Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 55124 10.29039/rusjbpc.2022.0546 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ FEATURES OF PROTEIN-INDUCED ASSOCIATES AT SUPERHIGH DILUTION OF ANTIBODIES TO INTERFERON-γ ОСОБЕННОСТИ БЕЛОК-ИНДУЦИРОВАННЫХ АССОЦИАТОВ ПРИ СВЕРХВЫСОКОМ РАЗВЕДЕНИИ АНТИТЕЛ К ИНТЕРФЕРОНУ-γ Масленникова О. М. Maslennikova O. M. o.m.maslennikova@gmail.com Сибирев А. Л. Sibirev A. L. alsibirev@mail.ru Шипко М. Н. Shipko M. N. michael-1946@mail.ru Степович М. А. Stepovich M. A. m.stepovich@rambler.ru Центральная государственная медицинская академия Управления делами Президента Российской Федерации Москва Россия Central State Medical Academy of Department of Presidential Affairs Moscow Russian Federation Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина Иваново Россия Lenin Ivanovo State Power Engineering University Ivanovo Russian Federation Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина Иваново Россия Lenin Ivanovo State Power Engineering University Ivanovo Russian Federation Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского Калуга Россия Tsiolkovsky Kaluga State University Kaluga Russian Federation 28 09 2022 28 09 2022 7 3 467 475 20 09 2022 20 09 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/55124/view

Изучены возможности использования каналирования низкоэнергетических (9-13 кэВ) электронов для определения характера изменений позиционного порядка в расположении молекулярных комплексов воды и белок-индуцированных ассоциатов при сверхвысоком разведении антител к интерферону-γ без и в присутствии вспомогательных веществ. Использован метод газоразрядной визуализации, позволяющий регистрировать параметры лавиностримерного разряда, вызванного полевой эмиссией электронов, проходящих через объёмную часть и поверхность капли исследованных растворов. Исследования структурной организации растворов лекарственных средств осуществляли на растворах поликлональных афинно-очищенных человеческих антител к интерферону-γ. Растворы получали путем многократного разведения антител в очищенной воде. Использовали растворы, соответствующие четырем концентрационным точкам антител. Анализ картин газоразрядного изображения растворов позволил определить стереографические проекции каналов движения электронов, сформированных молекулярными комплексами растворов, а также энергию и среднюю концентрацию электронов, их распределение по энергиям, связанных с особенностями ближнего порядка, спецификой процессов самоорганизации. Полученные результаты указывают на значительные изменения водно-дисперсной среды в процессе её разбавления человеческими антителами к интерферону-γ.

The possibilities of using the channeling of low-energy (9-13 keV) electrons to determine the nature of changes in the positional order in the arrangement of molecular complexes of water and protein-induced associates at ultrahigh dilution of antibodies to interferon-γ without and in the presence of excipients were studied. We used the method of gas-discharge visualization, which makes it possible to record the parameters of the avalanche-streamer discharge caused by the field emission of electrons passing through the bulk and surface of the drop of the studied solutions. Studies of the structural organization of drug solutions were carried out on solutions of polyclonal affinity-purified human antibodies to interferon-γ. Solutions were obtained by repeated dilution of antibodies in purified water. Used solutions corresponding to four concentration points of antibodies. An analysis of the patterns of the gas-discharge image of solutions made it possible to determine the stereographic projections of the channels of electron motion formed by molecular complexes of solutions, as well as the energy and average concentration of electrons, their energy distribution associated with the features of the short-range order, the specifics of self-organization processes. The results obtained indicate significant changes in the water-dispersed medium during its dilution with human antibodies to interferon-γ.

