Ukr.Biochem.J. 2018; Том 90, № 6, листопад-грудень, c. 70-81

doi: https://doi.org/10.15407/ubj90.06.070

Вплив фулерену С(60) на ішемічно-реперфузійну травму скелетного м’яза кінцівки щура: механокінетичний та біохімічний аналізи

Д. О. Заводовський1, С. Ю. Зай2, Т. Ю. Матвієнко1, Ю. І. Прилуцький1,
Н. Є. Нурищенко1, С. С. Парадізова3, Л. Л. Безух3, У. Ріттер4, П. Шарф4

1ННЦ «Інститут біології та медицини», Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна;
2Східноєвропейський національний університет імені Лесі Українки, Луцьк, Україна;
3ДУ «Територіальне медичне об’єднання МВС України по м. Києву», Україна;
4Інститут хімії та біотехнології, Технічний університет Ільменау, Німеччина;
e-mail: Lab@univ.kiev.ua

Вивчено вплив водно-колоїдного розчину фулерену C60 (C60FAS) на ішемічно-реперфузійну травму скелетного м’яза задньої кінцівки щура. Ушкодження скелетного м’яза були спричинені васкулярною ішемізацією тривалістю 3 год. Вплив C60FAS вивчали шляхом його внутрішньом’язової ін’єкції після 1 год реперфузії за різних доз введення: 1, 2 і 3 мг/кг маси тіла тварини. Як маркери ішемічного ушкодження м’язів було використано зміни механокінетичних параметрів скорочення ішемізованого скелетного м’яза за різних режимів функціонування та біохімічні параметри крові тварин, які було детально досліджено за дії C60FAS. Одержані результати вказують на перспективність використання C60FAS для зменшення наслідків ішемічної травми м’яза.

Ключові слова: , , ,


Посилання:

