Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54458 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БИОФИЗИКА ECOLOGICAL BIOPHYSICS ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БИОФИЗИКА EVALUATION OF THE ENVIRONMENTAL TOXICITY OF AQUEOUS SOLUTIONS WITH LOW XENOBIOTICS DOSES ON BLOOD DONOR CELLS USING A POTENTIAL-SENSITIVE FLUORESCENT PROBE ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ТОКСИЧНОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ КСЕНОБИОТИКОВ В МАЛЫХ ДОЗАХ НА КЛЕТКАХ ДОНОРСКОЙ КРОВИ C ПОМОЩЬЮ ПОТЕНЦИАЛ-ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО ЗОНДА Морозова Г И Morozova G I gimorozova@mail.ru Козлова М А Kozlova M A mblshok@mail.ru Акшинцев А А Akshintsev A A Российский университет дружбы народов ru Russian Peoples' Friendship University ru Институт водных проблем РАН ru Water Problems Institute of RAS ru Институт водных проблем РАН ru Water Problems Institute of RAS ru 25 09 2019 25 09 2019 4 3 428 434 20 09 2019 20 09 2019 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54458/view

С целью оценки опасности для живых организмов вод, загрязнённых ксенобиотиками (КБ), исследовали влияние малых доз водорастворимых веществ: противоопухолевого циклофосфамида (Ц), гормона дексаметазона (Д) и сульфата цинка (Zn) на сумму трансмембранных потенциалов на внешней и митохондриальной мембранах (ТМП) мононуклеарных (МН) клеток, выделенных из донорской крови, и на энергетическую активность популяций (ЭАП) клеток. Доза-зависимые эффекты в МН клетках оценивали по изменению интенсивности и цвета флуоресценции зонда-катиона 4-(n-диметиламиностирил)-1-метилпиридиния (ДСМ) в митохондриях и ядрах клеток с помощью микроскопа-микрофлуориметра или на проточном цитометре. Экспериментально установлены пороговые дозы исследуемых веществ. Выявлена сравнительная безопасность Д в дозах (10-4-10-6) мг/л, но в дозе 2∙10-3 мг/л обнаружен модулирующий эффект Д на показатель ЭАП. Установлено снижение ЭАП в активных МН клетках во всём диапазоне выбранных концентраций Ц. В сравнительных опытах с исходно низкими ТМП в МН клетках, обнаружен стимулирующий эффект малой дозы Ц (10-5 мг/л) на митохондрии некоторых клеток. В соответствие с электродиффузной теорией при длительном воздействии на организм малые дозы катионных лекарств могут быть токсичны для энергетического статуса иммунных клеток.

In order to evaluate the danger of waters contaminated with xenobiotics for the living organisms, the effect of low doses of water-soluble substances was investigated. In particular, we used the following substances: antitumor drug Cyclophosphamide (C), hormone Dexamethasone (D), and Zinc sulfate (Zn). All they acted on the total transmembrane potential of the plasma and mitochondrial membranes (TMP) and on energy activity of the population (EAP) of mononuclear (MN) cells isolated from donor blood. Dose-dependent effects of substances were evaluated by the changes in the fluorescence intensity and color of cationic probe 4-(n-dimethylaminostyryl)-1-methylpyridinium(DSM) in the cell mitochondria and nuclei using microfluorometer and flow cytometer. Experimentally threshold doses of test substances were established. A relative safety of small D doses (10-4-10-6) mg/l was revealed. But at the dose 2∙10-3 mg /l a modulating D-effect concerning the indicator of EAP was found. Some decrease in EAP of the active MN cells was detected in almost whole range of C concentrations. However, in comparative experiments on MN with low TMP levels, the mitochondria stimulating C-effect (2∙10-5 mg/l) was found. The presence of Zn and C (10-3 mg/l) in cell suspensions decrease in TMP and EAP. According to electrodiffusion theory, with long-term exposure to the body, small doses of cationic drugs can be toxic to the energy status of immune cells.