 растворы лекарственных средств каналирование электронов газоразрядная визуализаци сверхвысокое разведение антител к интерферону drug solutions electron channeling gas discharge imaging ultrahigh dilution of antibodies to interferon-γ

Tarasov Sergey A., Gorbunov Evgeniy A., Don Elena S., Emelyanova Alexandra G., Kovalchuk Alexander L., Yanamala Naveena A., Schleker Sylvia S., Klein-Seetharaman Judith, Groenestein Reno, Tafani Jean-Pierre, van der Meide Peter and Epstein Oleg I. Insights into the mechanism of action of highly diluted biologics. The Journal of Immunology, 2020, vol. 205, iss. 5, pp. 1345-1354, doi: 10.4049/jimmunol.2000098. Tarasov Sergey A., Gorbunov Evgeniy A., Don Elena S., Emelyanova Alexandra G., Kovalchuk Alexander L., Yanamala Naveena A., Schleker Sylvia S., Klein-Seetharaman Judith, Groenestein Reno, Tafani Jean-Pierre, van der Meide Peter and Epstein Oleg I. Insights into the mechanism of action of highly diluted biologics. The Journal of Immunology, 2020, vol. 205, iss. 5, pp. 1345-1354, doi: 10.4049/jimmunol.2000098. Don E., Van der Meide N., Egorov V., Putilovskiy M., Tarasov S. The level of natural anionantibodies to IFN-gamma in varicella infection treated with antiviral drug Anaferon for children: A pilot Stady. Immunology Letters, 2020, vol. 222, pp. 90-94, doi: 10.1016/j.imlet.2019.10.015. Don E., Van der Meide N., Egorov V., Putilovskiy M., Tarasov S. The level of natural anionantibodies to IFN-gamma in varicella infection treated with antiviral drug Anaferon for children: A pilot Stady. Immunology Letters, 2020, vol. 222, pp. 90-94, doi: 10.1016/j.imlet.2019.10.015. Эпштейн О.И. Сверхмалые дозы (история одного исследования). М: РАМН, 2008, 334 с. [Epshteyn O.I. Sverkhmalyye dozy (istoriya odnogo issledovaniya). M: RAMN, 2008, 334 s. (In Russ.)] Epshteyn O.I. Sverkhmalyye dozy (istoriya odnogo issledovaniya). M: RAMN, 2008, 334 s. (In Russ.) Сыроешкин А.В., Плетнева Т.В., Морозова М.А. Успенская Е.В., Титорович О.В., Лесников Е.В., Добровольский В.И. О возможности применения лазерного метода для контроля качества высоких разведений жидких лекарственных средств. Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения, 2016, № 3, с. 31-36. Syroyeshkin A.V., Pletneva T.V., Morozova M.A. Uspenskaya Ye.V., Titorovich O.V., Lesnikov Ye.V., Dobrovolʹskiy V.I. O vozmozhnosti primeneniya lazernogo metoda dlya kontrolya kachestva vysokikh razvedeniy zhidkikh lekarstvennykh sredstv. Vedomosti Nauchnogo tsentra ekspertizy sredstv meditsinskogo primeneniya, 2016, no. 3, pp. 31-36. (In Russ.) Шипко М.Н., Степович М.А., Сибирев А.Л., Усольцева Н.В., Масленникова О.М., Смирнова А.И. Магнитоимпульсное воздействие на структурное состояние растворов поверхностно-активных веществ. Известия РАН. Серия физическая, 2018, т. 82, № 8, с. 1058-1062. Shipko M.N., Stepovich M.A., Sibirev A.L., Usolʹtseva N.V., Maslennikova O.M., Smirnova A.I. Magnitoimpulʹsnoye vozdeystviye na strukturnoye sostoyaniye rastvorov poverkhnostno-aktivnykh veshchestv. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, 2018, vol. 82, no. 8, pp. 1058-1062, doi: 10.1134/S0367676518080367 (In Russ.) Shipko M.N., Stepovich M.A., Sibirev A.L. Usoltzeva N.B., Maslennikova O.M. and Smirnova A.I. Impact of Magnetic Pulse on the Structural State of Surfactant Solutions. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2018, vol. 82, no. 8, pp. 956-960, doi: 10.3103/S1062873818080361. Shipko M.N., Stepovich M.A., Sibirev A.L. Usoltzeva N.B., Maslennikova O.M. and Smirnova A.I. Impact of Magnetic Pulse on the Structural State of Surfactant Solutions. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2018, vol. 82, no. 8, pp. 956-960, doi: 10.3103/S1062873818080361. Горбунов А.М., Ильенко В.А., Владимирова Е.С. Фармакологическое действие водных препаратов, водных растворов лекарственных средств и воды модифицированной электромагнитным полем. Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине: Научные труды VIII международного конгресса, СПб, 2015, т. 7, с. 31-32. Gorbunov A.M., Ilʹyenko V.A., Vladimirova Ye.S. Farmakologicheskoye deystviye vodnykh preparatov, vodnykh rastvorov lekarstvennykh sredstv i vody modifitsirovannoy elektromagnitnym polem. Slabyye i sverkhslabyye polya i izlucheniya v biologii i meditsine: Nauchnyye trudy VIII mezhdunarodnogo kongressa, SPb, 2015, vol. 7, pp. 31-32. (In Russ.) Шипко М.Н., Усольцева Н.В., Сибирев А.Л. Масленникова О.М., Смирнова А.И., Степович М.А., Габдулсадыкова Г.Ф. Влияние импульсных электромагнитных полей на позиционный и ориентационный порядок в водных растворах цетилтриметиламмония бромистого. Жидкие кристаллы и их практическое использование, 2018, т. 18, № 1, c. 47-54. Shipko M.N., Usolʹtseva N.V., Sibirev A.L. Maslennikova O.M., Smirnova A.I., Stepovich M.A., Gabdulsadykova G.F. Vliyaniye impulʹsnykh elektromagnitnykh poley na pozitsionnyy i oriyentatsionnyy poryadok v vodnykh rastvorakh tsetiltrimetilammoniya bromistogo. Zhidkiye kristally i ikh prakticheskoye ispolʹzovaniye, 2018, vol. 18, no. 1, pp. 47-54, doi: 10.18083/LCAppl.2018.1.47. (In Russ.) Шипко М.Н., Степович М. А., Сибирев А.Л, Мельникова О.С., Смирнова А.И., Усольцева Н.В. Ориентационные эффекты при каналировании киловольтных электронов в жидких средах. Известия РАН. Серия физическая, 2020, т. 84, № 7, с. 994-997. Shipko M.N., Stepovich M.A., Sibirev A.L, Melʹnikova O.S., Smirnova A.I., Usolʹtseva N.V. Oriyentatsionnyye effekty pri kanalirovanii kilovolʹtnykh elektronov v zhidkikh sredakh. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, 2020, vol. 84, no. 7, pp. 994-997, doi: 10.31857/S0367676520070273. (In Russ.) Shipko M.N., Stepovich M.A., Sibirev A.L., Melnikova O.S., Smirnova A.I., Usoltzeva N.B. Orientational Effects of Kilovolt Electron Channeling in Liquid Media. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2020, vol. 84, no. 7, pp. 820-823, doi: 10.3103/S1062873820070266. Shipko M.N., Stepovich M.A., Sibirev A.L., Melnikova O.S., Smirnova A.I., Usoltzeva N.B. Orientational Effects of Kilovolt Electron Channeling in Liquid Media. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2020, vol. 84, no. 7, pp. 820-823, doi: 10.3103/S1062873820070266. Успенская Е.В., Сыроешкин А.В., Смирнов А.И. Гончарук В.