  1. Murdock M, Murdoch MM. Compartment syndrome: a review of the literature. Clin Podiatr Med Surg. 2012 Apr;29(2):301-10, viii. PubMed, CrossRef
  2. Erkut B, Özyazıcıoğlu A, Karapolat BS, Koçoğulları CU, Keles S, Ateş A, Gundogdu C, Kocak H. Effects of ascorbic Acid, alpha-tocopherol and allopurinol on ischemia-reperfusion injury in rabbit skeletal muscle: an experimental study. Drug Target Insights. 2007;2:249-58. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  3. Vignaud A, Hourde C, Medja F, Agbulut O, Butler-Browne G, Ferry A. Impaired skeletal muscle repair after ischemia-reperfusion injury in mice. J Biomed Biotechnol. 2010;2010:724914. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  4. Cuzzocrea S, Riley DP, Caputi AP, Salvemini D. Antioxidant therapy: a new pharmacological approach in shock, inflammation, and ischemia/reperfusion injury. Pharmacol Rev. 2001 Mar;53(1):135-59. PubMed
  5. Prylutskyy YI, Vereshchaka IV, Maznycheko AV, Bulgakova NV, Gonchar OO, Kyzyma OA, Ritter U, Scharff P, Tomiak T, Nozdrenko DM, Mishchenko IV, Kostyukov AI. C60 fullerene as promising therapeutic agent for correcting and preventing skeletal muscle fatigue. J Nanobiotechnology. 2017 Jan 13;15(1):8. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  6. Nozdrenko DM, Zavodovskyi DO, Matvienko TY, Zay SY, Bogutska KI, Prylutskyy YI, Ritter U, Scharff P. C60 Fullerene as Promising Therapeutic Agent for the Prevention and Correction of Skeletal Muscle Functioning at Ischemic Injury. Nanoscale Res Lett. 2017 Dec;12(1):115. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  7. Vereshchaka IV, Bulgakova NV, Maznychenko AV, Gonchar OO, Prylutskyy YI, Ritter U, Moska W, Tomiak T, Nozdrenko DM, Mishchenko IV, Kostyukov AI. C(60) Fullerenes Diminish Muscle Fatigue in Rats Comparable to N-acetylcysteine or β-Alanine. Front Physiol. 2018 May 15;9:517. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  8. Amani H, Habibey R, Hajmiresmail SJ, Latifi S, Pazoki-Toroudi H, Akhavan O. Antioxidant nanomaterials in advanced diagnoses and treatments of ischemia reperfusion injuries. J Mater Chem B. 2017;5(48):9452-9476. CrossRef
  9. Wang IC, Tai LA, Lee DD, Kanakamma PP, Shen CK, Luh TY, Cheng CH, Hwang KC. C(60) and water-soluble fullerene derivatives as antioxidants against radical-initiated lipid peroxidation. J Med Chem. 1999 Nov 4;42(22):4614-20. PubMed, CrossRef
  10. Burlaka AP, Sidorik YP, Prylutska SV, Matyshevska OP, Golub OA, Prylutskyy YI, Scharff P. Catalytic system of the reactive oxygen species on the C60 fullerene basis. Exp Oncol. 2004 Dec;26(4):326-7. PubMed
  11. Foley S, Crowley C, Smaihi M, Bonfils C, Erlanger BF, Seta P, Larroque C. Cellular localisation of a water-soluble fullerene derivative. Biochem Biophys Res Commun. 2002 May 31;294(1):116-9. PubMed, CrossRef
  12. Schuetze C, Ritter U, Scharff P, Fernekorn U, Prylutska S, Bychko A, Rybalchenko V, Prylutskyy Yu. Interaction of N-fluorescein-5-isothiocyanate pyrrolidine-C60 with a bimolecular lipid model membrane. Mater Sci Eng C. 2011;31(5): 1148-1150. CrossRef
  13. Franskevych D, Palyvoda K, Petukhov D, Prylutska S, Grynyuk I, Schuetze C, Drobot L, Matyshevska O, Ritter U. Fullerene C(60) Penetration into Leukemic Cells and Its Photoinduced Cytotoxic Effects. Nanoscale Res Lett. 2017 Dec;12(1):40. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Sayes CM., Fortner JD, Guo W, Lyon D, Boyd AM, Ausman KD, Tao YJ, Sitharaman B, Wilson LJ, Hughes BJ, West JL, Colvin VL. The differential cytotoxicity of water-soluble fullerenes. Nano Lett. 2004;4(10):1881-1887. CrossRef
  15. Prylutska SV, Matyshevska OP, Golub AA, Prylutskyy YuI, Potebnya GP, Ritter U, Scharff P. Study of С60 fullerenes and С60-containing composites cytotoxicity in vitro. Mater Sci Eng C. 2007; 27(5-8): 1121-1124.  CrossRef
  16. Prylutska SV, Grynyuk II, Grebinyk SM, Matyshevska OP, Prylutskyy YuI, Ritter U, Siegmund C, Scharff P. Comparative study of biological action of fullerenes C60 and carbon nanotubes in thymus cells. Mat-wiss u Werkstofftech. 2009;40(4): 238-241. CrossRef
  17. Tolkachov M, Sokolova V, Loza K, Korolovych V, Prylutskyy Y, Epple M, Ritter U, Scharff P. Study of biocompatibility effect of nanocarbon particles on various cell types in vitro. Mat-wiss u Werkstofftech. 2016; 47(2-3): 216-221. CrossRef
  18. Tsai MC, Chen YH, Chiang LY. Polyhydroxylated C60, fullerenol, a novel free-radical trapper, prevented hydrogen peroxide- and cumene hydroperoxide-elicited changes in rat hippocampus in-vitro. J Pharm Pharmacol. 1997 Apr;49(4):438-45. PubMed, CrossRef
  19. Youle RJ, Karbowski M. Mitochondrial fission in apoptosis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2005 Aug;6(8):657-63. PubMed, CrossRef
  20. Scharff P, Carta-Abelmann L, Siegmund C, Matyshevska OP, Prylutska SV, Koval TV, Golub AA, Yashchuk VM, Kushnir KM, Prylutskyy YuI. Effect of X-ray and UV irradiation of the C60 fullerene aqueous solution on biological samples. Carbon. 2004; 42(5-6): 1199-1201. CrossRef