 экологическая токсичность дексаметазон циклофосфамид сульфат цинка флуоресцентный зонд ДСМ мононуклеарные клетки крови энергетическая активность митохондрии трансмембранный потенциал environmental toxicity dexamethasone с yclophosphamide zinc sulfate fluorescent probe DSM mononuclear blood cells energy activity mitochondria transmembrane potential Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-17-00672).

Barenboim G.M., Kozlova M.A. Pollution of Sources of Drinking Water Supply of Large Cities with Pharmaceuticals (the Example of Moscow, Russia). Water Resources, 2018, vol. 45, no. 6, pp. 925-936. Barenboim G.M., Kozlova M.A. Pollution of Sources of Drinking Water Supply of Large Cities with Pharmaceuticals (the Example of Moscow, Russia). Water Resources, 2018, vol. 45, no. 6, pp. 925-936. Santos L., Araujo A., Fachini A. et al. Ecotoxicological aspects related to the presence of pharmaceuticals in the aquatic environment. Journal of Hazardous Materials, 2010, vol. 175(1-3), pp. 45-95. Santos L., Araujo A., Fachini A. et al. Ecotoxicological aspects related to the presence of pharmaceuticals in the aquatic environment. Journal of Hazardous Materials, 2010, vol. 175(1-3), pp. 45-95. Добрецов Г.Е. Флуоресцентные зонды в исследовании клеток, мембран и липопротеинов. М.: Наука, 1989, 277 с. [Dobretsov G. E. Fluorescent probes in the study of cells, membranes and lipoproteins. M.: Science, 1989, 277 p. (In Russ.)] Dobrecov G.E. Fluorescentnye zondy v issledovanii kletok, membran i lipoproteinov. M.: Nauka, 1989, 277 s. [Dobretsov G. E. Fluorescent probes in the study of cells, membranes and lipoproteins. M.: Science, 1989, 277 p. (In Russ.)] Cкулачев В.П. Энергетика биологических мембран. М.: Наука, 1989, 123 c. @@[Skulachev V.P. Energy of biological membranes. M.: Science, 1989, 123 p. (In Russ.)] Ckulachev V.P. Energetika biologicheskih membran. M.: Nauka, 1989, 123 c. @@[Skulachev V.P. Energy of biological membranes. M.: Science, 1989, 123 p. (In Russ.)] Добрецов Г.Е., Косников В.В., Морозова Г.И., Лихачева Л.М., Айдыралиев Р.К., Владимиров Ю.А. Измерение градиента концентрации флуоресцентного зонда-катиона ДСМ на цитоплазматической и митохондриальной мембранах. Биологические мембраны, 1986, т. 3, № 3, с. 266-273. @@[Dobretsov G.E., Kosnikov V.V., Morozova G.I., Likhacheva L.M., Aidaraliev R.K., Vladimirov Yu.A. Measurement of the concentration gradient of the fluorescent probe-cation DSM on the cytoplasmic and mitochondrial membranes. Biological membranes, 1986, vol. 3, no. 3, pp. 266-273. (In Russ.)] Dobrecov G.E., Kosnikov V.V., Morozova G.I., Lihacheva L.M., Aydyraliev R.K., Vladimirov Yu.A. Izmerenie gradienta koncentracii fluorescentnogo zonda-kationa DSM na citoplazmaticheskoy i mitohondrial'noy membranah. Biologicheskie membrany, 1986, t. 3, № 3, s. 266-273. @@[Dobretsov G.E., Kosnikov V.V., Morozova G.I., Likhacheva L.M., Aidaraliev R.K., Vladimirov Yu.A. Measurement of the concentration gradient of the fluorescent probe-cation DSM on the cytoplasmic and mitochondrial membranes. Biological membranes, 1986, vol. 3, no. 3, pp. 266-273. (In Russ.)] Морозова Г.