В., Плетенева Т.В., Лапшин В.Б. Структура воды и лазерные экспpесс-методы определения подлинности. Фармация, 2007, № 5, с. 21-23. Uspenskaya E.V., Syroyeshkin A.V., Smirnov A.I. Goncharuk V.V., Pleteneva T.V., Lapshin V.B. Struktura vody i lazernyye eksppess-metody opredeleniya podlinnosti. Farmatsiya, 2007, no. 5, pp. 21-23. (In Russ.) Bunkin N., Shkirin A.V., Penkov N.V., Chirikov S., Ignatiev P.S., Kozlov V.A. The Physical Nature of Mesoscopic Inhomogeneities in Highly Diluted Aqueous Suspensions of Protein Particle. Phisical of Wave Phenomena, 2019, vol. 27, no. 2, pp. 102-112, doi: 10.3103/S1541308X19020043. Bunkin N., Shkirin A.V., Penkov N.V., Chirikov S., Ignatiev P.S., Kozlov V.A. The Physical Nature of Mesoscopic Inhomogeneities in Highly Diluted Aqueous Suspensions of Protein Particle. Phisical of Wave Phenomena, 2019, vol. 27, no. 2, pp. 102-112, doi: 10.3103/S1541308X19020043. Сыроешкин А.В., Смирнов А.Н., Гончарук В.В., Успенская Е.В., Николаев Г.М., Попов П.И., Кармазина Т.В., Самсони-Тодоров А.О., Лапшин В.Б. Вода как гетерогенная структура. Исследовано в России. Электронный журнал, 2006, c. 843-854. Syroyeshkin A.V., Smirnov A.N., Goncharuk V.V., Uspenskaya E.V., Nikolayev G.M., Popov P.I., Karmazina T.V., Samsoni-Todorov A.O., Lapshin V.B. Voda kak geterogennaya struktura, Issledovano v Rossii. Elektronnyy zhurnal, 2006, pp. 843-854. (In Russ.) Ульянцев А.С., Успенская Е.В., Плетнева Т.В., Попов П.И., Самсони-Тодоров А.О., Гончарук В.В., Сыроешкин А.В. Экспресс-метод определения подлинности водных растворов лекарственных средств. Химико-терапевтический журнал, 2009, т. 43, № 12, с. 47-51. Ulʹyantsev A.S., Uspenskaya E.V., Pletneva T.V., Popov P.I., Samsoni-Todorov A.O., Goncharuk V.V., Syroyeshkin A.V. Ekspress-metod opredeleniya podlinnosti vodnykh rastvorov lekarstvennykh sredstv. Khimiko-terapevticheskiy zhurnal, 2009, vol. 43, no. 12, pp. 47-51. (In Russ.) Высоцкий В.И., Карлаш А.Ю. Особенности селективного транспорта и каналирования ионов в водной среде в каналах биологических мембран. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2010, № 12, c. 64-71. Vysotskiy V.I., Karlash A.YU. Osobennosti selektivnogo transporta i kanalirovaniya ionov v vodnoy srede v kanalakh biologicheskikh membran. Poverkhnostʹ. Rentgenovskiye, sinkhrotronnyye i neytronnyye issledovaniya, 2010, no. 12, pp. 64-71. (In Russ.) Мельникова К.Н., Вислобоков А.И., Колпакова М.Э., Борисова В.А., Игнатов Ю.Д. Калиевые ионные каналы клеточных мембран. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии, 2009, т. 7, № 1, с. 3-27. Melʹnikova K.N., Vislobokov A.I., Kolpakova M.E., Borisova V.A., Ignatov Yu.D. Kaliyevyye ionnyye kanaly kletochnykh membran. Obzory po klinicheskoy farmakologii i lekarstvennoy terapii, 2009, vol. 7, no. 1, pp. 3-27. (In Russ.) Рябов В.А. Эффект каналирования. М.: Энергоатомиздат, 1994, 239 с. Ryabov V.A. Effekt kanalirovaniya. M.: Energoatomizdat, 1994, 239 p. (In Russ.) Масленникова О.М., Шипко М.Н., Сибирёв А.Л., Степович М.А., Никонорова В.