  21. Ritter U, Prylutskyy YuI, Evstigneev MP, Davidenko NA, Cherepanov VV, Senenko AI, Marchenko OA, Naumovets AG. Structural features of highly stable reproducible C60 fullerene aqueous colloid solution probed by various techniques. Fuller Nanotub Carbon Nanostruct. 2015; 23(6): 530-534. CrossRef
  22. Nozdrenko DM, Bogutska KI, Prylutskyy YI, Korolovych VF, Evstigneev MP, Ritter U, Scharff P. Impact of C 60 fullerene on the dynamics of force-speed changes in soleus muscle of rat at ischemia-reperfusion injury. Fiziol Zh. 2015;61(2):48-59. PubMed, CrossRef
  23. Zhang B, Bian W, Pal A, He Y. Macrophage apoptosis induced by aqueous C60 aggregates changing the mitochondrial membrane potential. Environ Toxicol Pharmacol. 2015 Jan;39(1):237-46. PubMed, CrossRef
  24. Song M, Liu S, Yin J, Wang H. Interaction of human serum album and C₆₀ aggregates in solution. Int J Mol Sci. 2011;12(8):4964-74. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  25. Lyon DY, Adams LK, Falkner JC, Alvarezt PJ. Antibacterial activity of fullerene water suspensions: effects of preparation method and particle size. Environ Sci Technol. 2006 Jul 15;40(14):4360-6. PubMed, CrossRef
  26. Gelderman MP, Simakova O, Clogston JD, Patri AK, Siddiqui SF, Vostal AC, Simak J. Adverse effects of fullerenes on endothelial cells: fullerenol C60(OH)24 induced tissue factor and ICAM-I membrane expression and apoptosis in vitro. Int J Nanomedicine. 2008;3(1):59-68. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  27. Prylutskyy Y, Bychko A, Sokolova V, Prylutska S, Evstigneev M, Rybalchenko V, Epple M, Scharff P. Interaction of C60 fullerene complexed to doxorubicin with model bilipid membranes and its uptake by HeLa cells. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2016 Feb;59:398-403. PubMed, CrossRef
  28. Didenko G, Prylutska S, Kichmarenko Y, Potebnya G, Prylutskyy Y, Slobodyanik N, Ritter U, Scharff P. Evaluation of the antitumor immune response to C60 fullerene. Mater Wis Werkstofftech. 2013;44(2-3):124-128. CrossRef
  29. Skamrova GB, Laponogov I, Buchelnikov AS, Shckorbatov YG, Prylutska SV, Ritter U, Prylutskyy YI, Evstigneev MP. Interceptor effect of C60 fullerene on the in vitro action of aromatic drug molecules. Eur Biophys J. 2014 Jul;43(6-7):265-76. PubMed, CrossRef
  30. Khoma AM, Zavodovskiy DA, Nozdrenko DM, Dolhopolov OV, Miroshnychenko MS, Motuzjuk AP. Dynamics of ischemic skeletal soleus muscle contraction in rats. Fiziol Zh. 2014;60(1):34-40. (In Ukrainian). PubMed, CrossRef
  31. Korthals JK, Maki T, Gieron MA. Nerve and muscle vulnerability to ischemia. J Neurol Sci. 1985 Dec;71(2-3):283-90. PubMed, CrossRef
  32. Lintz JA, Dalio MB, Joviliano EE, Piccinato CE. Ischemic pre and postconditioning in skeletal muscle injury produced by ischemia and reperfusion in rats. Acta Cir Bras. 2013 Jun;28(6):441-6. PubMed, CrossRef
  33. Khalilov RA, Dzhafarova AM, Dzhabrailova RN, Emirbekov EZ. Analysis of the kinetic characteristics of lactate dehydrogenase from the rat brain during ischemia and reperfusion. Neurochem J. 2014;8(4),265-270. CrossRef
  34. Carvalho AJ, McKee NH, Green HJ. Metabolic and contractile responses of fast and slow twitch rat skeletal muscles to ischemia and reperfusion. Plast Reconstr Surg. 1997 Jan;99(1):163-71. PubMed, CrossRef
  35. Gharbi N, Pressac M, Hadchouel M, Szwarc H, Wilson SR, Moussa F. [60]Fullerene is a powerful antioxidant in vivo with no acute or subacute toxicity. Nano Lett. 2005 Dec;5(12):2578-85. PubMed, CrossRef
  36. Markovic Z, Trajkovic V. Biomedical potential of the reactive oxygen species generation and quenching by fullerenes (C60). Biomaterials. 2008 Sep;29(26):3561-73. PubMed, CrossRef
  37. Prylutska SV, Skivka LM, Didenko GV, Prylutskyy YI, Evstigneev MP, Potebnya GP, Panchuk RR, Stoika RS, Ritter U, Scharff P. Complex of C60 Fullerene with Doxorubicin as a Promising Agent in Antitumor Therapy. Nanoscale Res Lett. 2015 Dec;10(1):499.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  38. Halenova TI, Vareniuk IM, Roslova NM, Dzerzhynsky ME, Savchuk OM, Ostapchenko LI, Prylutskyy YuI, Ritter U, Scharff P. Hepatoprotective effect of orally applied water-soluble pristine C60 fullerene against CCl4-induced acute liver injury in rats. RSC Adv. 2016;6(102):100046-100055.  CrossRef
  39. Prilutski Yu, Durov S, Bulavin L, Pogorelov V, Astashkin Yu, Yashchuk V, Ogul’chansky T, Buzaneva E, Andrievsky G. Study of structure of colloidal particles of fullerenes in water solution. Mol Cryst Liq Cryst. 1998; 324(1):65-70.  CrossRef
  40. Prylutskyy YuI, Durov SS, Bulavin LA, Adamenko II, Moroz KO, Geru II, Dihor IN, Scharff P, Eklund PC, Grigorian L. Structure and thermophysical properties of fullerene C60 aqueous solutions. Int J Thermophys. 2001; 22(3):943-956.

Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.