И., Онищенко Н.А.¸ Оржеховская И. Г., Коробкова Е. Н., Полосина О. В., Базиева Ф.Х., Баукина О.В. Микрофлуориметрический метод идентификации и оценки физиологического состояния лимфоцитов и нейтрофилов в цельной нативной крови с помощью флуоресцентного зонда-катиона ДСМ: клиника и эксперимент. Гематология и трансфузиология, 1997, т. 42, № 3, с. 43-47. @@[Morozova G.I., Onishchenko N.A., Orzechowska I.G., Korobkova E.N., Polosin V.O., Baziyeva F.H., Baukina O.V. Microfluorimetric identificaition and assessment of the physiological state of lymphocytes and neutrophils in whole native blood by means of fluorescent probe-cation DSM: clinical and experimental data. Gematal. Transfuziol., 1997, vol. 42, no. 3, pp. 43-47. (In Russ.)] Morozova G.I., Onischenko N.A.¸ Orzhehovskaya I. G., Korobkova E. N., Polosina O. V., Bazieva F.H., Baukina O.V. Mikrofluorimetricheskiy metod identifikacii i ocenki fiziologicheskogo sostoyaniya limfocitov i neytrofilov v cel'noy nativnoy krovi s pomosch'yu fluorescentnogo zonda-kationa DSM: klinika i eksperiment. Gematologiya i transfuziologiya, 1997, t. 42, № 3, s. 43-47. @@[Morozova G.I., Onishchenko N.A., Orzechowska I.G., Korobkova E.N., Polosin V.O., Baziyeva F.H., Baukina O.V. Microfluorimetric identificaition and assessment of the physiological state of lymphocytes and neutrophils in whole native blood by means of fluorescent probe-cation DSM: clinical and experimental data. Gematal. Transfuziol., 1997, vol. 42, no. 3, pp. 43-47. (In Russ.)] Морозова Г.И., Корнилаева Г.В., Подчерняева Р.Я., Куленич Т.М., Боженко В.К. Исследование влияния КВЧ-излучения миллиметрового диапазона на мембранные структуры в культуре Т-лимфобластоидных клеток с помощью флуоресцентного зонда-катиона ДСМ. Биомедицинская радиоэлектроника, 2014, № 11, с. 31-38. @@[Morozova G.I., Kornilaeva G.V., Podchernyaeva R.Ya., Kulenich T.M., Bozhenko V.K. Study of influence millimeter-wave EHF-irradiation on membrane structures of the T-lymphoblastoid cells culture using a fluorescent probe-cation DSM. Biomedicine Radioengineering, 2014, no. 11, pp. 31-38. (In Russ.)] Morozova G.I., Kornilaeva G.V., Podchernyaeva R.Ya., Kulenich T.M., Bozhenko V.K. Issledovanie vliyaniya KVCh-izlucheniya millimetrovogo diapazona na membrannye struktury v kul'ture T-limfoblastoidnyh kletok s pomosch'yu fluorescentnogo zonda-kationa DSM. Biomedicinskaya radioelektronika, 2014, № 11, s. 31-38. @@[Morozova G.I., Kornilaeva G.V., Podchernyaeva R.Ya., Kulenich T.M., Bozhenko V.K. Study of influence millimeter-wave EHF-irradiation on membrane structures of the T-lymphoblastoid cells culture using a fluorescent probe-cation DSM. Biomedicine Radioengineering, 2014, no. 11, pp. 31-38. (In Russ.)] Morozova G.I., Parkhomenko T.V., Klitsenko O.A., Tomson V.V. Stimulating effect of erythropoietin on thy timocyte energetics established in vitro with a potential-sensitive fluorescent probe in the mitochondria. Biochem. Suppl. Series A: Membrane and Cell Biology, 2007, vol. 1, no. 4, pp. 325-330. Morozova G.I., Parkhomenko T.V., Klitsenko O.A., Tomson V.V. Stimulating effect of erythropoietin on thy timocyte energetics established in vitro with a potential-sensitive fluorescent probe in the mitochondria. Biochem. Suppl. Series A: Membrane and Cell Biology, 2007, vol. 1, no. 4, pp. 325-330. Морозова Г.