Г. О диагностическом потенциале метода газоразрядной визуализации в оценке эффективности препаратов для лечения сердечно-сосудистой патологии. Кремлевская медицина. Клинический вестник, 2021, № 4, с. 91-96. Maslennikova O.M., Shipko M.N., Sibirev A.L., Stepovich M.A., Nikonorova V.G. O diagnosticheskom potentsiale metoda gazorazryadnoy vizualizatsii v otsenke effektivnosti preparatov dlya lecheniya serdechno-sosudistoy patologii. Kremlevskaya meditsina. Klinicheskiy vestnik, 2021, no. 4, pp. 91-96. (In Russ.) Шипко М.Н., Сибирев А.Л., Масленникова О.М. Степович М.А. Использование каналирования киловольтных электронов для изучения структуры жидких объектов. Сб. научных трудов VI съезда биофизиков России, 2019, т. 1, с. 395-396. Shipko M.N., Sibirev A.L., Maslennikova O.M. Stepovich M.A. Ispolʹzovaniye kanalirovaniya kilovolʹtnykh elektronov dlya izucheniya struktury zhidkikh obʺyektov. Sb. nauchnykh trudov VI sʺyezda biofizikov Rossii, 2019, vol. 1, pp. 395-396. (In Russ.) Шеин А.А., Хлебный Е.С., Кершенгольц Б.М. Газоразрядная визуализация - перспективы количественного и качественного определения веществ в жидкофазных растворах и смесях. Успехи современного естествознания, 2004, № 7, с. 43. Shein A.A., Khlebnyy Ye.S., Kershengolʹts B.M. Gazorazryadnaya vizualizatsiya -perspektivy kolichestvennogo i kachestvennogo opredeleniya veshchestv v zhidkofaznykh rastvorakh i smesyakh, Uspekhi sovremennogo yestestvoznaniya, 2004, no. 7, pp. 43. (In Russ.) Яковлева Е.Г. Диагностические возможности метода ГРВ-биоэлектрографии (обзор литературы). Вестник новых медицинских технологий, 2013, № 1, с. 8. Yakovleva E.G. Diagnosticheskiye vozmozhnosti metoda GRV-bioelektrografii (obzor literatury). Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy, 2013, no. 1, p. 8. (In Russ.) Клеман М., Лаврентович О.Д. Основы физики частично упорядоченных сред: жидкие кристаллы, коллоиды, фрактальные структуры, полимерные биологические объекты: пер. с англ. Физматлит, 2007, 680 с. Kleman M., Lavrentovich O.D. Osnovy fiziki chastichno uporyadochennykh sred: zhidkiye kristally kolloidy, fraktalʹnyye struktury, polimernyye biologicheskiye obʺyekty: per. s angl. Fizmatlit, 2007, 680 p. (In Russ.) Zhou Y.F., Morais-Cabral J., Kaufman A., MacKinnon R. Chemistry of ion coordination and hidratation revealed by a K+ channel-Fab compleх at 2.0 Å resolution. Nature, 2001, vol. 414, no. 6859, pp. 43-48, doi: 10.1038/35102009. Zhou Y.F., Morais-Cabral J., Kaufman A., MacKinnon R. Chemistry of ion coordination and hidratation revealed by a K+ channel-Fab complex at 2.0 Å resolution. Nature, 2001, vol. 414, no. 6859, pp. 43-48, doi: 10.1038/35102009. Коротков К.Г., Орлов Д.В., Величко Е.Н. Применение метода газоразрядной визуализации для анализа различных жидкостей. Изв. вузoв, Приборостроение, 2011, т. 54, № 12. с. 40-46. Korotkov K.G., Orlov D.V., Velichko E.N. Primeneniye metoda gazorazryadnoy vizualizatsii dlya analiza razlichnykh zhidkostey. Izv. vuzov, Priborostroyeniye, 2011, vol. 54, no. 12, pp. 40-46. (In Russ.) Коротков К.