусталиках глаз, которое сопровождалось статистически достоверным увеличением уровня Na на 69 % (р=0,01) и снижением K на 22 % (р=0,02), Mg на 26 %(р=0,005) и P на 27 % (р=0,005) при сравнении значений медиан. С образованием зрелой катаракты наблюдались значительные изменения в химическом составе хрусталиков глаз животных. Отмечено достоверное значительное увеличение концентрации Ca на 359 % (р=0,002), снижение Mg на 47 % (р=0,002) и P на 26 % (р=0,003) относительно здоровой группы. На фоне этого прослеживалась тенденция к высоким показателям Na; более низким уровням K и Mn (таблица 1).

Таблица 1
Содержание макроэлементов в хрусталиках глаз, данные представлены в виде Ме (Q₂₅-Q₇₅), мкг/г Элементы Период наблюдения (месяцы) Группа Контроль Опыт Ca 2 0,022 (0,02-0,03) 0,03 (0,028-0,036) 6 0,029 (0,024-0,032) 10,45 (2,68-12,78) ^** Na 2 313,61 (276,12-353,75) 529,48 (431,34-616,89) ^** 6 318,2 (293,68-365,9) 440,33 (289,28-503,83) K 2 1 808,0 (1 537,0-2 070,51) 1 402,21 (1 335,96-1 618,0) ^* 6 1 919,0 (1 616,0-2 089,67) 1 584,0 (642,05-1 718,45) P 2 826,92 (775,71-853,67) 601,7 (556,0-654,0) ^** 6 827,87 (788,4-856,22) 612,0 (484,8-675,69) ^** Mg 2 77,93 (68,49-91,29) 57,7 (50,28-61,46) ^** 6 76,9 (65,34-89,31) 40,88 (27,59-48,09) ^** Примечание: *- p ≤ 0,05 - при сравнении опытной группы относительно контрольной группы; ** - p ≤ 0,01 - при сравнении опытной группы относительно контрольной группы.

Таким образом, с развитием катаракты наблюдался дисбаланс макроэлементов в хрусталиках глаз, который сопровождался, повышением уровня кальция и натрия на фоне понижения калия, магния и фосфора. Полученные данные подтвердили развитие катаракты при ее моделировании с помощью УФ-облучения.

Таким образом, предложенный способ является патентоспособными и может быть использован для моделирования катаракты с помощью ультрафиолетового облучения.

Источники информации

1. Чупров А.Д., Ким С.М., Казакова Т.В. Участие Δ9-десатураз в регуляции обменных процессов / А.Д. Чупров, С.М. Ким, Т.В. Казакова / Журнал «Медицина». - 2021. - № 2. - С. 1-17.

2. Ang M.J., Afshari N.A. Cataract and systemic disease: A review / M.J. Ang, N.A. Afshari // Clin Exp Ophthalmol. - 2021. - V. 49. - № 2. - Р.118-127.

3. Atalay H.T., Ucgul A.Y., Turkcu U.O., Ozmen M.C., Yilmaz S., Bilgihan A. The Effect of Sildenafil on Selenite-Induced Cataract in Rats / H.T. Atalay, A.Y. Ucgul, U.O. Turkcu, M.C. Ozmen, S. Yilmaz, A. Bilgihan // Curr Eye Res. - 2020. - Vol. 45. - № 9. - Р. 1082-1088.

4. Zhang J., Yan H., Löfgren S., Tian X., Lou M.F. Ultraviolet radiation-induced cataract in mice: the effect of age and the potential biochemical mechanism / J. Zhang, H. Yan, S. Löfgren, X. Tian, M.F. Lou // Invest Ophthalmol Vis Sci. - 2012. - Vol. 53. - № 11. - Р. 7276-7285.

5. Лихванцева В.Г., Колесников А.В. Свободнорадикальный статус хрусталика при экспериментальной дикват-индуцированной катаракте / В.Г. Лихванцева, А.В. Колесников // Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. - 2006. - №3. - С. 6-13.

6. Терещенко А.В., Белый Ю.А., Станкевич А.В. Создание экспериментальной модели катаракты путем эндокапсулярного ИАГ-лазерного воздействия / А.В. Терещенко, Ю.А. Белый, А.В. Станкевич // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2009. - № 12. - С. 138-140.

7. Способ моделирования возрастной катаракты Аветисов С.Э., Полунин Г.С., Шеремет Н.Л., Макаров И.А., Федоров А.А., Карпова О.Е. заявл. 16.05.2007 г.; опубл. 20.10.2008.

8. Брагин Е.В. Обзор факторов риска развития старческой катаракты / Е.В. Брагин // Анализ риска здоровью. - 2018. - № 1. - С. 113-125.

9. Способ экспериментального моделирования коркового вида катаракты in vivo Корсакова Н.В. заявл. 18.01.2011 г.; опубл. 20.06.2015.

10. Sormacheva E.D., Sherin P.S., Tsentalovich Y.P. Dimerization and oxidation of tryptophan in UV-A photolysis sensitized by kynurenic acid / E.D. Sormacheva, P.S. Sherin, Y.P. Tsentalovich // Free Radic Biol Med. - 2017. - 113. - P. 372-384.

11. Котеров А.Н., Ушенкова Л.Н, Зубенкова Э.С., Вайнсон А.А., Бирюков А.П. Соотношение возрастов основных лабораторных животных (мышей, крыс, хомяков и собак) и человека: актуальность для проблемы возрастной радиочувствительности и анализ опубликованных данных / А.Н. Котеров, Л.Н. Ушенкова, Э.С. Зубенкова, А.А. Вайнсон, А.П. Бирюков // Медицинская радиология и радиационная безопасность. - 2018. - Том 63. - № 1. - C. 5-27.

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии. Осуществляют ежедневное ультрафиолетовое облучение крыс в возрасте 10 месяцев длиной волны 300-350 нм мощностью 50 Вт на расстоянии 30 см в течение 20 мин, длительностью 6 месяцев. Перед облучением проводят двукратную инстилляцию мидриатиков и кератопротективного геля на основе сульфатированных гликозаминогликанов. После облучения наносят стимулятор репарации тканей на основе декспантенола. Способ позволяет активизировать процессы фотоокисления и кумуляции продуктов фотолиза в хрусталиковых клетках, которые служат патогенетическим фактором развития возрастной катаракты. 3 ил., 1 табл.

Способ моделирования катаракты на лабораторных крысах, заключающийся в ежедневном ультрафиолетовом облучении крыс в возрасте 10 месяцев длиной волны 300-350 нм мощностью 50 Вт на расстоянии 30 см в течение 20 мин, длительностью 6 месяцев, перед облучением проводят двукратную инстилляцию мидриатиков и кератопротективного геля на основе сульфатированных гликозаминогликанов, после облучения наносят стимулятор репарации тканей на основе декспантенола.