И., Полетаев А.И., Борщевская Т.А. Инвертированный электрохимический потенциал на ядерной мембране клеток и его связь с клеточной энергетикой. Сборник докладов 2-го съезда биофизиков России, 1999, с. 256-257. @@[Morozova G. I., Poletaev A.I., Borschevskaya T.A. Inverted electrochemical potential on the nuclear membrane of cells and its relationship with cellular energy. Reports of the 2nd Russia biophysicists Congress, 1999, pp. 256-257. (In Russ.)] Morozova G.I., Poletaev A.I., Borschevskaya T.A. Invertirovannyy elektrohimicheskiy potencial na yadernoy membrane kletok i ego svyaz' s kletochnoy energetikoy. Sbornik dokladov 2-go s'ezda biofizikov Rossii, 1999, s. 256-257. @@[Morozova G. I., Poletaev A.I., Borschevskaya T.A. Inverted electrochemical potential on the nuclear membrane of cells and its relationship with cellular energy. Reports of the 2nd Russia biophysicists Congress, 1999, pp. 256-257. (In Russ.)] Toshakov V.G., Morozova G.I., Onishchenko N.A. Energy metabolism of cryopreved rad hehatocytes. Cryo-letters, 1991, no. 12, рр. 259-272 Toshakov V.G., Morozova G.I., Onishchenko N.A. Energy metabolism of cryopreved rad hehatocytes. Cryo-letters, 1991, no. 12, rr. 259-272 Долматова Л.С., Уланова О.А., Долматов И.Ю. Сравнительное исследование действия дексаметазона и нового экстракта из голотурий на уровень цитокиноподобных веществ в отдельных типах иммуноцитов голотурии Eupentacta fraudatrix. Тихоокеанский медицинский журнал, 2014, № 1, с. 34-38. @@[Dolmatova L.S., Ivanov O.A., Dolmatov I.Yu. A comparative study of the dexamethasone and a new extract from holothuria effect on the level of cytokine-like substances in certain types of immunocytes of holothuria Eupentacta fraudatrix. Tikhookeanskiy meditsinskiy zhurnal, 2014, no.1, pp. 34 -38. (In Russ.)] Dolmatova L.S., Ulanova O.A., Dolmatov I.Yu. Sravnitel'noe issledovanie deystviya deksametazona i novogo ekstrakta iz goloturiy na uroven' citokinopodobnyh veschestv v otdel'nyh tipah immunocitov goloturii Eupentacta fraudatrix. Tihookeanskiy medicinskiy zhurnal, 2014, № 1, s. 34-38. @@[Dolmatova L.S., Ivanov O.A., Dolmatov I.Yu. A comparative study of the dexamethasone and a new extract from holothuria effect on the level of cytokine-like substances in certain types of immunocytes of holothuria Eupentacta fraudatrix. Tikhookeanskiy meditsinskiy zhurnal, 2014, no.1, pp. 34 -38. (In Russ.)] Телегин Л.Ю. Фармакогенетика циклофосфамида. М.: НИЦ ИНФРА-М, 2017, 78 с. @@[Telegin L.Yu. Pharmacogenetics of cyclophosphamide. M.: Research Center INFRA-M, 2017, 78 p. (In Russ.)] Telegin L.Yu. Farmakogenetika ciklofosfamida. M.: NIC INFRA-M, 2017, 78 s. @@[Telegin L.Yu. Pharmacogenetics of cyclophosphamide. M.: Research Center INFRA-M, 2017, 78 p. (In Russ.)] Ковальчук Л.