Г. Принципы анализа ГРВ биоэлектрографии. Санкт-Петербург: Реноме, 2007, 286 с. Korotkov K.G. Printsipy analiza GRV bioelektrografii. Sankt-Peterburg: Renome, 2007, 286 p. (In Russ.) Stepovich M.A., Maslennikova O.M., Shipko M.N., Sibirev A.L., Chrishtop V.V. The Use of Gas Discharge Visualization for Identifying Structured Peculiarities of Blood Components: Plasma, Platelets, and Erythrocytes. Journal of Cardiology and Cardiovascular Therapy, 2018, vol. 9, iss. 4, art. no. 555770. Stepovich M.A., Maslennikova O.M., Shipko M.N., Sibirev A.L., Chrishtop V.V. The Use of Gas Discharge Visualization for Identifying Structured Peculiarities of Blood Components: Plasma, Platelets, and Erythrocytes. Journal of Cardiology and Cardiovascular Therapy, 2018, vol. 9, iss. 4, art. no. 555770. Масленникова О.М., Сибирев А.Л., Криштоп В.В., Шипко М.Н., Степович М.А., Ленчер О.С. Исследование эффективности транспорта ионов К+ по каналам ионных обменников в присутствии лекарственных средств - активаторов калиевых каналов. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2021, т. 6, № 2, с. 269-274. Maslennikova O.M., Sibirev A.L., Krishtop V.V., Shipko M.N., Stepovich M.A., Lencher O.S. Issledovaniye effektivnosti transporta ionov K+ po kanalam ionnykh obmennikov v prisut·stvii lekarstvennykh sredstv - aktivatorov kaliyevykh kanalov. Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2021, vol. 6, no. 2, pp. 269-274. (In Russ.) Шаскольская М.П. Кристаллография. М: Высшая школа, 1976, 390 с. Shaskolʹskaya M.P. Kristallografiya. M: Vysshaya shkola, 1976, 390 p. (In Russ.) Bunkin N.F., Shkirin A.V., Ninham B.W., Chirikov S.N., Chaikov L.L., Penkov N.V., Kozlov V.A., Gudkov S.V. Shaking-Induced Aggregation and Flotation in Immunoglobulin Dispersions: Difference between Water and Water-Ethanol Mixtures. Amer. Chem. Soc., 2020, vol. 5, no. 24, pp. 14689-14701, doi: 10.1021/acsomega.0c01444. Bunkin N.F., Shkirin A.V., Ninham B.W., Chirikov S.N., Chaikov L.L., Penkov N.V., Kozlov V.A., Gudkov S.V. Shaking-Induced Aggregation and Flotation in Immunoglobulin Dispersions: Difference between Water and Water-Ethanol Mixtures. Amer. Chem. Soc., 2020, vol. 5, no. 24, pp. 14689-14701, doi: 10.1021/acsomega.0c01444. Бадеников А.В., Власов В.А., Волокитин Г.Г., Горленко Н.П., Клопотов А.А., Саркисов Ю.С. Активированная вода и модифицированные водные растворы в технологических процессах. Томск: ТГАСУ, 2017, 276 с. Badenikov A.V., Vlasov V.A., Volokitin G.G., Gorlenko N.P., Klopotov A.A., Sarkisov Yu.S. Aktivirovannaya voda i modifitsirovannyye vodnyye rastvory v tekhnologicheskikh protsessakh. Tomsk: TGASU, 2017, 276 p. (In Russ.) Эфендиев А.З., Эфендиев К.А. Каналирование газовых разрядов. Прикладная физика, 2007, № 1, c. 78-84. Efendiyev A.Z., Efendiyev K.A. Kanalirovaniye gazovykh razryadov. Prikladnaya fizika, 2007, no. 1, pp. 78-84. (In Russ.) Кощеев В.П., Штанов Ю.Н., Моргун Д.А. Правило распределения электронных и ядерных потерь энергии каналированных частиц. Известия РАН. Серия физическая, 2018, т. 82, № 2, с. 205-209. Koshcheyev V.P., Shtanov Yu.N., Morgun D.A. Pravilo raspredeleniya elektronnykh i yadernykh poterʹ energii kanalirovannykh chastits. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, 2018, vol. 82, no. 2, pp. 205-209, doi: 10.7868/S036767651802014X. (In Russ.)