В. [и др.] Иммунология: практикум: учебное пособие. ГЭОТАР-Медиа, 2010, 176 с. @@[Kovalchuk L. V. [et al.] Immunology: practicum: textbook. GEOTAR-Media: 2010, 176 p. (In Russ.)] Koval'chuk L.V. [i dr.] Immunologiya: praktikum: uchebnoe posobie. GEOTAR-Media, 2010, 176 s. @@[Kovalchuk L. V. [et al.] Immunology: practicum: textbook. GEOTAR-Media: 2010, 176 p. (In Russ.)] Бейли И.Н. Статистические методы в биологии. М.: Наука, 1963, 277 с. @@[Bailey I.N. Statistical methods in biology. M.: Science, 1963, 277 p. (In Russ.)] Beyli I.N. Statisticheskie metody v biologii. M.: Nauka, 1963, 277 s. @@[Bailey I.N. Statistical methods in biology. M.: Science, 1963, 277 p. (In Russ.)] Rink T.J., Montcucco C., Hesketh T.R., Tsien R.V. Lumphocyte membrane potential assessed with fluorescent probes. Biochim. and biophys. Acta, 1980, vol. 595, no.1, рp. 15-30. Rink T.J., Montcucco C., Hesketh T.R., Tsien R.V. Lumphocyte membrane potential assessed with fluorescent probes. Biochim. and biophys. Acta, 1980, vol. 595, no.1, rp. 15-30. Хайдуков С.В., Зурочка А.В. Проточная цитометрия как современный анализа в биологии и медицине, 2007, т. 9, № 5, с. 373-378. @@[Khaydukov S.V., Zurotchka A.V. Flow cytometry as a modern analysis in biology and medicine, 2007, vol. 9, no. 5, pp. 373-378. (In Russ.)] Haydukov S.V., Zurochka A.V. Protochnaya citometriya kak sovremennyy analiza v biologii i medicine, 2007, t. 9, № 5, s. 373-378. @@[Khaydukov S.V., Zurotchka A.V. Flow cytometry as a modern analysis in biology and medicine, 2007, vol. 9, no. 5, pp. 373-378. (In Russ.)] Твердислов В.А., Тихонов А.Н., Яковенко Л.В. Физические механизмы функционирования биологических мембран. М.: МГУ, 1987,187 с. @@[Tverdislov V.A., Tikhonov A.N., Yakovenko L.V. Physical mechanisms of biological membranes functioning. M.: Moscow State University, 1987, 187 p. (In Russ.)] Tverdislov V.A., Tihonov A.N., Yakovenko L.V. Fizicheskie mehanizmy funkcionirovaniya biologicheskih membran. M.: MGU, 1987,187 s. @@[Tverdislov V.A., Tikhonov A.N., Yakovenko L.V. Physical mechanisms of biological membranes functioning. M.: Moscow State University, 1987, 187 p. (In Russ.)] Забродский П.Ф., Теректюк Т.С., Плахута И.А, Серов В.В. Особенности фармакологической регуляции нарушений иммунного ответа, обусловленных применением циклофосфамида. Вестник Вогоградского ГМУ, т. 21, № 1, с. 39-41. @@[Zabrodskii P.F., Terentyuk T.S., Plakhuta I.A., Serov V.V. Peculiarities of pharmacological regulation of the immune response violations resulting from the application of cyclophosphamide. Vestnik of Volgograd GMU, vol. 21, no.1, pp. 39-41. (In Russ.)] Zabrodskiy P.F., Terektyuk T.S., Plahuta I.A, Serov V.V. Osobennosti farmakologicheskoy regulyacii narusheniy immunnogo otveta, obuslovlennyh primeneniem ciklofosfamida. Vestnik Vogogradskogo GMU, t. 21, № 1, s. 39-41. @@[Zabrodskii P.F., Terentyuk T.S., Plakhuta I.A., Serov V.V. Peculiarities of pharmacological regulation of the immune response violations resulting from the application of cyclophosphamide. Vestnik of Volgograd GMU, vol. 21, no.1, pp. 39-41. (In Russ.)]